一种有载调容调压变压器控制终端的设计

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基于PLC的有载调容调压变压器控制系统

基于PLC的有载调容调压变压器控制系统

自动化技术基于PLC的有载调容调压变压器控制系统作者/戴蕾、周国平,南京林业大学信息科学技术学院摘要:在现代社会,电力成为人们生活生产的必需品,变压器的出现使得电力传送和节能得到一定改善,但也由此带来了变压器本身对电 力系统造成浪费的问题。

有载调容调压变压器的出现,有效地解决了变压器因为容量过大造成的电能损耗,并且及时调整电压使得电能质 量得到保障。

对长期节能计划起到了至关重要的作用。

本文对有载调容调压变压器进行拓展,加入控制系统,使得有载调容调压变压器更 加智能化。

关键词:有载调容调压;节能;智能引言传统变压器在工作时容量是一定的。

如果变压器的容量 过大,那么势必有相当一部分的容量剩余,造成资源的浪费;更加严重的是,剩余容量如果太大,那么变压器的空载损耗 将会变得非常大。

如果变压器的容量选的过小,一方面电力 需求在快速增长,对变压器的容量要求就会越来越高;另一 方面负载占比增大之后,变压器的负载损耗会随之增大。

所 以如何灵活地选择变压器的容量就会显得很关键。

负载在变 化的同时电压也随之波动,电压的变化决定了电能质量的好 坏。

本文旨在传统变压器上加一个控制系统,由于PLC较 于其他的控制手段更为灵活,便捷,操作也更为简单,可以 让变压器的控制更为安全,满足控制需求,本次设计采用 PLC作为 CPU。

运用P L C自动控制技术实现变压器的自动化,可以将计 算机技术、传感器、电力电子等各种手段结合起来并且该系 统可以在比较极端的情況下控制,在各种环境中高效稳定运 行,工作人员只需在控制室中实时地观测即可,有效地减小 了工作量。

更重要的是可以降低人为操作时误操作可能性,保证设备稳定安全的运行,也保证了工作人员的人身安全。

1.总体设计有载调压调容控制系统的工作原理为:首先,上位机通 过传感器进行数据采集,采集到电压、电流、功率等信息,然后将这些模拟量经过A/D转换电路转换为数字量,通过作 为下位机的PLC进行约定通信规约,以约定的规约将这些信 息传递到PLC中,经过PLC内部的处理器进行信息的整合 与处理,发出指令,即开关量信号控制接触器触点动作,控 制不同的线圈进行动作,从而达到调整变压器分接头位置以 及变压器的接线方式,实现变压器的调压和调容。

有载配电变压器自动调容控制电路软硬件设计

有载配电变压器自动调容控制电路软硬件设计

电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 有载配电变压器自动调容控制电路软硬件设计邵云峰安成万张涵羽刘永强(国网山西省电力公司吕梁供电公司山西省吕梁市 033000 )摘要:本文电力系统中负荷的波动,造成配电变压器的工作状态有时处于满栽、有时处于半栽甚至近似空载的情况,设计出了一种 可以自动检测变压器的实际工作容量大小,根据实际负荷容量大小来调整变压器的容量,使变压器的工作效率达到最高,起到节能减效的 目的。

