SVR饋線自動調壓器

SVR饋線自動調壓器主要有自耦變壓器、有載分接開關、智慧型控制器三部分構成。

基本介紹

• 中文名：SVR饋線自動調壓器
• 外文名：Step Volatage Regulator
• 構成部分1：自耦變壓器
• 構成部分2：有載分接開關
• 構成部分3：智慧型控制器

簡介

調壓原理通過有載分接開關，調節變壓器變比來實現自動有載調壓，智慧型控制器以51系列單片機為核心，對信號進行採集、分析、判斷、處理、然後發出信號,驅動有載分接開關調節電壓；該裝置具有完整的控制和相關的保護功能；控制軟體採用C語言編制，可讀性好、可擴展性強。

引言

我國農村地區的10KV配電線路，隨著季節、晝夜的變化電壓波動很大；特別是在農村排灌期間，電壓質量更是難以保證。目前調整電壓方法主要有兩種：一種是調節主變壓器分接頭;另一種是通過補償無功來調整電壓。

調節主變壓器的分接頭既可以改變電壓水平又可以改變系統的功率分配，目前大多數變電站的主變壓器都採用這種調壓方式。在這種方式下，根據系統負荷情況來調節主變的分接頭，使變電站出線電壓滿足預定的要求。由於調節的依據是以變電站的母線為基準，即將母線電壓水平限制在一個預定的範圍之內，以期在以母線為基準的一定輸出半徑內滿足電壓偏差要求，但無法滿足長距離供電線路末端的電壓要求，而變電站母線又會有多條出線，各條出線的負荷曲線也各有不同，壓降也不同，不能保證所有線路的電壓都滿足要求，因此這種調壓方法靈活性、針對性差，當饋線複雜時往往會造成距離變電站近的地方電壓偏高，距離變電站遠的地方電壓偏低。而且，目前農村35KV或66KV小型變電站的主變壓器很多不具備有載調壓能力，將其改造為有載調壓變壓器投資較大，也限制了這種調壓方式的套用。

採用無功補償改善系統的無功功率，可以提高末端用戶的電壓質量。戶外電容器補償是目前廣泛套用在農網系統的電壓調整措施，體積小，安裝方便，實現了分散補償。但是農村配電網上安裝的電容器大多需要人工操作，不能自動投切。而且有些地區低谷負荷運行時，投入補償電容器後使電壓過高，進一步增加配電變壓器的鐵損，從而增加了線損。更為關鍵的是，電容器補償主要是提高線路的功率因數，調壓效果很有限，僅僅依靠電容器補償不能解決由於線路長、線徑細、電阻引起的電壓降低問題。為解決10KV饋線電壓質量問題本文提出了饋線自動調壓器的設計方法。

1自動調壓器的調壓原理和容量設計

1.1. 自動調壓器的調壓原理：

SVR饋線自動調壓器共有三部分構成：三相自耦式變壓器 ,三相有載分接開關和智慧型控制器。

自耦式變壓器整個線圈分為三部分：串勵線圈、並勵線圈，控制線圈。其中，串勵線圈是一個有多個抽頭的繞組，這些抽頭通過有載分接開關的不同接點串聯在輸入輸出之間，改變分接位置,從而改變自耦變壓器變比，達到調整電壓的目的；三相並勵線圈為自耦變壓器的公共繞組，產生傳遞能量的磁場; 控制線圈為控制器提供工作電源和採樣信號。

三相有載分接開關是可在帶負載的情況下轉換接點的開關。在自動調壓器中，串聯繞組的抽頭接在分接開關的不同接點上，可以通過轉換接點調節變壓器變比來改變其輸出電壓。考慮分接開關壽命和用戶調壓精度要求,一般常用的有載分接開關的檔位為7、9檔兩種。

控制器是整個裝置的智慧型部分,它採集輸出的電壓信號與設定值進行比較,然後發出指令控制有載分接開關,進行調壓操作

自耦變壓器的容量分析

自耦變壓器是由三柱式鐵心，三相公共線圈，三相串聯線圈（調壓線圈）組成，採用分級絕緣，公共線圈在里側，串聯線圈在外側。其原理接線如圖（2）所示,X為自耦變壓器中性點,接電源一側為一次側（端子 A 、X）輸出電能一側為二次側（端子a、X）,A—a 稱為串聯線圈匝數用 表示；a —X 稱為公共線圈匝數，用 W2表示。

可知一次側與二次側變比為：

k=( W1+W2)/W2 = U1/U2 (1)

自耦變壓器由一次側傳輸到二次側的全部容量稱為通過容量,當忽略變壓器損耗時通過容量即為變壓器的額定容量（本文以後提到容量為通過容量 用S表示）。

S= U1L1 ≈ U2L2 =U2L1 + U2La (2)

(2)式中第一項 是由電源直接傳導到副邊的能量叫“傳導容量“以 表示，式中第二項 是由電磁感應傳導到副邊的能量叫“電磁容量“以 表示，則 S= Saa + Sax （3）

由（1）（2）（3）可得出電磁容量：

Sax=（1-1/k）S ( 4 )

