配电网馈线静止有载调压装置的研究

2022-09-11

电压是电能质量的重要指标之一。配电网负载的不断波动, 导致配电系统的电压很不稳定。采用传统有载调压变压器来调整电网电压, 具有电压调节范围大、调节过程不中断供电、制造简单、成本低等优点, 是实现电网电压稳定的主要方法之一。随着社会发展, 大小水电、风力发电、光伏发电等的不断并网, 非线性负荷的不断增加, 电网规模扩大, 结构复杂化, 使得配电系统的电压波动越来越严重, 传统的有载调压方式已不能满足电网要求。

传统变压器有载调压装置采用机械式有载分接开关, 机械式开关的动作易导致操作性事故, 降低变压器的可靠性, 主要缺陷如下。

(1) 在分接头切换过程中产生电弧, 导致机械触头烧损和变压器绝缘油介质极化。

(2) 分接开关的动作速度慢, 调压响应时间长, 容易错档、错位, 不能进行动态调压, 而且故障率高, 维护量大。

(3) 机械开关动作时间具有分散性, 使调压时刻无法准确控制, 而且在调压过程中可能出现过渡过程, 对电网安全运行带来不利影响。

1 TVR装置的原理

TVR装置进行电压调节的原理, 串联变压器的二次侧串联在线路中, 串联变压器的一次侧通过TVR装置改变调整变压器的变比得到相应电压, 并将这部分电压叠加到系统电压上, 从而改变电网电压。串联变压器一次侧的补偿电压ΔU的大小和极性是通过改变调整变压器二次侧分接头得到的。TVR装置以10k V线路电压Ui作为采样电压, 保证输出电压Uo维持不变或在允许范围内波动。如果线路电压Ui升高, 大于输出电压ΔU时, TVR装置进行负向调压, 补偿电压为-ΔU, 即调节后的输出电压为Uo=Ui-ΔU;如果线路电压跌落, 低于输出电压ΔU时, TVR装置进行正向调压, 补偿电压为ΔU, 即调节后的输出电压为Uo=Ui+ΔU。由此看出TVR装置调压补偿的是输入和输出电压的差值部分, 即电压的升高或跌落。

2 TVR装置的主回路和功能

TVR装置主要由串联变压器 (变比为1∶1) 、调整变压器、双向晶闸管 (或反并联晶闸管) 、电磁开关、过渡电路、限流电路六大部分组成。其中快速熔断器保护晶闸管切换单元;限流电路在晶闸管切换过程中限制涌流;过渡电阻保护TVR装置, 确保在档位切换瞬间, 控制当前档位的晶闸管可靠关断。

调整变压器副边有两个抽头, 分别为100V和200V, 对两组电压进行编码组合和电压极性的控制, 实现电网电压的快速、双向、分级、频繁调节。TVR装置采集10k V线路电压, 与预先设定的输出值进行比较, 发出上升、下降或不调压命令, 通过控制不同晶闸管的接通或断开, 改变变压器调压绕组, 实现电压的正负调节;若交流接触器KM所在支路工作, TVR装置不进行调压;从而实现±300V、±200V、±100V、0V七档的电压补偿, TVR装置的一个控制难点和关键问题是需要注意档位切换时调整变压器二次侧分接头短路。档位切换时, 给控制目标档位的反并联晶闸管触发脉冲之前必须停止给控制当前档位的反并联晶闸管触发脉冲, 让晶闸管在电流过零时自然关断。由于晶闸管并非完全理想的器件, 如果控制当前档位的晶闸管未完全关断, 控制目标档位的晶闸管已经导通, 就造成档位切换过程中调整变压器的二次侧分接头短路, 导致晶闸管和变压器的损坏。关断当前档相应的晶闸管之前, 先将过渡电路导通, 保证当前档晶闸管在紧跟的电流过零点可靠关断后, 再触发目标档相应的晶闸管, 目标档相应的晶闸管开通后再撤掉过渡电路。

3 晶闸管的工作方式

T V R装置实现调压功能的关键所在, 就是双向晶闸管的控制, 即控制晶闸管的关断和导通, 改变变压器不同的分接头改变变比, 实现电压的可调。为了减小晶闸管开通、关断过程对系统和功率管本身的影响, 将晶闸管本身的特性和TVR装置的电磁特性有效的结合起来, 在电流过零时刻进行晶闸管的导通和关断, 经多次试验发现效果良好, 并制定出了一套合理、有效的控制策略, 经试验取得了满意的调压效果。TVR装置工作方式的不同, 晶闸管的工作模式亦不同。

4 试验结果

TVR样机装置容量选为500k VA, 调压范围±10%, 每一级为3.3%, 分为7级调压, 样机研发成功后, 挂网运行良好。由电压调节实测数据表及TVR装置档位切换时回路的电流波形可知, TVR装置工作完全正常, 能够按照设定的控制策略进行调压, 波形也没有失真, 补偿后电压仍为标准的正弦波, 谐波含量很小。分析原因, 主要是选用了晶闸管作为档位切换的电子开关, 代替了传统的机械开关;同时考虑了晶闸管的工作特性和系统的电磁特性, 在对电网无冲击的时刻触发相应的晶闸管, 可实现单级调档, 也可实现多级调档。从主回路电路图可知单级和多级调档的调档原理是一样的, 经试验对比其波形和参数, 证实了理论的分析。挂网设备运行状况良好, 保证了电网电压的稳定性和安全性。