通过实验验证了设计的调容变压器的可靠性和实用性。

关键词:有栽变压器;调容;控制电路;软硬件1概述变压器在电力系统的能耗中所占比例一直居高不下,目前是整个电网损耗中的重要提供者。

据不完全统计,变压器的电能损耗站电网损耗的40%-60%,因此降低配电变压器的运行损耗,提高其运行效益是我们电力行业节能减排的重要任务之一。

目前我国的用电负荷峰谷变化还比较大,由于季节的变化而引起的负荷波动更为明显,在波谷情况下,变压器的平均负载率仅有10%-丨5%,由此造成的电能损耗极其严重。

为改变这种运行状况,降低系统损耗,根据实际运行符合需求大小,合理的对变压器容量进行调节,以达到变压器的经济运行,成为降低系统损耗的重中之重。

通过近几年的研宂,设计出的一种能够根据实时负荷的变化而调节变压器自身容量的有载配电变压器自动调容控制系统具有重要的节能意义和使用价值。

2有载调容变压器工作原理及结构有载调容变压器由于存在容量可以调整,因此其结构不同于普通的配电变压器。

因为变压器的容量大小取决于铁芯的截面积及一二次侧线圈的载流量,因此,要想使变压器的容量得到调整,要么改变铁芯的截面积,要么改变一二次侧线圈允许额定载流量大小。

在这两种方法中,改变铁芯截面积难度较大,一般很少采用,通常采用改变一二次侧线圈的允许额定载流量大小来改变变压器的容量大小。

有载调容调压配电变压器的设计

有载调容调压配电变压器的设计

韩旭(广州西门子能源变压器有限公司,广东 广州 511356)摘要:介绍了有载调容调压配电变压器的原理,从调容调压开关选择、通信设计、变压控制设计几个方面论述了有载调容调压配电变压器的设计要点,并对有载调容调压配电变压器的应用进行了进一步探究,以期为有载调容调压配电变压器的设计应用提供一些参考。

关键词:有载调容调压;配电变压器;设计Design of on Load Capacity and Voltage Regulation Distribution TransformerHan Xu(Guangzhou Siemens Energy Transformer Co�, Ltd� , Guangzhou 511356, China)Abstract: This paper introduces the principle of on load capacity and voltage regulation distribution transformers, discusses the design points of on load capacity and voltage regulation distribution transformers from the selection of capacity and voltage regulation switches, communication design, and transformer control design, and further explores the application of on load capacity and voltage regulation distribution transformers� It is for hoping to provide some reference for the design and application of on load capacity and voltage regulation distribution transformers�Key Words: On load capacity and voltage regulation; Distribution transformer; Design0 引言在我国国民经济快速发展过程中,经济增长与环境资源之间的矛盾日益加剧,降低电网损耗成为我国电力系统发展的主要任务之一。

一种有载调压变压器的调压控制装置[实用新型专利]

一种有载调压变压器的调压控制装置[实用新型专利]

专利名称:一种有载调压变压器的调压控制装置专利类型:实用新型专利
发明人:杨华,石传玉,袁超,都怀莉
申请号:CN202020061688.5
申请日:20200113
公开号:CN211656601U
公开日:
20201009
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型公开了一种有载调压变压器的调压控制装置,属于电力控制领域,包括防护箱和控制装置本体,所述控制装置本体的顶部设置有连接口,所述控制装置本体的顶部设置有均匀分布的按钮,所述控制装置本体位于防护箱的内部,所述防护箱内壁的左右两侧均固定连接有均匀分布的第一弹簧。

本实用新型通过设置第一弹簧,可对控制装置本体起到减震和限位的效果,在装置受到碰撞和跌落时,控制装置本体不会随防护箱的移动而移动,第一弹簧会拉动控制装置本体,使其快速稳定下来,避免来回晃动,对内部电器元件造成损坏,通过设置减震组件,当装置受到震动时,通过减震组件可将力通过水平和垂直两个方向进行卸力,提高了控制装置本体的防护性能。

申请人:山东鲁能超越电气有限公司
地址:276000 山东省临沂市金源路294号
国籍:CN
代理机构:北京盛凡智荣知识产权代理有限公司
代理人:叶培辉
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一种调容调压变压器的设计方案

一种调容调压变压器的设计方案

一种调容调压变压器的设计方案摘要:本方案设计的有载自动调容调压配电变压器,主要用于额定电压10kV,容量800kVA 及以下的配电台区,实现自动调容、自动调压、配电监测及无线“四遥”功能,以供参考。

