Milyen tervezési és alkalmazási aspektusok járulnak hozzá a 10 kV tápellátó áramkör automatikus feszültségállítójának működéséhez?
A mezőgazdasági hálózat felújítása után a vidéki elosztó hálózat jelentős javulást mutatott. Azonban a területi feltételek, a környezet és a befektetési méret korlátozásai miatt a kialakítás nem optimális. Ennek eredményeként néhány 10 kV áramvonal távolsága meghaladja a megfelelő határt. Az évszakok és az éjszakai-napi változások miatt jelentős feszültség-ingadozások lépnek fel, amelyek alacsony minőségű energiaellátást és viszonylag magas vonalveszteségeket okoznak, ami komolyan érinti a gazdák életét és termelését. Ezért ez a cikk egy újfajta feszültség-állító eszközt tervez: a tápellátó automatikus feszültség-állítót.
1. A feszültség-állító működési elve
Az automatikus feszültség-állító olyan eszköz, amely automatikusan követi a bemeneti feszültség változásait, hogy stabil kimeneti feszültséget biztosítson. Széles körben használható 6 kV, 10 kV és 35 kV tápellátási rendszerekben, és képes automatikusan 20%-os tartományban állítani a bemeneti feszültséget. Az eszköz telepítése a vonal kezdete és végének 1/2 vagy 2/3 részénél biztosíthatja a vonal feszültségminőségét.
A fő transzformátor nincs teherbírós feszültség-állítási képességgel rendelkező átalakítóknál az automatikus feszültség-állító a fő transzformátor kilépő oldalán is telepíthető, hogy teherbírós feszültség-állítást valósítsa meg. A transzformátor második oldalán több csapattyú található. Egychip mikroszámítógép segítségével a thyristorok be- és kikapcsolását irányítva, különböző szintű feszültség-állítást biztosít, így elérve a tápellátó feszültség-állítás célját.
2. A feszültség-állító csapattyú-váltási működési feszültségének beállítása
A tápellátó feszültség-állító a csapattyúkat különböző terhelési feltételek szerint állíthatja, és a vonal feszültsége alapján változtathatja a transzformációs arányt, hogy feszültség-állítást valósítson meg. 7 csapattyúval és 30%-os feszültség-állítási tartománnyal rendelkezik, ami jól megfelel a vidéki feszültség-állítási igényeknek.
2.1 A feszültség-állító csapattyú-váltási feszültségének beállításának elve
A terhelési ingadozások miatt a vonal végén lévő feszültség változik. Különböző feszültség-lecsengések esetén szükséges a feszültség-állító csapattyú-beállítások módosítása. Ábra 1 egy tipikus vidéki áramszolgáltató hálózatot mutat be. Itt a vonal hossza L km, a vonal végén lévő teljesítmény pedig S = P + jQ MVA.
A csapattyú-váltási követelmények: Biztosítsa, hogy a vonal végén lévő feszültség 7% tartományon belül változzon; általában nem engedélyezett a csapattyú ugrása; a csapattyú-váltások száma lehetőleg legyen minimalizálva.
Tegyük fel, hogy a transzformációs arány K, a vonal elején lévő feszültség U0, a vonal végén lévő feszültség U1, a feszültség-állító bemeneti feszültsége Uin, a kimeneti feszültsége Uout, ahol Uout = KUin.
A modell alapján a következő egyenlet érvényes: U1 = Uout - ΔU1.
Ahol ΔU1 a feszültség-állító telepítési pontjától a vonal végéig terjedő feszültség-lecsengés, és x a feszültség-állító telepítési pontjának a vonal elejétől való távolsága. Így:
(U0 - Uin) a vonal elejétől a feszültség-állító telepítési pontjáig terjedő feszültség-lecsengés. α = U0/Uout a vonal feszültség-szintaránya a feszültség-állító telepítési pontja előtt és után. Legyen (L - x)/x = K1, és helyettesítsük ezt, akkor kapjuk:
A vonal végén lévő feszültség U1 meg kell feleljen a 9.7 < U1 < 10.7 korlátnak. Helyettesítsük ezt a fenti képletbe, akkor megkapjuk Uin tartományát, ha K ismert. De nyilvánvalóan, mivel U0/Uout létezik, egy egyváltozós másodfokú egyenletet kell megoldani, és hamis gyök problémája is felmerülhet. A tanulmány egyszerűsíti ezt az egyenletet.
Az α = U0/Uout elemzése során Uout és U1 ugyanolyan növekedési vagy csökkenési trendet mutat. U0 állandó, így α = U0/Uout és Uout fordítottan arányos U1-gyel. Az elemzés azt is mutatja, hogy ha U1 = 9.3, akkor α ≈ 1; és ha U1 = 10.7, akkor α kissé kisebb mint 1. Tehát a korlátozó egyenlet így írható:
Azaz:
2.2 Beállítási példa
A (5) formulából látható, hogy a csapattyú-váltási művelet beállítása csak a feszültség-állító bemeneti feszültségére Uin és a feszültség-állító telepítési pontjának a vonal hosszúságához viszonyított arányára Kt vonatkozik. Nincs szükség a vonal végén lévő tényleges terhelés mérésére, ami jelentősen leegyszerűsíti a gyakorlati mérnöki nehézségeket.
