基于单片机控制的有载调压装置设计

liyf

0 引言
作为电压控制的一种方法，有载调压变压器的使用有60多年了。然而绝大多数的分接开关仍采用放置在油箱中的机械开关方式。有载分接开关在变压器带负荷状态下切换分接开关位置，是通过机械开关接通或断开某一分接头，而由限流电抗器或变阻器限制绕组的电流，防止分接头在切换过程中由于绕组短路或断开引起停电［1］。这种方法主要存在调节速度慢、机械触头间产生电弧使变压器绝缘油极化、在切空载变压器时会产生较高的过电压等缺陷。
采用有载调压，具有降低电网环流，防止非预期无功功率交换，降低并列运行线路的损耗，改善电网功率潮流、提高供电可靠性等优点，因此有载调压变压器在电力系统网中广泛使用。而且，有载调压变压器与电抗器和电容器组合可构成可靠灵活的交流输电元件［2］。
20世纪80年代开始在一些发达国家使用的无弧有载调压装置，全部采用晶闸管作开关器件代替主电路中的交流机械分接开关的无触点开关，采用微机控制进行调压。晶闸管和微机组成的无触点开关，可以使电路的通/断控制达到毫秒级，因此调节速度快，如果控制方式得当，可消除电弧。另外，由于没有机械磨损，延长了变压器的使用寿命。无触点开关为变压器有载调压系统结构的发展提出了新的方向。
本文提出一种基于晶闸管与单片机控制技术的无冲击有载调压装置控制系统。该系统用电力电子开关替代机械开关，根据系统的实际运行情况，在电磁能量守恒的前提下，迅速自动进行分接头调节，实现无冲击有载调压。以35/10.5KV双绕组有载调压降压变压器为例加以说明。
1有载调压装置工作原理
1.1 基本结构
35/10.5KV双绕组有载调压降压变压器一般采用Y/△—11联结组别。调压绕组抽头的抽取方式采用中部抽头方式，其目的是可以使短路时磁通分布均匀，避免绕组端部调压时可能造成电动力分布的畸变。而且，调压绕组及其调压器件对地电压较低。
电力电子有载调压分接开关的主回路如图1所示A相主电路，图1仅为一相主电路，实际电路应为三相，三相主电路相同。35KV电压等级有载调压变压器，调压范围一般为-5%～+10%，如果一次调压幅度定为1.25%，则应有14个分接头。在图1中仅画出了6个分接头。电路采用两组电力电子开关分接头（U1，U3，X2和U2，U1，X3）经过渡电阻R和过渡电力电子开关A0连接的调压电路。每一个分接头上都有一对反向并联的晶闸管与其相连，变压器绕组与分接头相对应。图1中的R1和C1是防止晶闸管误导通的保护电路；电阻R0和机械开关QFx用于限制变压器的合闸涌流和电力电子开关均压，防止电力电子开关在变压器的断路器合闸时承受耐压水平的电压而击穿。图中R为限流电阻，以保证在分接开关切换的过程中不发生分接绕组间的直接短路。要使有载调压变压器具有较好的调压性能，就要求在分接开关切换时相应各开关协调工作。




图1 A相主电路
Fig.1 The main circuit of phase A
1.2分接头调压过程
以变压器正常工作时A相电路为例说明分电力电子分接头调压过程。
表1为变压器调压顺序表。当变压器分接头在n=0时，变压器运行在额定状态；变压器分接头在n=－2时，变压器运行在电网电压最低状态；同理，变压器分接头在n=2时，变压器运行在电网电压的最高状态。表中仅列出了一相的调压顺序，实际运行时三相同时调整。
表1 变压器调压顺序表
Tab.1 The sequence of tapping adjustment



输入电压/KV

分接头位置代码n

U—X


35（1－2.5%）

－2

U3—X3


35（1－1.25%）

－1

U3—X2


35

0

U2—X2


35（1＋1.25%）

1

U2—X1


35（1＋2.5%）

2

U1—X1