关键词:自动;有载;调容1前言用户或线路负荷不稳定引起电压波动时,变压器可以自动调节电压高低,提升供电质量,延长设备寿命,解决了配电网负荷峰谷时段电压合格率低的问题。

根据负荷大小自动调节容量,使变压器在负荷低谷期自动运行在小容量档,空载损耗大大降低,有功空载损耗约为大容量时的 1/3,无功空载损耗是大容量档的1/10,节能效果显著。

WIFI、GSM、GPRS多种通讯方式,具有实时监测、遥控变压器运行状态、查看和修改定值等功能,实现了配电网台区的自动化控制。

2 调容调压原理2.1 结构组成有载自动调容调压配电变压器通过有载调容调压组合开关切换绕组连接方式实现容量调节和电压调节。

图1 有载调容调压配电变压器绕组连接示意图2.2 调压原理变压器通过调压开关接入不同匝数的高压绕组,调节匝数比实现调节变压器低压侧输出电压。

以A相为例,各电压分接档位切换过程示例如下:高档:K1-1 接通、K2-1 接通;N1 段进入带电回路;Ua=UA*N0/N1;中档:K1-2 接通、K2-1 接通;N1 段、N2 段串联进入带电回路;Ua=UA*N0/(N1+N2);低档:K2-2 接通;N1 段、N2 段、N3段串联进入带电回路;Ua=UA*N0/(N1+N2+N3)。

图2 调压原理图2.2 调压原理变压器由大容量转换为小容量时,高压绕组连接方式由三角形接线改为星形接线;低压绕组中并联的两段绕组转为串联。

高压绕组相电压降低和低压绕组线匝增加的倍数相同,从而保持输出电压稳定不变。

小容量状态下低压绕组匝数增加至1.73倍,铁芯磁通密度同比降低,单位损耗变小,空载损耗和空载电流也大幅下降,从而显著降低变压器的空载无功损耗和有功损耗,达到节能降耗的目的。

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一种有载调容调压变压器控制终端的设计
发表时间:2016-11-03T15:46:32.233Z 来源:《电力设备》2016年第15期作者:王志文周海波[导读] 本文介绍了一种有载调容调压变压器用控制终端的设计。

(纪元电气集团有限公司浙江江山 324100)摘要:本文介绍了一种有载调容调压变压器用控制终端的设计。

该控制终端的硬件采用以ARM为核心的高性能CPU平台,针对调容调压变压器的应用特点和分接开关的控制问题,设计独特的外围模块如有载开关保护模块、宽压自适应电源模块和多种通讯模块。

该控制终端的软件采用了FreeRTOS的实时操作系统,并且集成开发了包括GPRS、2.4G短距离通讯、Wi-Fi通讯和USB记录等多种通讯和记录功
能。

经许昌开普实验室测试表明,该控制终端符合国家电网国标Q/GDW 731-2016、GB/T7261-2008和GB/T14598.2-2011的要求。

关键词:有载调容调压变压器;控制终端;实时操作系统
0前言
据统计,我国变压器总损耗约占系统发电量的10%;而在占电网总损耗60%~65%的中、低压电网损耗中,约有60~65%损耗在配电变压器上[1,2]。

配电变压器的负载随时间的变化而波动,尤其在商业区、工业区以及广大的农村电网,用电高峰时变压器满负荷甚至超负荷工作,低谷时变压器近乎空载运行,配变电负荷率很低,往往不到30%,长时间处于“大马拉小车”状态,造成变压器空载损耗严重[3-5]。