Egy adott valós áramszolgáltató vonal példájának felhasználásával, továbbra is a 1. ábrán látható modellt használjuk. A vonal hossza 20 km. A feszültség-állító általában a vonal közepén van telepítve. Itt a vonal kezdete és a feszültség-állító telepítési pontja közötti távolság x = 9 km, és Kt = 11/9. Helyettesítsük ezt a (5) formulába, akkor kapjuk:
Egy adott csapattyú-helyzet esetén a bemeneti feszültség tartomány, amely kielégíti a vonal végén lévő energia minőségi követelményeit, felső és alsó határértékekkel rendelkezik, amelyek a működési feszültségek (váltási feszültségek) a csapattyúnál. Minden csapattyúnak van a saját működési feszültsége, és ez a kapcsolat számegyenesen látható.
Ahol a 1. csapattyú nem használatos, mert normál körülmények között a bemeneti feszültség nem haladja meg a csapattyú felső határértékét. A 1. csapattyú speciális működési feltételekre használható, például egyegyfázisú földkapcsolat rövidzárlat esetén hibatűrése. A következőkben a csapattyú működési feszültségének elérésével kapcsolatos váltási feltételeket írjuk le:
Fontos megjegyezni, hogy a 4. csapattyúból való visszaváltás esetén közvetlenül a 2. csapattyúra vált. Ez azért, mert a 3. és 4. csapattyú alsó határértékei nagyon közeli. Ha a feszültség jelentősen változik, a 4. csapattyúból a 3. csapattyúra való visszaváltás után azonnal a 2. csapattyúra való visszaváltás szükséges, ami növeli a műveletek számát. Ezért, a műveletek számának csökkentése érdekében a csapattyúk közötti átkapcsolás engedélyezett.
3. A csapattyú-váltó irányító berendezés tervezése
Jelenleg a leggyakrabban alkalmazott csapattyú-váltási módszer a motorral való csapattyú-kapcsoló mozgatása. Azonban a motor gyors és pontos forgásának biztosítása mindig is problémát jelentett. Jobb irányítási hatás érdekében ez a tanulmány thyristor-alapú irányítási rendszert alkalmaz.
3.1 Thyristor-irányítás elve
A thyristorok használhatók nagy teljesítményű áramkörök irányítására enyhe áramokkal. A tápellátó feszültség-állító 7 pár irányított thyristort használ a csapattyúk irányítására, ahogy az 2. ábra mutatja. Minden pár thyristor különböző transzformátor tekercséhez van csatlakoztatva, így különböző transzformációs arányokat biztosít.
3.2 Egychip mikroszámítógéppel rendelkező csapattyú-váltó irányító berendezés tervezése
A kétirányú thyristorok irányítása csak TTL kapuáramkörök által generált feszültségre van szükség, és közvetlenül a egychip mikroszámítógép kimeneti portjához csatlakozhat. A kimeneti portok megtakarítása érdekében csak 3 portot használnak, és külső 3-8 dekoderrel csatlakoztatva 7 csapattyú pozíciója irányítása történik, ahogy az 3. ábra mutatja.
4. Az intelligens irányítási rendszer tervezése
Egy irányító chippe rendelkező feszültség-állítónál csak az automatikus feszültség-állító funkció nem elegendő, és nem használja ki teljesen az egychip mikroszámítógép teljesítményét. Egy teljes irányítási rendszer, ahogy az 4. ábra mutatja, billentyűzet bevitelt, kijelző áramkört, vezeték nélküli kommunikációt, külső órát, külső tárolót és hibavédést is tartalmaz.
A billentyűzet bevitel programjainak beállítását teszi lehetővé, a vezeték nélküli kommunikáció a feszültség-állító működésének valós idejű figyelését. A külső óra biztosítja az idő naplózását az egychip mikroszámítógép áramkimaradása esetén. A külső tároló biztonságosan tárolja a rendszer működésének nagymértékű adatait a jövőbeli kutatásokhoz. A hibavédelem speciális működési módot indít el a mikroszámítógépen hibás körülmények között, hogy a villamosenergia-szolgáltatást biztosítsa, védi a károsodást a hibák során, és együttműködik a relévédelmi eszközökkel a vonalok védelmében.
5. Következtetés
A vonalmodell építése és a terhelési folyamat számítása alapján meghatározták a feszültség-állító csapattyú-műveleti feszültség beállítási szabályait. A transzformátor csapattyú-irányításához a hagyományos mechanikai irányítást a gyorsabb és kényelmesebb thyristor-irányítással helyettesítik, amely egyszerű tervezésű és jó irányítási hatással rendelkezik. A tápellátó automatikus feszültség-állító széles feszültség-állítási tartományával hatékonyan biztosítja a vonalak feszültségminőségét.
