ด้านการออกแบบและการประยุกต์ใช้ของอุปกรณ์ปรับแรงดันอัตโนมัติสำหรับสายส่งไฟฟ้า 10KV มีอะไรบ้าง

หลังจากโครงการปรับปรุงระบบไฟฟ้าในชนบท ระบบจำหน่ายไฟฟ้าในชนบทได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่เนื่องจากข้อจำกัดด้านภูมิประเทศ ทัศนียภาพ และขนาดการลงทุน การวางผังไม่เหมาะสม ทำให้ระยะทางจ่ายไฟฟ้าของสายส่งไฟฟ้าแรงดัน 10 kV บางสายเกินขอบเขตที่เหมาะสม เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลและเวลากลางวันกลางคืน มีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าอย่างมาก ส่งผลให้เกิดปัญหาเช่น คุณภาพไฟฟ้าต่ำกว่ามาตรฐาน และความสูญเสียของสายส่งไฟฟ้าสูง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อชีวิตและการผลิตของชาวนา ดังนั้น บทความนี้ได้ออกแบบอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าประเภทใหม่: อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสำหรับสายส่ง

1 หลักการทำงานของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า

อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติเป็นอุปกรณ์ที่สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออกคงที่ มันสามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางในระบบจ่ายไฟฟ้าแรงดัน 6 kV, 10 kV, และ 35 kV และสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าภายในช่วง 20% ได้โดยอัตโนมัติ การติดตั้งอุปกรณ์ที่ระยะทาง 1/2 หรือ 2/3 ของระยะทางเริ่มต้นของสายส่งสามารถรับประกันคุณภาพแรงดันไฟฟ้าของสายส่งได้

สำหรับสถานีไฟฟ้าที่หม้อแปลงหลักไม่มีความสามารถในการปรับแรงดันไฟฟ้าขณะโหลด อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสามารถติดตั้งที่ด้านออกของหม้อแปลงหลักของสถานีไฟฟ้าเพื่อให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขณะโหลดได้ มีแท็ปหลายแท็ปบนด้านรองของหม้อแปลง โดยใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ควบคุมการเปิด-ปิดของไทรสตอร์ ให้ระดับการปรับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของการปรับแรงดันไฟฟ้าสำหรับสายส่ง

2 การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าในการเปลี่ยนแท็ปของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า

อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าสำหรับสายส่งสามารถปรับแท็ปตามสภาพโหลดที่แตกต่างกันและเปลี่ยนอัตราส่วนแปลงตามแรงดันไฟฟ้าของสายส่งเพื่อทำการปรับแรงดันไฟฟ้า มันมี 7 แท็ปและช่วงการปรับแรงดันไฟฟ้า 30% ทำให้สามารถตอบสนองความต้องการในการปรับแรงดันไฟฟ้าในชนบทได้เป็นอย่างดี

2.1 หลักการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าในการเปลี่ยนแท็ปของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า

เนื่องจากความผันผวนของโหลด แรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายจะเปลี่ยนแปลง สำหรับความตกลงของแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน จำเป็นต้องปรับการตั้งค่าแท็ปของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างสายส่งไฟฟ้าในชนบทที่มีลักษณะปกติ ที่นี่ ความยาวของสายส่งถูกกำหนดเป็น L กิโลเมตร และกำลังไฟฟ้าที่ปลายสายถูกกำหนดเป็น S = P + jQ MVA

ข้อกำหนดในการเปลี่ยนแท็ป: รับประกันว่าแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายเปลี่ยนแปลงอยู่ในช่วง 7% ทั่วไปแล้วไม่อนุญาตให้กระโดดแท็ป และจำนวนครั้งในการเปลี่ยนแท็ปควรน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้

สมมติว่าอัตราส่วนแปลงคือ K แรงดันไฟฟ้าที่ต้นสายคือ U₀ แรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายคือ U₁ แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าคือ U_in และแรงดันไฟฟ้าขาออกคือ U_out โดย U_out = KU_in

ตามแบบจำลอง สมการต่อไปนี้จะถือว่าเป็นจริง: U₁ = U_out - ΔU₁

โดย ΔU₁ คือความตกลงของแรงดันไฟฟ้าจากจุดติดตั้งอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าถึงปลายสาย และ x คือระยะทางจากจุดติดตั้งอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าถึงต้นสาย จะได้ว่า:

(U₀ - U_in) คือความตกลงของแรงดันไฟฟ้าจากต้นสายถึงจุดติดตั้ง α = U₀/U_out คืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าก่อนและหลังจุดติดตั้งอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า ให้ (L-x)/x=K₁ และแทนค่าลงไป เราจะได้ว่า:

ในนั้น แรงดันไฟฟ้า U₁ ที่ปลายสายต้องสอดคล้องกับเงื่อนไข 9.7 < U₁ < 10.7 แทนค่าลงไปในสมการดังกล่าว จะได้ช่วงของ U_in เมื่อ K ทราบแล้ว แต่เนื่องจากมี U₀/U_out จำเป็นต้องแก้สมการกำลังสองของตัวแปรเดียว และจะมีปัญหาของรากปลอม บทความนี้ได้ลดรูปสมการดังกล่าว

สำหรับการวิเคราะห์ &alpha; = U₀/U_out U_out และ U₁ มีแนวโน้มเพิ่มหรือลดลงเหมือนกัน U₀ เป็นค่าคงที่ ดังนั้น &alpha; = U₀/U_out U_out แปรผกผันกับ U₁ สามารถวิเคราะห์ได้ว่าเมื่อ U₁ = 9.3, &alpha; ≈ 1 และเมื่อ U₁ = 10.7, &alpha; น้อยกว่า 1 นิดหน่อย ดังนั้น สมการเงื่อนไขสามารถเขียนเป็น:

นั่นคือ:

2.2 ตัวอย่างการตั้งค่า

จากสูตร (5) สามารถเห็นได้ว่า การตั้งค่าการเปลี่ยนแท็ปมีความเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า U_in ของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าและอัตราส่วน K_t ของระยะทางจากจุดติดตั้งอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าถึงความยาวของสายส่ง ไม่จำเป็นต้องวัดโหลดที่ปลายสายจริงๆ ซึ่งทำให้ลดความยากในการปฏิบัติงานวิศวกรรมลงอย่างมาก

ยกตัวอย่างสายส่งไฟฟ้าจริง ยังคงใช้แบบจำลองในรูปที่ 1 ความยาวของสายส่งคือ 20 กิโลเมตร อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้ามักติดตั้งตรงกลางของสายส่ง ในที่นี้ ระยะทางจากต้นสายคือ x = 9 กิโลเมตร และ K_t = 11/9 แทนค่าลงในสูตร (5) จะได้ว่า:

สำหรับตำแหน่งแท็ปใดๆ ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สอดคล้องกับคุณภาพพลังงานไฟฟ้าที่ปลายสายมีขีดจำกัดบนและล่าง ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน (แรงดันในการเปลี่ยนแท็ป) สำหรับแท็ปนั้น แต่ละแท็ปมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของตนเอง และความสัมพันธ์นี้สามารถเห็นได้ชัดเจนบนแกนเลข

ในนั้น แท็ป 1 ไม่ได้ใช้งาน เนื่องจากภายใต้ภาวะปกติ แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะไม่เกินขีดจำกัดบนของแท็ปนี้ แท็ป 1 สามารถใช้ในภาวะการทำงานพิเศษ เช่น การทำงานที่ทนทานต่อความผิดพลาดในกรณีที่เกิดการลัดวงจรระหว่างเฟสเดียว ต่อไปนี้เป็นการอธิบายเงื่อนไขการเปลี่ยนแท็ปเมื่อถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน:

ควรสังเกตว่าเมื่อเปลี่ยนแท็ปลงจากแท็ป 4 จะเปลี่ยนแท็ปลงมาที่แท็ป 2 ทันที เนื่องจากขีดจำกัดล่างของแท็ป 3 และแท็ป 4 อยู่ใกล้กัน หากแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างมาก หลังจากเปลี่ยนแท็ปลงจากแท็ป 4 มาที่แท็ป 3 อาจจำเป็นต้องเปลี่ยนแท็ปลงมาที่แท็ป 2 ทันที ซึ่งจะเพิ่มจำนวนครั้งในการเปลี่ยนแท็ป ดังนั้น เพื่อลดจำนวนครั้งในการเปลี่ยนแท็ป จึงอนุญาตให้มีการเปลี่ยนแท็ปข้ามแท็ปได้