由此可见,降低配电变压器的空载损耗具有很大的节能潜力,如果变压器损耗能降低1%,每年就可节约上百亿度电[6,7]。

早在上世纪八十年代提出了无载调容变压器技术方案,但需要配电变压器断电操作,并且操作过程非常繁琐,在严重影响配电质量的同时,基本发挥不了节能作用[8]。

在此情况下有载调容变压器技术应运而生,它可以在不断电状态下自动进行变压器容量的调节以实现节能目标。

近年,国内少数厂家已开发出了第一代有载调容调压变压器,这些产品在功能上基本满足了调容调压需求,但是在性能上却存在一定的不足和缺陷[9]。

特别在控制终端方面可靠性低、稳定性差,变压器运行参数记录不全面,通信能力差等问题。

针对这些普遍存在的问题,本文介绍一种经过许昌开普实验中心认证的控制终端设计方案。

该终端以高性能ARM CortexTM-M4系列MCU为核心,实现手动/自动调容调压控制、电能计量、通讯和数据监控单点测控和保护等功能,还可配合后台系统组网以实现四遥功能,以达到最大限度的节能降耗、提高电网质量的目的。

1系统结构及特点
图1系统结构图
本调容调压控制终端的系统结构图如图1。

根据功能和结构的划分,控制终端分为自适应隔离电源、三相电能信号采集、隔离信号输入、隔离232通讯、点阵LCD、微处理器、保护性有载开关驱动、各种通讯和Micro-SD接口等模块。

在这些模块的有机组合下,本控制终端具有如下的特点: 1)以ARM CortexTM-M4的高性能MCU为核心处理器。

该MCU集成片内的DSP和FPU,在高达180 MHz的工作频率下通过闪存执行时其处理性能达到225 DMIPS/608 CoreMark。

2)具有极其强大的无线通讯功能,内置WiFi、GPRS、GSM和2.4G模块等通讯接口,能通过无线局域网、无线蜂窝数据网、短信和短距离P2P通讯的方式将变压器和电网的实时数据发送到后台系统,满足国家电网的规约和标准要求。

3)具有高可靠的有线通讯功能,内置隔离RS232、隔离RS485、隔离LAN和USB-Host接口,能通过串口、以太网和U盘完成实时的异构数据存储,满足国家电网的规约和标准要求,方便实现控制终端的组网和运维。

4)各种硬件端口具有非常高的隔离等级和保护能力,满足对电磁兼容的要求,在高噪声、大干扰的复杂环境里可靠完成高速采集、运算和通讯等任务。

5)具有高可靠性的有载调容调压开关的控制能力,驱动能力强,充电迅速,即便在MCU芯片锁死的情况下仍然不会输出错误动作,以保护昂贵的有载调容调压开关和变压器本体。

6)具有很强的电源适应能力。

在三相/两相/单相供电同时电压波动达±20%情况下仍然能可靠工作、驱动有载调容调压开关正常切换。

7)内置高分辨率的液晶显示屏、按钮和MicroSD卡的存储接口,软件系统采用强大的实时操作系统、通讯协议栈和文件系统。

8)具有极强的数据处理能力,能可靠采集并记录正点时刻、变压器动作、警告和故障、参数设置、控制器重启、闭锁触发等70余项数据,能同时进行数据测量、数据记录、数据查询、切换开关驱动检测和闭锁、参数整定等各种功能。

9)集成计量级的电能测量模块,能准确实时进行三相有功功率、三相无功功率、三相功率因数、三相电压、电压畸变率等40余项电能参数,并可方便进行参数校正;同时具有相位自动识别的功能。

2子模块设计
2.1 CPU模块
CPU模块是控制终端的核心模块,软件系统选用FreeRTOS实时操作系统,可更加合理、更有效的利用系统资源,保障系统的可靠性和实时性。

