מה הם היבטי העיצוב והיישום של מתקם המתח האוטומטי למשוב 10KV

לאחר פרויקט שיפוץ רשת החשמל הכפרית, נראו שיפורים משמעותיים ברשת הפצה הכפרית. עם זאת, בשל מגבלות כגון טופוגרפיה, נוף וסקאלה של השקעות, התכנון אינו אופטימלי. כתוצאה מכך, רדיוס האספקה של כמה קווי תמסורת ב-10 kV עולה על הטווח ההגיוני. עם שינוי העונות ושינוי בין יום ללילה, ישנם תנודות מתח משמעותיות, המובילות לבעיות כגון איכות חשמל בלתי מספקת ותבניות איבוד קו גבוהות יחסית, המשפיעות באופן חמור על חייהם ועל הייצור של החקלאים. לכן, המאמר מתאר מכשיר תקן מתח חדש: התקן מתח אוטומטי לקווי תמסורת.

1 עקרון פעולת התקן המתח

תקן מתח אוטומטי הוא מכשיר המטפל באופן אוטומטי בשינויים במתח הכניסה כדי להבטיח מתח יציאה יציב. ניתן להשתמש בו באופן נרחב במערכות אספקת חשמל של 6 kV, 10 kV ו-35 kV, והוא יכול להתאים באופן אוטומטי את מתח הכניסה תוך טווח של 20%. התקנת המכשיר במרחק של 1/2 או 2/3 מהתחילית של הקו יכולה להבטיח את איכות המתח בקו.

במצב שבו המרתף הראשי לא כולל יכולת תקן מתח תחת עומס, ניתן להתקין את התקן המתח האוטומטי על צד היציאה של המרתף הראשי של תחנת המשאבים כדי להשיג תקן מתח תחת עומס. יש מספר נקודות התקנה על הצד השני של המרתף. באמצעות מחשב חד-מעבד שמתניע את הסיליקונים, מסופקות מספר רמות תקן מתח שונות, ובכך מושגת מטרה של תקן מתח לקוי תמסורת.

2 הגדרת מתח פעולה לשינוי השיניים של התקן המתח

תקן המתח יכול לשנות שיניים בהתאם לתנאי עומס שונים ולהתאים את יחס המרת המתח על בסיס מתח הקו כדי להשיג תקן מתח. יש לו 7 שיניים וטווח תקן מתח של 30%, המאפשר לו לעמוד היטב בדרישות תקן המתח הכפרי.

2.1 עיקרון הגדרת מתח פעולה לשינוי השיניים של התקן המתח

כתוצאה מתנודות עומס, המתח בסוף הקו ישתנה. עבור ירידות מתח שונות, יש להתאים מחדש את הגדרות השיניים של התקן המתח. דיאגרמה 1 מציגה רשת תמסורת חשמל כפרית טיפוסית. כאן, אורך הקו מוגדר כ-L ק"מ, והכוח בסוף הקו מוגדר כ-S = P + jQ MVA.

דרישות לשינוי השיניים: להבטיח שהמתח בסוף הקו משתנה בתוך טווח של 7%; בדרך כלל, אין להרשות מעבר בין שיניים; מספר שינויים בשיניים צריך להיות מינימלי.

נניח כי יחס המרת המתח הוא K, המתח בתחילת הקו הוא U₀, המתח בסוף הקו הוא U₁, מתח הכניסה של התקן המתח הוא U_in, ומתח היציאה הוא U_out, כאשר U_out = KU_in.

לפי המודל, מתקיים: U₁ = U_out - ΔU₁.

כאשר ΔU₁ הוא ירידת המתח מהנקודה בה מותקן התקן המתח לסוף הקו, ו-x הוא המרחק מהנקודה בה מותקן התקן המתח לתחילת הקו. מכאן נובע:

(U₀ - U_in) היא ירידת המתח מההתחלה של הקו לנקודת התקנה. α = U₀/U_out הוא יחס מתח הקו לפני ואחרי נקודת התקנה של התקן המתח. אם (L - x)/x = K₁, ובתנאי זה, מתקבל:

מבין אלה, המתח U₁ בסוף הקו צריך לעמוד בתנאי המגבל 9.7 < U₁ < 10.7. לאחר הצבה בנוסחה, ניתן לקבל טווח של U_in בתנאי ש-K ידוע. עם זאת, ברור כי בשל קיום U₀/U_out, יש לפתור משוואה ריבועית של משתנה אחד, ויהיה בעיה של שורשים זרים. המאמר מפשט את המשוואה הזו.

בניתוח של α = U₀/U_out, U_out ו-U₁ הם בעלי מגמה עולות או יורדות זהה. U₀ הוא קבוע, ולכן α = U₀/U_out הוא הפוך ביחס ל-U₁. ניתן לנתח גם כי כאשר U₁ = 9.3, α ≈ 1; וכאשר U₁ = 10.7, α מעט פחות מ-1. לכן, ניתן לכתוב את משוואת המגבלה כך:

כלומר:

2.2 דוגמה להגדרה

כפי שנראה בנוסחה (5), למעשה, הגדרת פעולה לשינוי השיניים קשורה רק למתח כניסה U_in של התקן המתח וליחס K_t של המרחק מנקודת התקנה לאורך הקו. אין צורך למדוד את העומס האמיתי בסוף הקו, מה שמפשט מאוד את הקושי הנדרש להנדסה מעשית.