3 การออกแบบตัวควบคุมการเปลี่ยนแท็ป

ในปัจจุบัน วิธีการเปลี่ยนแท็ปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนสวิตช์แท็ป แต่การทำให้มอเตอร์หมุนอย่างรวดเร็วและแม่นยำยังคงเป็นปัญหา ในการให้ผลควบคุมที่ดีขึ้น บทความนี้ใช้ระบบควบคุมด้วยไทรสตอร์

3.1 หลักการควบคุมด้วยไทรสตอร์

ไทรสตอร์สามารถใช้ในการควบคุมวงจรกำลังสูงด้วยกระแสไฟฟ้าที่เบา อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าสำหรับสายส่งใช้ไทรสตอร์ทิศทางคู่ 7 คู่ในการควบคุมแท็ป ดังแสดงในรูปที่ 2 แต่ละคู่ของไทรสตอร์เชื่อมต่อกับขดลวดที่แตกต่างกันของหม้อแปลง ทำให้สอดคล้องกับอัตราส่วนแปลงที่แตกต่างกัน

3.2 การออกแบบตัวควบคุมการเปลี่ยนแท็ปด้วยไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียว

การควบคุมไทรสตอร์ทิศทางคู่ต้องการแรงดันไฟฟ้าจากการขับเคลื่อนของวงจร TTL และสามารถเชื่อมต่อกับพอร์ตเอาต์พุตของไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียวได้โดยตรง เพื่อประหยัดพอร์ตเอาต์พุต ใช้เพียง 3 พอร์ต และเชื่อมต่อดีโคเดอร์ 3-8 ภายนอกเพื่อขับเคลื่อนการควบคุม 7 แท็ป ดังแสดงในรูปที่ 3

4 การออกแบบระบบควบคุมอัจฉริยะ

สำหรับอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าที่มีชิปควบคุม การมีเพียงฟังก์ชันปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติยังไม่เพียงพอ และยังไม่สามารถใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพของไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียวได้อย่างเต็มที่ ระบบควบคุมที่สมบูรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 4 ยังรวมถึงการป้อนข้อมูลผ่านแป้นพิมพ์ วงจรแสดงผล การสื่อสารไร้สาย นาฬิกาภายนอก การจัดเก็บข้อมูลภายนอก และการป้องกันความผิดปกติ

การป้อนข้อมูลผ่านแป้นพิมพ์ทำให้สามารถปรับโปรแกรมได้ การสื่อสารไร้สายทำให้สามารถตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าได้แบบเรียลไทม์ นาฬิกาภายนอกทำให้มั่นใจว่ามีการบันทึกเวลาขณะที่ไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียวขาดไฟฟ้า การจัดเก็บข้อมูลภายนอกทำให้สามารถจัดเก็บข้อมูลการดำเนินงานของระบบจำนวนมากได้อย่างปลอดภัยสำหรับการวิจัยในอนาคต การป้องกันความผิดปกติทำให้ไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดียวเข้าสู่โหมดการทำงานพิเศษในภาวะผิดปกติ เพื่อให้สามารถดำเนินการส่งไฟฟ้าได้ ป้องกันความเสียหายจากการเกิดความผิดปกติ และทำงานร่วมกับอุปกรณ์ป้องกันวงจรไฟฟ้าเพื่อปกป้องสายส่ง

5 สรุป

โดยการสร้างแบบจำลองสายส่งและคำนวณกระแสโหลด ได้กำหนดกฎการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าในการเปลี่ยนแท็ปของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้า สำหรับการควบคุมแท็ปของหม้อแปลง ได้แทนที่การควบคุมแบบกลไกด้วยการควบคุมด้วยไทรสตอร์ที่สะดวกและรวดเร็วขึ้น ด้วยการออกแบบที่ง่ายและผลควบคุมที่ดี อุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าสำหรับสายส่งมีช่วงการปรับแรงดันไฟฟ้าที่กว้าง สามารถรับประกันคุณภาพแรงดันไฟฟ้าของสายส่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