CPU的硬件电路包含了CPU的供电回路,关键端口处增加多重保护,提高系统的EMC性能。

图2 CPU模块电路
2.2自适应电源模块
为了满足控制终端在三相、两相和单相供电且电源波动±20%情况下,都能可靠工作,特设计了此自自适应电源模块。

该模块的输入方式为三相四线,经过隔离变压器后,整流成+300V左右的直流电压。

此电压分为两路,一路供给电磁铁充电回路,一路供给开关电源模块,输出+15V给控制回路使用。

经过特别选择的超导变压器和滤波回路,有效提高了此自适应电源的效率,满足国标相关待机功率指标的要求。

图3自适应电源模块
2.3高压驱动保护模块
本控制终端的控制对象为放置在调容调压变压器箱体内的有载分接开关上的动作电磁铁。

在调容调压变压器工作时,驱动电磁铁的继电器动作时序必须严格控制,否则可能导致控制器被烧毁。

故在控制终端设计时增加由硬件逻辑组成的高压驱动保护模块,当CPU的动作信号满足相应的时序逻辑后输出动作信号,否则输出保持稳态不变。

图4高压驱动保护模块
2.4三相电信号测量模块
在本控制终端使用了计量级的三相电能计量芯片,通过电流和电压互感器取样出三相的电流和电压值,通过计量芯片,直接计算出三相电流/电压的有效值、有功功率和无功功率、有功电能和无功电能等参数。

图5三相电能计量模块
3 软件设计
3.1主要功能
1)可实时远程监测变压器运行参数,同时把监测数据保存在本地存储器中和远程传输到监控主机上。

2)自动运行条件下,可以根据事先设置好的调容、调压门限,以及当前变压器运行状态,自动使变压器调节到合适的档位。

3)手动条件下,可以根据用户的指定,调节到给定的档位。

4)具备闭锁功能,变压器超出每日设定调容次数后,闭锁输出回路并使调容开关保持在高容位置。

5)具有数据越限报警功能,可现场即时上报报警信息,同时,还具有GSM手机短信报警管理系统。

6)具备短信、GPRS和串口多种通信功能。

7)具备定时和事件触发两种数据记录方式,可供监控主机随时查询。

软件架构
图6软件整体结构框架图
软件采用分层架构,如图6所示,分为3层:驱动层、设备层和应用层。

驱动层主要完成与硬件直接打交道的工作;设备层是在驱动层之上,对各个设备功能模块进一步抽象;应用层在设备层提供的服务基层之上,结合实际的应用需求,实现调容调压的目的。

4系统测试
本调容调压器控制终端于2015年11月在许昌开普检测技术有限公司进行第三方型式检验,以《GB/T7261-2008继电保护和安全自动装置基本实验方法》[10]为检验方法,以《Q/GDW 731-2016 有载调容配电变压器选型导则》[11]和《GB/T14598.2-2011量度继电器和保护装置》[12]为技术要求。

型式实验结果表明,本调容调压变压器符合国标的要求。

参考文献
[1]刘斌,岳青,孙毅卫等.调容调压变压器现状及发展趋势研究.变压器,2015,52(5):23-28.
[2]贾继莹,方恒福,栾大利,等.有载调容分接开关的研制[J].变压器, 2013,50(10):40-44.
[3]龙世熠.浅谈有载调容变压器设计[J]. 科技视界, 2013,(31):91.
[4]王云飞,赵自辉.有载调容调压智能变压器在配电网的应用[J]. 科技创新与应用, 2013,(25):170-171.
[5]孙茁,王晶. 调容变压器节能运行分析[J]. 电工技术, 2014,(5):9-11.
[6]周恒逸,齐飞,叶会生,等.智能型有载调容配电变压器的应用研究[J]. 湖南电力,2014,34(4):8-11.
[7]李晓慧,常文平,李吉浩.配电变压器的有载调容设计[J].变压器,2010,47(11):5-10.
[8]邱秋平,杨艳芳. 有载自动调容变压器应用效果分析[J].农村电工,2014,22(8):38.
[9]罗伟彬,范伟波.有载调容变压器故障导向安全技术研究[J].科技与创新,2014,(20):11,14.
[10]GB/T 7261-2008 继电保护和安全自动装置基本试验方法.
[11]Q/GDW 731-2016 有载调容配电变压器选型导则.国家电网公司.GB/T 14598.2-2011 量度继电器和保护装置.。

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