由(4)式可知通過容量中有（1-1/k）是由電磁感應作用傳遞的，1/k部分是由直接電傳導作用而傳遞的。因為在設計變壓器時，變壓器的結構、尺寸、重量等主要是由電磁容量決定的所以常把自耦變壓器公共繞組的電磁容量叫做“製造容量“ “計算容量”或“結構容量“

在一定通過容量下，自耦變壓器變比k越接近1直接傳導容量所占比重越大，電磁容量和結構尺寸越小，經濟效益越明顯，對於10KV饋線自動調壓器來說，調壓範圍為0~20%時，最大製造容量為 =（1-1/1.2）S=0.167S(即製造容量為0.167倍的通過容量)。因為製造容量很小，與容量相同的電力變壓器進行比較，自耦變壓器耗材少、體積小、損耗低、效率高。

2智慧型控制器

控制器是整個有載調壓變壓器的核心部分，它決定有載調壓裝置自動化,智慧型化以及調節精度高低。它主要對饋線電壓，電流等參數進行檢測，控制有載分接開關的動作，使饋線電壓達到預定值。

智慧型控制器從變壓器輸出側採集電壓信號，然後將採樣值與設定的基準電壓進行比較。如果採集到的電壓信號大於基準電壓，並且信號電壓和基準電壓之間的差值達到一定數值（允許範圍），經一定延時後，發出控制命令，通過繼電器驅動分接開關的電機，降低分接開關檔位（降低輸出電壓）；反之，如果採集到的電壓信號小於基準電壓，控制器經過延時後發出控制信號，通過繼電器驅動分接開關的電機，從而升高分接開關檔位（升高輸出電壓）。

由於自動調壓器運行在10KV高壓電網中，一旦發生故障所帶來的危害和損失是巨大的。為保護有載分接開關使用壽命，控制器設有欠壓、過流保護。當線路電壓低於”欠壓”或 調壓器”過流“時，控制器閉鎖，不再發出調壓指令。同時設有上、下限位保護，防止各種可能情況下出現誤動作。為方便各項參數的設定和讀取，控制器設定了鍵盤。同時配備了完善的RS485通信接口，具有遙控、遙調、遙測、遙信功能。

2.1控制器硬體設計

2.1.1中央處理單元：

中央處理單元（單片機AT89C52）是整個控制器的核心，內部有256B RAM 和8K EPROM。一方面將系統電壓、電流和分接開關檔位信號進行顯示；另一方面，將採樣信號與設定值進行比較，判斷是否符合調壓條件，條件符合，然後向驅動電路發出調壓命令；否則不發出調壓命令。

2.1.2信號調理及採樣電路：

電壓、電流檢測電路提供的信號數值和輸入範圍與A/D轉換晶片,不匹配需要進行調整和變換。信號調理電路，就是把檢測到的電壓、電流、雙極性信號變為單極性0~5V信號。再進行A/D轉換。

2.1.3驅動電路：

當單片機發出上升指令時，產生一組高、低電平信號,導致一組光耦導通，經過電流放大，驅動繼電器動作，產生正相電壓，分接開關向上調壓；當單片機發出下降指令時，產生一組高、低電平信號，導致另一組光耦導通,經過電流放大，驅動繼電器動作產生反相電壓，分接開關向下調壓.

其它電路如檔位採樣及編碼電路、顯示電路、時鐘電路、通信電路等都是常用電路這裡就不一一詳述了。

2控制器的軟體設計：

軟體系統採用C語言編寫而成，C具有良好的可讀性、可移植性。軟體系統主要包括五大模組：主程式模組、顯示模組、A/D轉換模組、數字濾波模組、鍵盤掃描模組。

1主程式模組

主程式的主要作用首先使整個控制系統初始化，包括主程式初始化、串口初始化、定時器中斷初始化、看門狗初始化以及A/D轉換初始化，初始化完成後，進入正常數據採集。然後對採集到數據進行顯示、處理，通過控制算法，發出控制指令，在此過程中主程式始終回響其它控制子程式的中斷請求，如果有中斷請求，按照中斷優先權高低，轉入相應處理程式。主程式流程圖如圖（4）。

2.2.2 顯示模組

顯示子程式功能組要完成系統定值、實時值顯示以及工作狀態顯示，系統每秒鐘調用一次顯示模組顯示系統實時數據。

2.2.3鍵盤掃描模組

鍵盤掃描採用查詢方式,每20ms掃描一次。鍵盤採用軟體去抖動的方法來消除由於按鍵抖動帶來影響，軟體每次檢測到有鍵按下時執行一段10～20ms延時程式再確認該鍵電平是否有效。

2.2.4 A/D轉換模組

根據整個系統要求選用8位的A/D轉換晶片,轉換精度1/256 ,將調理後的模擬信號,轉換成單片機可以處理的數位訊號。

2.2.5 數字濾波模組

每個周期採樣12點進行傅立葉變換,將變換後結果進行中值平均濾波,作為該秒的實時值。

結束語

10KV饋線自動調壓器不僅能有效改善電網的電壓質量，而且能夠降低系統網損，提高電網的經濟效益。10KV饋線自動調壓器以其高度的安全性、可靠性、經濟性、實用性在農村電網中套用越來越廣泛，是解決農村電網電壓偏差問題不可或缺設備之一。