Koji su aspekti dizajna i primjene automatiziranog regulatora napona za isporučivače na 10 kV

Nakon projekta obnove ruralne mreže, ruralna distribucijska mreža je doživjela značajno poboljšanje. Međutim, zbog ograničenja poput terena, krajobraza i veličine ulaganja, raspored nije optimalan. Tako je radijus snabdijevanja nekih 10 kV prijenosnih linija premašio razuman opseg. S promjenama godišnjih doba i dana i noći, javljaju se značajne fluktuacije napona, što dovodi do problema poput podstandardne kvalitete struje i relativno visokih gubitaka na liniji, što ozbiljno utječe na živote i proizvodnju seljaka. Stoga ovaj rad dizajnira novi uređaj za regulaciju napona: automatski regulator napona na isporučivaču.

1 Načelo rada regulatora napona

Automatski regulator napon je uređaj koji automatski prati promjene ulaznog napona kako bi osigurao stabilni izlazni napon. Može se široko koristiti u sustavima snabdijevanja naponom od 6 kV, 10 kV i 35 kV, te može automatski prilagoditi ulazni napon unutar opsega od 20%. Instalacija uređaja na udaljenosti od 1/2 ili 2/3 dužine linije može osigurati kvalitetu napona na liniji.

Za transformatorne stanice gdje glavni transformator nema mogućnost regulacije napona pod opterećenjem, automatski regulator napon može biti instaliran na strani izlaza glavnog transformatora transformatorske stane kako bi se postigla regulacija napona pod opterećenjem. Postoji nekoliko tapova na sekundarnoj strani transformatora. Korištenjem jednocrkog mikroprocesora za kontrolu upaljenja i isključivanja tiristora, omogućuju se različite razine regulacije napona, čime se postiže svrha regulacije napona na isporučivaču.

2 Postavljanje akcijskog napona promjene tapova regulatora napona

Regulator napon na isporučivaču može prilagoditi tapove prema različitim uvjetima opterećenja i promijeniti omjer transformacije prema naponu na liniji kako bi se postigla regulacija napona. Ima 7 tapova i opseg regulacije napona od 30%, što mu omogućuje da dobro ispuni zahtjeve za regulaciju napona u ruralnim područjima.

2.1 Načelo postavljanja napona promjene tapova regulatora napona

Zbog fluktuacija opterećenja, napon na kraju linije će se mijenjati. Za različite padove napona potrebno je prilagoditi postavke tapova regulatora napona. Slika 1 prikazuje tipičnu ruralnu prijenosnu električnu mrežu. Ovdje je duljina linije postavljena na L km, a snaga na kraju linije postavljena je na S = P + jQ MVA.

Zahtjevi za promjenom tapova: Osigurati da se napon na kraju linije varira unutar opsega od 7%; obično se ne dopušta preskakanje tapova; broj promjena tapova trebao bi biti što manji.

Pretpostavimo da je omjer transformacije K, napon na početku linije U₀, napon na kraju linije U₁, ulazni napon regulatora napona U_in, a izlazni napon U_out, s U_out = KU_in.

Prema modelu, vrijedi sljedeća jednadžba: U₁ = U_out - ΔU₁. Gdje je ΔU₁ pad napona od točke instalacije regulatora napona do kraja linije, a x je udaljenost od točke instalacije regulatora napona do početka linije. Slijedi:

(U₀ - U_in) je pad napona od početka linije do točke instalacije. α = U₀/U_out je omjer napona na liniji prije i poslije točke instalacije regulatora napona. Neka je (L - x)/x = K₁, i zamjenom dobivamo:

Između ostalog, napon U₁ na kraju linije mora zadovoljiti ograničenje 9.7 < U₁ < 10.7. Zamjenom u gornju formulu, može se dobiti raspon U_in pod uvjetom da je K poznat. No, očito, zbog postojanja U₀/U_out, potrebno je riješiti kvadratnu jednadžbu s jednom varijablom, i bit će problem lažnih korijena. Rad pojednostavljuje ovu jednadžbu.

Za analizu α = U₀/U_out, U_out i U₁ imaju istu tendenciju povećanja ili smanjenja. U₀ je konstanta, tako da je α = U₀/U_out inverzno proporcionalan U₁. Također se može analizirati da kada je U₁ = 9.3, α ≈ 1; a kada je U₁ = 10.7, α je malo manji od 1. Stoga se ogranična jednadžba može zapisati kao:

To jest:

2.2 Primjer postavljanja

Kao što se može vidjeti iz formule (5), zapravo, postavljanje akcijskog napona promjene tapova odnosi se samo na ulazni napon U_in regulatora napona i omjer K_t udaljenosti od točke instalacije regulatora napona do duljine linije. Nema potrebe mjeriti stvarno opterećenje na kraju linije, što značajno pojednostavljuje težinu stvarnog inženjerskog rada.

