基于晶闸管的有载自动调压分接开关的研究

摘要

电力变压器自被发明以来，其工作原理和基本功能没有发生变化，但是随着电力系统的发展和壮大，其规模日益扩大，电网结构和运行方式日益复杂，使得电力系统的电压稳定问题变得越来越突出。针对此类问题，电力部门采取了一些措施，例如采用无励磁调压分接开关和机械式有载调压分接开关。无励磁调压的最大不足是不带电切换调压；而广泛应用的机械式有载分接开关在分接头切换过程中产生电弧，分接开关的动作速度慢，调压响应时间长，而且故障率高，因此使调压时刻无法准确控制。本文针对机械式有载调压分接开关存在的不足，提出了基于电力电子技术和单片机技术相结合的有载自动调压分接开关。
　　 本设计实现对电网电压波动的实时监测，同时可以实现自动稳定配电变压器输出电压的功能。该控制系统采用单片机AT89C52为核心，根据所监测的电压值与设定的基准值相比较后，经触发电路发出触发信号给电力电子器件，来实现分接开关的自动切换，进而实现变压器二次侧电压基本稳定的目的，起到了有载自动调压的功能。
　　 本文针对基于固态继电器的无触点有载分接开关耐压值较低的现象提出了采用耐压值较高的晶闸管作为分接开关的设计方案。该方案采用在变压器分接头上接有两只反并联的晶闸管作为交流开关，该开关的工作状态由以单片机AT89C52为核心的控制单元来决定。同时，为了限制变换分接头时产生的环流，在额定分接头上接有限流电阻，当变换分接头时将该电阻串联到变换回路中，进而起到限制环流的作用。
　　 根据执行机构的方案，本文进行了晶闸管的选择工作，设计了相应的基于MOC3061的过零触发电路和能够抑制过电压的有效措施——阻容（RC）缓冲电路。同时，进行了有载自动调压分接开关控制系统软硬件的设计。针对晶闸管反并联的工作特点，设计了电压过零检测电路及相应的中断服务子程序；根据数据采集单元采集到的数据设计了分接开关转换子程序及晶闸管触发子程序。本文对三种启动机构方案进行了比较，最终采用接触器作为启动机构，其即解决了双向晶闸管耐压的不足，也摆脱了蓄电池供电启动机构在变压器长时间停电无法启动的缺点，并且可以保证有载分接开关的随时投入运行。
　　 通过理论分析和实验结果表明：基于晶闸管反并联的有载自动调压分接开关满足10kV电网工作需求，能够快速、稳定地进行有载自动调压，且耐压值较高，具有广阔的发展前景。