Welche Gestaltung und Anwendungsbereiche hat der 10KV-Zuleitungsautomatische Spannungsregler?

Nach dem Umbau des ländlichen Stromnetzes hat sich die ländliche Verteilernetz erheblich verbessert. Aufgrund von Einschränkungen wie Gelände, Landschaft und Investitionssummen ist jedoch die Anordnung nicht optimal. Daher überschreitet der Versorgungsradius einiger 10-kV-Übertragungsleitungen den vernünftigen Bereich. Mit den Jahreszeiten und Tag-und-Nacht-Veränderungen treten erhebliche Spannungsfluktuationen auf, was zu Problemen wie unzureichender Stromqualität und relativ hohen Leitungsverlusten führt, was das Leben und die Produktion der Landwirte ernsthaft beeinträchtigt. Daher entwirft dieser Artikel ein neues Spannungsregelgerät: den automatischen Spannungsregler für die Speisung.

1 Arbeitsprinzip des Spannungsreglers

Ein automatischer Spannungsregler ist ein Gerät, das Änderungen der Eingangsspannung automatisch verfolgt, um eine stabile Ausgangsspannung sicherzustellen. Es kann in 6-kV-, 10-kV- und 35-kV-Versorgungssystemen weit verbreitet eingesetzt werden und kann die Eingangsspannung innerhalb eines Bereichs von 20 % automatisch anpassen. Die Installation des Geräts bei 1/2 oder 2/3 der Entfernung vom Start der Leitung kann die Spannungsqualität der Leitung gewährleisten.

Für Umspannwerke, deren Haupttransformator keine Lastspannungsregelungsfähigkeit hat, kann der automatische Spannungsregler auch auf der Ausgangsseite des Haupttransformators des Umspannwerks installiert werden, um die Lastspannungsregelung zu erreichen. Es gibt mehrere Zapfen auf der Sekundärseite des Transformators. Durch die Steuerung des Ein- und Ausschaltens von Thyristoren mittels eines Mikrocomputers werden verschiedene Stufen der Spannungsregelung bereitgestellt, wodurch das Ziel der Spannungsregelung der Speisung erreicht wird.

2 Einstellung der Zapfenwechsel-Wirkspannung des Spannungsreglers

Der Spannungsregler für die Speisung kann die Zapfen gemäß verschiedenen Lastbedingungen anpassen und das Transformationsverhältnis basierend auf der Leitungsspannung ändern, um die Spannungsregelung zu erreichen. Er hat 7 Zapfen und einen Spannungsregelbereich von 30 %, was es gut befähigt, die ländlichen Spannungsregelanforderungen zu erfüllen.

2.1 Prinzip der Einstellung der Zapfenwechsel-Spannung des Spannungsreglers

Aufgrund von Lastfluktuationen ändert sich die Spannung am Ende der Leitung. Für verschiedene Spannungsabfälle ist es notwendig, die Zapfeneinstellungen des Spannungsreglers anzupassen. Abbildung 1 zeigt ein typisches ländliches Übertragungsnetz. Hier ist die Leitungslänge als L km festgelegt, und die Leistung am Ende der Leitung ist als S = P + jQ MVA eingestellt.

Anforderungen für den Gangwechsel: Stellen Sie sicher, dass die Spannung am Ende der Leitung innerhalb eines Bereichs von 7 % variiert; allgemein ist kein Gangüberspringen erlaubt; die Anzahl der Gangwechsel sollte so gering wie möglich sein.

Nehmen wir an, das Transformationsverhältnis ist K, die Spannung am Anfang der Leitung ist U₀, die Spannung am Ende der Leitung ist U₁, die Eingangsspannung des Spannungsreglers ist U_in und die Ausgangsspannung ist U_out, mit U_out = K * U_in. Gemäß dem Modell gilt die folgende Gleichung: U₁ = U_out - ΔU₁.

Dabei ist ΔU₁ der Spannungsabfall vom Installationspunkt des Spannungsreglers bis zum Ende der Leitung, und x ist die Entfernung vom Installationspunkt des Spannungsreglers bis zum Anfang der Leitung. Es folgt:

(U₀ - U_in) ist der Spannungsabfall vom Anfang der Leitung bis zum Installationspunkt. α = U₀/U_out ist das Spannungsverhältnis vor und nach dem Installationspunkt des Spannungsreglers. Setzen wir (L - x)/x = K₁ ein, erhalten wir:

Davon muss die Spannung U₁ am Ende der Leitung die Bedingung 9.7 < U₁ < 10.7 erfüllen. Setzt man dies in die obige Formel ein, erhält man den Bereich von U_in unter der Bedingung, dass K bekannt ist. Allerdings ergibt sich offensichtlich aufgrund von U₀/U_out die Notwendigkeit, eine quadratische Gleichung mit einer Variablen zu lösen, und es gibt das Problem von Scheinlösungen. Der Artikel vereinfacht diese Gleichung.

Für die Analyse von α = U₀/U_out haben U_out und U₁ die gleiche steigende oder fallende Tendenz. U₀ ist konstant, daher ist α = U₀/U_out umgekehrt proportional zu U₁. Es kann auch analysiert werden, dass wenn U₁ = 9.3, dann α ≈ 1; und wenn U₁ = 10.7, ist α leicht kleiner als 1. Daher kann die Bedingungsgleichung geschrieben werden als:

Das heißt:

2.2 Beispiels-Einstellung

Wie aus Formel (5) zu sehen ist, bezieht sich die Einstellung der Gangwechsel-Aktionsspannung tatsächlich nur auf die Eingangsspannung U_in des Spannungsreglers und das Verhältnis K_t der Entfernung vom Installationspunkt des Spannungsreglers zur Leitungslänge. Es ist nicht erforderlich, die tatsächliche Last am Ende der Leitung zu messen, was die Schwierigkeit der tatsächlichen Ingenieurarbeit erheblich vereinfacht.