ניקח לדוגמה קו תמסורת מסוים. עדיין נשתמש במודל המוצג בדיאגרמה 1. אורך הקו הוא 20 ק"מ. התקן המתח מותקן בדרך כלל באמצע הקו. כאן, המרחק מההתחלה של הקו הוא x = 9 km, ו-K_t = 11/9. לאחר הצבה בנוסחה (5), ניתן לקבל:

עבור כל מיקום שיניים, יש גבול עליון ותחתון של טווח מתח כניסה המקיים את דרישות איכות החשמל בסוף הקו. אלו הם מתחי הפעולה (מתחי מעבר) עבור מיקום השיניים הזה. לכל מיקום שיניים יש מתח פעולה המתאים לו, וקשר זה ניתן לראות באופן יותר אינטואיטיבי על ציר המספרים.

בהם, מיקום השיניים 1 אינו בשימוש כי במצב נורמלי, המתח כניסה לא יעלה על הגבול העליון של מיקום השיניים הזה. מיקום השיניים 1 יכול לשמש במצב פעולה מיוחד, כמו פעולה סובלנית במהלך קצר מעגל קרקעי פאזה יחידה. להלן מתוארת תנאי המעבר כאשר מיקום השיניים מגיע למתח פעולה:

צריך לציין כי כשיש מעבר מיקום שיניים 4, הוא עובר ישירות למיקום שיניים 2. זאת כי הגבולות התחתונים של מיקומי השיניים 3 ו-4 קרובים יחסית. אם המתח משתנה בצורה ניכרת, אחרי מעבר ממיקום שיניים 4 למיקום שיניים 3, עשוי להיות צורך לעבור מיד למיקום שיניים 2, מה שמגדיל את מספר הפעולות. לכן, כדי להפחית את מספר הפעולות, אפשר מעבר בין מיקומי שיניים.

3 תכנון בקרת שינוי השיניים

כיום, השיטה המקובלת לשינוי השיניים היא להשתמש במנוע כדי להניע את תנועת סכין השיניים. עם זאת, איך להבטיח את הסיבוב המהיר והמדויק של המנוע תמיד היה בעיה. כדי להשיג תוצאה שליטה טובה יותר, המאמר מאמץ מערכת שליטה באמצעות תריסטורים.

3.1 עיקרון שליטה באמצעות תריסטורים

תריסטורים יכולים לשמש לבקרה של מעגלים חזקים עם זרמים חלשים. התקן המתח משתמש ב-7 זוגות של תריסטורים דו-כיווניים לבקרה של השיניים, כפי שמוצג בדיאגרמה 2. כל זוג תריסטורים מחובר לסלילים שונים של המרתף, ובכך מתאימים ליחסי המרת מתח שונים.

3.2 תכנון בקרת שינוי השיניים באמצעות מחשב חד-מעבד

השליטה על תריסטורים דו-כיווניים דורשת רק הנעה מתח מקטעי TTL וניתן לחבר אותם ישירות לפתח יציאה של מחשב חד-מעבד. כדי לחסוך בפתחות יציאה, משתמשים רק ב-3 פתחים, ומחברים חיצוני 3-ל-8 דקודה כדי להניע את הבקרה של 7 מיקומי שיניים, כפי שמוצג בדיאגרמה 3.

4 תכנון מערכת בקרה חכמה

לתקן מתח שיש לו שבב בקרה, יש רק פונקציית תקן מתח אוטומטית אינה מספיק, ולא מנצלת לחלוטין את ביצועיו של מחשב חד-מעבד. מערכת בקרה מלאה, כפי שמוצגת בדיאגרמה 4, כוללת גם קלט מקלדת, מעגל תצוגה, תקשורת אלחוטית, שעון חיצוני, אחסון חיצוני והגנה על תקלות.

קלט מקלדת מאפשר התאמה של תוכנית, תקשורת אלחוטית מאפשרת מעקב בזמן אמת על פעילות התקן המתח. השעון החיצוני מבטיח רישום זמן במהלך כשל מחשב חד-מעבד. האחסון החיצוני מאחסן באופן בטוח מידע רב של פעילות המערכת לעתיד. הגנה על תקלות מאפשרת למחשב החד-מעבד להיכנס למצב פעולה מיוחד בתנאים חריגים כדי לעמוד במשימות העברת חשמל, מגן עליו מנזקים במהלך תקלות, ומשתף פעולה עם מכשירי הגנה על תקלות כדי להגן על קווי העברת החשמל.

5 מסקנות

על ידי בניית מודל קווי תמסורת והרץ חישוב זרמי עומס, נקבעו כללי הגדרה למתח פעולה לשינוי השיניים של התקן המתח. עבור בקרה של שיניים של מרתף, החליפו את הבקרה המכנית המסורתית בבקרה באמצעות תריסטורים שהיא נוחה יותר ומהירה יותר, בעיצוב פשוט ובתוצאה שליטה טובה. התקן מתח אוטומטי לקווי תמסורת כולל טווח תקן מתח רחב, המבטיח secara efektif kualitas tegangan pada jaringan transmisi.