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)。
一、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、電壓形成部分
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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1 k字節(jié)，設(shè)計(jì)中選用了2 k字節(jié)的2816芯片。
9、液晶顯示
為了使工作人員能脫離使用說(shuō)明書對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行整定，且保證不會(huì)發(fā)生誤整定，設(shè)計(jì)中使用能向工作人員提示各種漢字信息的液晶顯示模塊。該模塊可用漢字顯示各種實(shí)時(shí)參數(shù)、定值參數(shù)，定值參數(shù)在線修改提示和各種故障信息。為此，設(shè)計(jì)中選用顯示屏較大的MGLS-19264模塊，每屏可顯示16×16點(diǎn)陣漢字48個(gè)。
10、開關(guān)量輸入
開關(guān)量輸入來(lái)自有載分接開關(guān)的輔助接點(diǎn)，其開關(guān)量信號(hào)通過光電隔離送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)送入的開關(guān)量判斷兩臺(tái)變壓器的有載分接開關(guān)是否同步。目前判斷同步信號(hào)的電路是將所有分接頭位置全部送入裝置，大約有40路引線，這樣做，引線及電路較復(fù)雜。我們采用的方式是將分接頭位置連線就地連接，只引兩條信號(hào)線到裝置。這樣做，引線及電路大為簡(jiǎn)化，如圖2所示。
圖2 分接頭就地連接示意圖
11、軟件程序
軟件程序采用51指令編寫，長(zhǎng)度約為6 k字節(jié)，程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，程序框圖如圖3所示。
圖3 變壓器有載自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)程序框圖
二、動(dòng)作過程
1、解列運(yùn)行方式
?。?） 若電壓在合格范圍內(nèi)，裝置不調(diào)節(jié)。
?。?） 當(dāng)電壓超過電壓上限，且電流小于過流閉鎖定值，經(jīng)過延時(shí)相應(yīng)的變壓器向下調(diào)節(jié)一個(gè)分接頭。
?。?） 當(dāng)電壓低于電壓下限，電流小于過流閉鎖定值，電壓高于低壓閉鎖定值，經(jīng)過延時(shí)相應(yīng)的變壓器向上調(diào)節(jié)一個(gè)分接頭。
2、并列運(yùn)行方式
?。?） 若電壓在合格范圍內(nèi)，裝置不調(diào)節(jié)。
?。?） 當(dāng)兩臺(tái)變壓器的電壓均超過電壓上限，電流均小于各自的電流閉鎖定值，分接頭同步，經(jīng)過延時(shí)，兩臺(tái)變壓器均同時(shí)向上調(diào)節(jié)一個(gè)分接頭。
（3） 當(dāng)兩臺(tái)變壓器的電壓均低于電壓下限，電流均小于各自的閉鎖定值，電壓均高于各自的低壓閉鎖定值，分接頭同步，經(jīng)過延時(shí)兩臺(tái)變壓器均同時(shí)向上調(diào)節(jié)一個(gè)分接頭。
為防止電壓振蕩時(shí)頻繁調(diào)節(jié)，若發(fā)出相反的指令，則自動(dòng)延時(shí)4 min，以躲過振蕩周期。
三、裝置主要特點(diǎn)
?。?）采用液晶顯示，可用漢字顯示各種實(shí)時(shí)參數(shù)和定值。使用操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行監(jiān)視直觀，使自動(dòng)有載調(diào)壓在現(xiàn)場(chǎng)推廣使用成為可能。
（2）智能化程度高，可用數(shù)字鍵在線修改定值，修改定值期間不影響控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。修改定值時(shí)，有漢字提示，無(wú)需使用說(shuō)明書，克服了先進(jìn)技術(shù)給現(xiàn)場(chǎng)工作人員帶來(lái)的煩惱。
（3）可靠性高，控制系統(tǒng)采用三組獨(dú)立的電源，并對(duì)輸入輸出部分采用了光電耦合電路，提高了裝置的抗干擾性能。在軟件和輸出口硬件電路中采用了防止拉合電源誤動(dòng)作的措施，即在軟件上采取上電立即封鎖出口，在硬件上采取掉電禁止對(duì)輸出口的操作和輸出口驅(qū)動(dòng)回路并聯(lián)抗干擾電容的方法。
（4）測(cè)量精度高，控制系統(tǒng)分別采用了集成運(yùn)放構(gòu)成的精密整流電路和12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，提高了測(cè)量精度，保證了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。