Nehmen wir eine bestimmte tatsächliche Übertragungsleitung als Beispiel. Wir verwenden weiterhin das in Abbildung 1 dargestellte Modell. Die Länge der Übertragungsleitung beträgt 20 km. Der Spannungsregler wird normalerweise in der Mitte der Leitung installiert. Hier wird die Entfernung vom Anfang der Leitung als x = 9 km genommen, und K_t = 11/9. Setzen wir dies in Formel (5) ein, erhalten wir:

Für eine bestimmte Gangposition hat der Eingangsspannungsbereich, der die Qualitätsanforderungen der elektrischen Energie am Ende erfüllt, obere und untere Grenzen, die die Betriebsspannungen (Gangwechsel-Spannungen) für diesen Gang sind. Jeder Gang hat seine entsprechende Betriebsspannung, und diese Beziehung kann auf der Zahlengeraden anschaulicher gesehen werden.

Davon wird Gang 1 nicht verwendet, da unter normalen Bedingungen die Eingangsspannung die Obergrenze dieses Ganges nicht überschreitet. Gang 1 kann als spezielle Betriebsbedingung verwendet werden, z.B. für fehlertolerantes Betreiben bei einer Einphasen-Erde-Kurzschluss-Störung. Im Folgenden werden die Schaltbedingungen beschrieben, wenn der Gang die Aktionsspannung erreicht:

Es ist zu beachten, dass beim Herunterwechseln von Gang 4 direkt auf Gang 2 gewechselt wird. Dies liegt daran, dass die unteren Aktionsgrenzen von Gang 3 und Gang 4 relativ nahe beieinander liegen. Wenn die Spannung stark wechselt, könnte es nach dem Herunterwechseln von Gang 4 auf Gang 3 notwendig sein, sofort auf Gang 2 herunterzuwechseln, was die Anzahl der Aktionen erhöht. Daher wird zur Reduzierung der Anzahl der Aktionen ein Übergang zwischen Gängen erlaubt.

3 Design des Gangwechsel-Controllers

Derzeit wird die gebräuchliche Methode des Gangwechsels durch die Verwendung eines Motors zur Bewegung des Gangschaltblattes realisiert. Allerdings war es immer ein Problem, die schnelle und genaue Drehung des Motors sicherzustellen. Um eine bessere Steuerungswirkung zu erzielen, wird in diesem Artikel ein Thyristor-Steuerungssystem verwendet.

3.1 Thyristor-Steuerungsprinzip

Thyristoren können verwendet werden, um die Steuerung von Hochleistungsschaltkreisen mit schwachen Strömen zu realisieren. Der Spannungsregler für die Speisung verwendet 7 Paare bidirektionale Thyristoren, um die Gänge zu steuern, wie in Abbildung 2 dargestellt. Jedes Paar Thyristoren ist an verschiedene Wicklungen des Transformators angeschlossen, was verschiedenen Transformationsverhältnissen entspricht.

3.2 Design des Einchip-Mikrocomputer-Gangwechsel-Controllers

Die Steuerung der bidirektionalen Thyristoren erfordert nur Spannungsansteuerung von TTL-Tor-Schaltkreisen und kann direkt an den Ausgangsport des Einchip-Mikrocomputers angeschlossen werden. Um Ausgangsport zu sparen, werden nur 3 Ports verwendet, und ein externer 3-zu-8-Decoder wird angeschlossen, um die Steuerung von 7 Gangpositionen zu betreiben, wie in Abbildung 3 dargestellt.

4 Design des intelligenten Steuerungssystems

Für einen Spannungsregler mit einem Steuerchip ist die alleinige automatische Spannungsregelungsfunktion unzureichend und nutzt die Leistung des Einchip-Mikrocomputers nicht vollständig aus. Ein vollständiges Steuerungssystem, wie in Abbildung 4 dargestellt, enthält auch Tastatur-Eingabe, Anzeigeschaltung, drahtlose Kommunikation, externen Uhrzeiger, externen Speicher und Fehlerprotection.

Tastatur-Eingabe ermöglicht die Programmjustierung, drahtlose Kommunikation ermöglicht die Echtzeitüberwachung des Betriebs des Spannungsreglers. Der externe Uhrzeiger stellt sicher, dass während des Stromausfalls des Einchip-Mikrocomputers die Zeit aufgezeichnet wird. Der externe Speicher speichert sicher große Mengen an Systembetriebsdaten für zukünftige Forschungen. Fehlerprotection lässt den Einchip-Mikrocomputer bei ungewöhnlichen Bedingungen in einen speziellen Betriebsmodus wechseln, um die Stromübertragungsaufgaben zu erfüllen, schützt ihn vor Beschädigung bei Fehlern und arbeitet mit Relais-Schutzgeräten zusammen, um die Übertragungsleitungen zu schützen.

5 Schlussfolgerung

Durch das Aufbau eines Übertragungsleitungsmodells und die Durchführung von Lastflussberechnungen wurden die Einstellungsregeln für die Aktionsspannung des Spannungsreglers bestimmt. Für die Transformatorengangsteuerung wird die traditionelle mechanische Steuerung durch eine bequemere und schnellere Thyristorsteuerung ersetzt, die durch einfaches Design und gute Steuerungswirkung gekennzeichnet ist. Der automatische Spannungsregler für die Speisung hat einen weiten Spannungsregelbereich und sorgt effektiv für die Spannungsqualität der Übertragungsleitungen.