Wat zijn de ontwerpaspecten en toepassingen van de 10KV voeder automatische spanningregelaar?
Na het project voor de renovatie van het plattelands elektriciteitsnetwerk is er een aanzienlijke verbetering opgetreden in het distributienet. Echter, vanwege beperkingen zoals terrein, landschap en investeringsgrootte, is de indeling niet optimaal. Hierdoor overschrijdt de voedingsstraal van sommige 10 kV-voedingslijnen de redelijke grens. Met de verandering van seizoenen en dag en nacht komen er significante spanningsschommelingen voor, wat leidt tot problemen zoals onvoldoende kwaliteit van de elektriciteit en relatief hoge lijnverliezen, die het leven en de productie van boeren ernstig beïnvloeden. Daarom ontwerpt dit artikel een nieuw type spanningregelaar: de automatische voederregelaar.
1 Werking van de spanningregelaar
Een automatische spanningregelaar is een apparaat dat automatisch de veranderingen in de ingangsspanning volgt om een stabiele uitgangsspanning te garanderen. Het kan breed worden toegepast in 6 kV, 10 kV en 35 kV voedingssystemen, en kan de ingangsspanning automatisch binnen een bereik van 20% aanpassen. Het installeren van het apparaat op 1/2 of 2/3 vanaf het begin van de lijn kan de spanningkwaliteit van de lijn waarborgen.
Voor onderstations waar de hoofdtransformator geen belastingsspanningsregeling heeft, kan de automatische spanningregelaar ook aan de zijde van de uitgaande lijn van de hoofdtransformator van het onderstation worden geïnstalleerd om belastingsspanningsregeling te realiseren. Er zijn verschillende tappen aan de secundaire zijde van de transformator. Door middel van een enkele chip microcomputer die de thyristoren regelt, worden verschillende niveaus van spanningregeling geboden, waardoor het doel van voederlijnspanningsregeling wordt bereikt.
2 Instelling van de tapveranderingsactiespanning van de spanningregelaar
De voederlijnspanningsregelaar kan de tappen volgens verschillende belastingsomstandigheden aanpassen en de transformatieverhouding op basis van de lijnspanning wijzigen om spanningregeling te realiseren. Het heeft 7 tappen en een 30% spanningregelbereik, waarmee het goed voldoet aan de eisen voor plattelands spanningregeling.
2.1 Principe van het instellen van de tapveranderingsspanning van de spanningregelaar
Vanwege fluctuaties in de belasting zal de spanning aan het einde van de lijn veranderen. Voor verschillende spanningsdalingen is het nodig om de tapinstellingen van de spanningregelaar aan te passen. Figuur 1 toont een typisch plattelands overdrachtselectriciteitsnet. Hierbij is de lengte van de lijn ingesteld op L km, en de vermogen aan het einde van de lijn is ingesteld op S = P + jQ MVA.
Eisen voor tapverandering: Zorg ervoor dat de spanning aan het einde van de lijn varieert binnen een bereik van 7%; meestal is tussentapoverslaan niet toegestaan; het aantal tapveranderingen moet zo min mogelijk zijn.
Stel de transformatieverhouding is K, de spanning aan het begin van de lijn is U0, de spanning aan het einde van de lijn is U1, de ingangsspanning van de spanningregelaar is Uin, en de uitgangsspanning is Uout, met Uout = K * Uin.
Volgens het model geldt de volgende vergelijking: U1 = Uout - ΔU1. Waarbij ΔU1 de spanningsdaling is vanaf het installatiepunt van de spanningregelaar tot het einde van de lijn, en x de afstand is van het installatiepunt van de spanningregelaar tot het begin van de lijn. Dus:
(U0 - Uin) is de spanningsdaling vanaf het begin van de lijn tot het installatiepunt. α = U0/Uout is de verhouding van de lijnspanning voor en na het installatiepunt van de spanningregelaar. Laat (L - x)/x = K1, en substitueer dit, dan krijgen we:
Onder deze omstandigheden moet de spanning U1 aan het einde van de lijn voldoen aan de beperkingsvoorwaarde 9.7 < U1 < 10.7. Substitueer dit in de bovenstaande formule, dan kan het bereik van Uin worden verkregen wanneer K bekend is. Echter, duidelijk, vanwege de aanwezigheid van U0/Uout, is het nodig om een kwadratische vergelijking met één variabele op te lossen, en er zullen problemen van spurious roots zijn. Het artikel vereenvoudigt deze vergelijking.
Voor de analyse van α = U0/Uout, hebben Uout en U1 dezelfde stijgende of dalende trend. U0 is constant, dus α = U0/Uout, Uout is omgekeerd evenredig met U1. Het kan ook worden geanalyseerd dat wanneer U1 = 9.3, α ≈ 1; en wanneer U1 = 10.7, is α iets minder dan 1. Dus kan de beperkingsvergelijking als volgt worden geschreven:
Dat wil zeggen:
2.2 Instelling voorbeeld
Zoals te zien is in Formule (5), is het instellen van de tapveranderingsactie eigenlijk alleen gerelateerd aan de ingangsspanning Uin van de spanningregelaar en de verhouding Kt van de afstand van het installatiepunt van de spanningregelaar tot de lengte van de lijn. Het is niet nodig om de werkelijke belasting aan het einde van de lijn te meten, wat de moeilijkheid van de daadwerkelijke ingenieurswerkzaamheden aanzienlijk vereenvoudigt.
