變壓器有載自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)

0　引言
　　電壓質(zhì)量是檢驗(yàn)電能質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的提高有著密切的關(guān)系，電壓的波動(dòng)范圍直接影響著用電設(shè)備的使用效率、工作性能及使用壽命。為了保證電壓質(zhì)量，國(guó)家對(duì)各級(jí)電網(wǎng)電壓的允許波動(dòng)范圍都有著明確的規(guī)定，電壓合格率已作為電力部門達(dá)標(biāo)和創(chuàng)一流的主要考核指標(biāo)。由于我國(guó)電源儲(chǔ)備容量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，電壓波動(dòng)范圍受負(fù)荷影響較大。采用有載調(diào)壓變壓器，根據(jù)電壓的要求，對(duì)有載分接開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證電壓自動(dòng)保持在合格范圍內(nèi)是提高電壓質(zhì)量的一個(gè)重要措施。目前，大部分有載調(diào)壓變壓器仍采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，由于人工手動(dòng)調(diào)節(jié)存在著調(diào)整不及時(shí)，調(diào)節(jié)存在偏差以及易發(fā)生誤調(diào)節(jié)等現(xiàn)象，難以保證電壓的質(zhì)量。國(guó)產(chǎn)的自動(dòng)調(diào)壓控制器普遍存在著智能化程度低，測(cè)量精度差，產(chǎn)品質(zhì)量低，可靠性較低的現(xiàn)象，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。國(guó)外進(jìn)口的自控器，盡管在性能和質(zhì)量上能基本滿足要求，但由于其參數(shù)及說(shuō)明書均用外文說(shuō)明，顯示部分仍采用數(shù)碼管顯示，這給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)很大困難，致使一些進(jìn)口控制器長(zhǎng)期得不到使用，影響了電壓質(zhì)量的提高。為此，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，在吸收消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一套比國(guó)外進(jìn)口設(shè)備更先進(jìn)，適合于我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要的變壓器有載自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)。
1　基本原理
　　變壓器有載自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)基本原理框圖如圖1所示。

圖1　變壓器有載自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)基本原理框圖

1.1　電壓形成部分
1.1.1　輔助TA
　　輔助TA的一次輸入信號(hào)取自被控制變壓器的TA二次電流，該電流的額定值為5 A，所以輔助TA的一次額定電流設(shè)計(jì)為5 A。為了把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的電壓信號(hào)，輔助TA二次側(cè)并一20 Ω電阻。為了提高測(cè)量精度，防止飽和，輔助TA二次側(cè)應(yīng)取較低的電壓，本設(shè)計(jì)取輔助TA二次側(cè)電壓為1 V。輔助TA的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)為

I１=5 A，P=60 mW，
N１=9，N2=810，
Φ１=1.5～2 mm，Φ2=0.21 mm

其中N1，N2為一、二次匝數(shù)；Φ1，Φ2為一、二次線徑。
1.1.2　輔助TV
　　輔助TV一次輸入電壓取自母線TV二次電壓，所以輔助TV的一次額定電壓為100 V。為防止電壓過(guò)高時(shí)造成輔助TV的飽和而影響其測(cè)量精度，且該控制裝置不考慮50 V以下的測(cè)量精度，輔助TV的一次額定電壓設(shè)計(jì)為130 V。輔助TV的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)為

U１=130 V，P=6 mW，
N1=3 600,N2=200,
Φ１=0.1(0.13) mm，Φ2=0.21(0.13) mm。

1.2　整流濾波
　　對(duì)電壓形成部分送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，通常有兩種處理方法，即交流采樣和直流采樣。前者的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度較快，其缺點(diǎn)是抗干擾性能差，軟件較為復(fù)雜；而后者恰與其相反，通常在反應(yīng)速度要求不是太快的情況下，采用直流采樣。本設(shè)計(jì)中采用直流采樣，其整流電路采用由精密運(yùn)放構(gòu)成的絕對(duì)值整流電路。
1.3　多路轉(zhuǎn)換開關(guān)
　　多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用AD7501。AD7501是具有8路模擬輸入的8選1高速模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，本裝置只有4路輸入信號(hào)，完全滿足要求，且留有擴(kuò)展的余地。
1.4　A/D轉(zhuǎn)換
　　根據(jù)本裝置對(duì)測(cè)量精度的要求，選擇8位AD，精度稍差一點(diǎn)；選用10位AD，精度可滿足要求，但10位AD不如12位AD使用普遍，所以設(shè)計(jì)中選用12位AD芯片AD574作為轉(zhuǎn)換芯片。AD574轉(zhuǎn)換速度為25 μs，在本設(shè)計(jì)中電流、電壓的純A/D轉(zhuǎn)換精度為0.05%，其轉(zhuǎn)換速度和精度都滿足要求，且有很大的裕度。
1.5　CPU芯片
　　本系統(tǒng)為中小控制系統(tǒng)，對(duì)速度要求不高，采用比較成熟的51系列單片機(jī)具有較好的抗干擾性能，故設(shè)計(jì)中CPU采用51系列8031芯片。
1.6　程序存儲(chǔ)器EPROM
　　軟件程序估計(jì)約有6 k字節(jié)，設(shè)計(jì)中采用使用較為普遍的8 k字節(jié)EPROM2764，容量滿足要求，且易于選購(gòu)。
1.7　自動(dòng)復(fù)位電路
　　 為了使控制裝置適用于無(wú)人值守變電站，提高裝置的抗干擾能力，防止程序在受到干擾時(shí)，可能出現(xiàn)的死鎖或飛跑現(xiàn)象，設(shè)有由單穩(wěn)觸發(fā)電路構(gòu)成的硬件自動(dòng)復(fù)位電路，在程序受到某種干擾而停止運(yùn)行時(shí)，硬件自動(dòng)復(fù)位電路會(huì)使裝置自動(dòng)復(fù)位，重新正常運(yùn)行。
1.8　E２PROM
　　為使定值能夠永久保存和隨時(shí)更改，設(shè)計(jì)中采用了電可擦除存儲(chǔ)器，考慮到定值長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)1 k字節(jié)，設(shè)計(jì)中選用了2 k字節(jié)的2816芯片。