无触点有载调压分接开关控制系统的研究

摘要

配电变压器稳定电网电压的有效措施是在无功充足的情况下进行配电变压器的有载调压。现有配电变压器有载调压是通过机械式分接开关实现有载调压的。由于机械式有触点分接开关动作时有电弧，不能频繁动作，因而不适合需要频繁动作的配电变压器使用。选用电力电子元器件固态继电器作为有载调压分接开关，通过调节有载分接开关闭合与开断状态实现改变一次侧与二次侧的匝数比，从而实现改变二次侧的输出电压值，并且使用固态继电器作为有载调压分接开关可以频繁的进行调压、且调压过程中无电弧现象出现。但是由于固态继电器承受最高电压的水平较低，易发生击穿造成调压分接开关所在回路出现过流现象而影响工作，因此控制系统中的保护环节必不可少。综上，无触点有载调压分接开关控制系统的研究至关重要。 本文以与现有配电变压器相配套的无触点有载自动调压分接开关为研究对象，该分接开关接在高压侧靠近中性点侧95％UN、 UN、105％UN三个分接头，控制系统根据检测到的变压器输出电压，控制接在三个分接头上的作为分接开关的电力电子元件的导通与关断，实现变压器高低压侧匝数比的变换，进而达到有载自动调压，使输出电压稳定在一定范围内。 本文从控制系统的安全性与可靠性出发。考虑其安全性方面，设计了无触点有载调压分接开关控制系统的故障自检测、自处理的故障保护单元。当故障发生时，控制系统可以有效地保证故障的实时发现以及故障实时准确地得到处理，避免了由于故障不能及时处理而将可能造成的变压器调节绕组烧损以及对电网稳定性造成的威胁。考虑其可靠性方面，设置了频率同步单元，使得控制系统采集到的控制信号能及时的跟踪电网频率波动，保证控制系统采集的精准度，减小了采集到电压过零点的数据误差，能够有效地保证无触点有载调压分接开关控制系统的可靠性，并且由于采集的频率信号为电网频率的实际频率，根据电网实际频率周期控制触发脉冲的相位可以有效地避免环流现象的产生，使得无触点有载调压分接开关控制系统可以安全、可靠的输出电能。 理论分析和实验室模拟实验表明:无触点有载调压分接开关控制系统能够安全、可靠的控制二次侧输出电压。根据采集到的电压过零点波形可以看出，采集到的电压频率与电网的实际频率基本一致。当模拟无触点分接开关损坏时，故障自检测、自处理的故障保护单元能够在故障发生后及时报警并采取了相应的保护措施。无触点有载调压分接开关控制系统有效地实现了自动调压，并且调压过程稳定。因此，无触点有载调压分接开关控制系统在保证自动调压的同时，提高了控制系统的安全性与可靠性。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究动态和趋势

1．3 本文完成的主要任务

2 无触点有载调压分接开关调压原理

2．1 无触点有载调压分接开关的选择

2．2 无触点有载调压分接开关的主电路

2．3 无触点有载调压分接开关的过渡回路

2．4 小结

3 无触点有载调压分接开关控制系统的硬件设计

3．1 控制系统硬件总体设计

3．2 控制系统的核心元件

3．3 电源电路

3．4 采集单元

3．5 电压过零检测电路

3．6 执行电路

3．6．1 蜂鸣器电路

3．6．2 继电器电路

3．7 复位电路

3．8 触发电路

3．9 小结

4 无触点有载调压分接开关控制系统的软件设计

4．1 总体软件设计思想

4．2 软件程序中的寄存器简介

4．3 数值介绍

4．4 各端口初始化设置

4．5 初始化中断

4．6 主程序设计

4．7 采集部分

4．7．1 采样算法

4．7．2 AD程序设计

4．8 无触点有载调压分接开关触发子程序设计

4．9 小结

5 控制系统的抗干扰措施

5．1 控制系统的干扰构成

5．2 控制系统干扰的来源和途径

5．3 干扰信号对控制系统的影响

5．4 电磁兼容措施

5．4．1 PCB电路板的选取

5．4．2 PCB电路板的元器件布局

5．4．3 PCB电路板的地线设计

5．4．4 PCB电路板的电源线设计

5．4．5 PCB电路板的信号线设计

5．5 小结

6 实验室模拟性实验分析

6．1 实验目的

6．2 电压过零检测部分

6．2．1 电压过零检测部分实验方法

6．2．2 电压过零检测部分实验结果

6．3 自动保护单元

6．3．1 自动保护单元实验方法

6．3．2 自动保护单元实验结果

6．4 整体运行实验

6．5 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文