Neem een bepaalde werkelijke overdrachtslijn als voorbeeld. Gebruik nog steeds het model zoals getoond in Figuur 1. De lengte van de overdrachtslijn is 20 km. De spanningregelaar wordt meestal in het midden van de lijn geïnstalleerd. Hier wordt de afstand vanaf het begin van de lijn genomen als x = 9 km, en Kt = 11/9. Substitueer in Formule (5), dan krijgen we:
Voor een bepaalde tappositie heeft het ingangsspanningsbereik dat voldoet aan de kwaliteitseisen van de elektrische energie aan het einde boven- en ondergrenzen, die de bedrijfsspanningen (tapveranderingspanningen) voor die tap zijn. Elke tap heeft zijn bijbehorende bedrijfsspanning, en deze relatie kan meer intuïtief worden gezien op de getallenlijn.
Onder normale omstandigheden zal de ingangsspanning de bovengrens van deze tap niet overschrijden, daarom wordt Tap 1 niet gebruikt. Tap 1 kan worden gebruikt voor speciale bedrijfsomstandigheden, zoals fouttolerant bedrijf tijdens een enkelvoudige fase-aarde kortsluiting. De volgende beschrijft de schakelcondities wanneer de tap de actiespanning bereikt:
Het moet worden opgemerkt dat bij het omlaag schakelen van Tap 4, direct wordt omgeschakeld naar Tap 2. Dit komt omdat de lagere actiegrenzen van Tap 3 en Tap 4 relatief dicht bij elkaar liggen. Als de spanning sterk verandert, kan na het omlaag schakelen van Tap 4 naar Tap 3, direct omlaag schakelen naar Tap 2 nodig zijn, wat het aantal acties verhoogt. Daarom, om het aantal acties te verminderen, wordt overstappende tapverandering toegestaan.
3 Ontwerp van de tapveranderingscontroller
Momenteel wordt de algemeen gebruikte methode voor tapverandering gerealiseerd door een motor te gebruiken om de beweging van de tapschakelaar te besturen. Echter, hoe de snelle en nauwkeurige rotatie van de motor te garanderen, is altijd een probleem geweest. Om een betere controle-effect te bereiken, wordt in dit artikel een thyristorcontrolesysteem gebruikt.
3.1 Thyristorcontroleprincipe
Thyristors kunnen worden gebruikt om de controle van krachtige circuits met zwakke stroom te realiseren. De voederlijnspanningsregelaar maakt gebruik van 7 paren bidirectionele thyristors om de tappen te controleren, zoals getoond in Figuur 2. Elk paar thyristors is verbonden met verschillende windingen van de transformator, waardoor verschillende transformatieverhoudingen corresponderen.
3.2 Ontwerp van de single-chip microcomputer tapveranderingscontroller
De controle van bidirectionele thyristors vereist slechts spanningbedrijving van TTL-poortcircuits en kan rechtstreeks worden verbonden met de uitgangsport van de single-chip microcomputer. Om uitgangsporten te besparen, worden slechts 3 poorten gebruikt, en wordt een externe 3-naar-8 decoder aangesloten om de controle van 7 tapposities te drijven, zoals getoond in Figuur 3.
4 Ontwerp van het intelligente controlesysteem
Voor een spanningregelaar met een controlechip is alleen de automatische spanningregelfunctie onvoldoende, en het maakt ook niet optimaal gebruik van de prestaties van de single-chip microcomputer. Een compleet controlesysteem, zoals getoond in Figuur 4, omvat ook toetsenbordinvoer, een displaycircuit, draadloze communicatie, een externe klok, externe opslag en foutbescherming.
Toetsenbordinvoer stelt programmaaanpassingen in, draadloze communicatie stelt real-time monitoring van de operatie van de spanningregelaar in. De externe klok zorgt voor tijdsregistratie tijdens stroomuitval van de single-chip microcomputer. Externe opslag slaat grote hoeveelheden systeemoperatiegegevens veilig op voor toekomstig onderzoek. Foutbescherming brengt de single-chip microcomputer in een speciale bedrijfsmodus onder abnormale omstandigheden om aan de energietransmissietaken te voldoen, beschermt het tegen schade bij fouten, en werkt samen met relaisbeschermingsapparatuur om overdrachtslijnen te beschermen.
5 Conclusie
Door het bouwen van een overdrachtslijnmodel en het uitvoeren van belastingsstroomberekeningen, worden de instelregels voor de tapactiespanning van de spanningregelaar bepaald. Voor de tapcontrole van de transformator wordt de traditionele mechanische controle vervangen door de meer gemakkelijke en snellere thyristorcontrole, met een eenvoudig ontwerp en een goede controle-effect. De automatische voederlijnspanningsregelaar heeft een breed spanningregelbereik, wat effectief de spanningkwaliteit van overdrachtslijnen waarborgt.