Uzmimo primjer određene stvarne prijenosne linije. Još uvijek koristimo model prikazan na slici 1. Duljina prijenosne linije je 20 km. Regulator napon obično se instalira na sredini linije. Ovdje se uzima udaljenost od početka linije kao x = 9 km, a K_t = 11/9. Zamjenom u formulu (5), dobivamo:

Za određenu poziciju tapa, raspon ulaznih napona koji zadovoljava kvalitetu energije na kraju ima gornju i donju granicu, koje su operativni naponi (naponi promjene) za taj tap. Svaki tap ima svoj odgovarajući operativni napon, a ta relacija može se intuicijom vidjeti na brojevnoj osi.

Međutim, Tap 1 se ne koristi jer, pod normalnim uvjetima, ulazni napon neće premašiti gornju granicu tog tapa. Tap 1 se može koristiti kao poseban operativni uvjet, poput tolerancije pri radu tijekom jednofaznog zemljanskog kratakog spoja. U nastavku opisujemo uvjete prelaska kada tap doseže akcijski napon:

Treba napomenuti da kada se prelazi sa tapa 4, direktno se prelazi na tap 2. To je zato što su donje granice tapova 3 i 4 relativno blizu. Ako se napon značajno promijeni, nakon prelaska sa tapa 4 na tap 3, može biti nužno odmah preći na tap 2, što povećava broj radnji. Stoga, kako bi se smanjio broj radnji, dopuštena je prelazna promjena tapova.

3 Dizajn kontrolera promjene tapova

Trenutno, najčešće prihvaćena metoda promjene tapova jest upotreba motora za pokretanje klipa za promjenu tapova. Međutim, kako osigurati brzo i točno okretno kretanje motora uvijek je bio problem. Da bi se postigao bolji kontrolni učinak, ovaj rad koristi sistem kontrole tiristora.

3.1 Načelo kontrole tiristora

Tiristori se mogu koristiti za kontrolu visokosnopnih krugova s slabim strujama. Regulator napon na isporučivaču koristi 7 parova dvosmjernih tiristora za kontrolu tapova, kao što je prikazano na slici 2. Svaki par tiristora je povezan s različitim navijanjima transformatora, čime odgovara različitim omjerima transformacije.

3.2 Dizajn kontrolera promjene tapova s jednocrkim mikroprocesorom

Kontrola dvosmjernih tiristora zahtijeva samo naponsko vođenje od TTL vrata i može se direktno povezati na izlazni priključak jednocrkog mikroprocesora. Da bi se spriječilo iscrpljivanje izlaznih priključaka, koriste se samo 3 priključka, a vanjski dekoder 3-8 povezuje se za vođenje kontrole 7 pozicija tapova, kao što je prikazano na slici 3.

4 Dizajn inteligentnog kontrolnog sustava

Za regulator napon s kontrolnim čipom, samo automatska funkcija regulacije napona nije dovoljna, niti puno iskorištava performanse jednocrkog mikroprocesora. Potpuni kontrolni sustav, kao što je prikazano na slici 4, također uključuje unos preko tipkovnice, prikazni krug, bežičnu komunikaciju, vanjski sat, vanjsku memoriju i zaštitu od grešaka.

Unos preko tipkovnice omogućuje prilagodbu programa, bežična komunikacija omogućuje stvarno vremensko praćenje rada regulatora napon. Vanjski sat osigurava bilježenje vremena tijekom pada napona na jednocrkom mikroprocesoru. Vanjska memorija sigurno pohranjuje masivne podatke o radu sustava za buduće istraživanje. Zaštita od grešaka dovodi jednocrki mikroprocesor u poseban mod rada u slučaju nepravilnosti kako bi ispunio zadatke prijenosa struje, zaštitila ga od oštećenja tijekom grešaka i surađivala s relayskim zaštitnim uređajima za zaštitu prijenosnih linija.

5 Zaključak

Stvaranjem modela prijenosne linije i provedbi računanja strujnih tokova, utvrđene su pravilnike za postavljanje akcijskog napona promjene tapova regulatora napona. Za kontrolu tapova transformatora, tradicionalna mehanička kontrola zamijenjena je s ugodnijom i bržom kontrolom tiristora, koja ima jednostavan dizajn i dobar kontrolni učinak. Automatski regulator napon na isporučivaču ima široki raspon regulacije napona, efikasno osiguravajući kvalitetu napona na prijenosnim linijama.