有载配电变压器自动调容控制电路软硬件设计

邵云峰 安成万 张涵羽 刘永强

（国网山西省电力公司吕梁供电公司 山西省吕梁市 033000）

1 概述

变压器在电力系统的能耗中所占比例一直居高不下，目前是整个电网损耗中的重要提供者。据不完全统计，变压器的电能损耗站电网损耗的40%-60%，因此降低配电变压器的运行损耗，提高其运行效益是我们电力行业节能减排的重要任务之一。

目前我国的用电负荷峰谷变化还比较大，由于季节的变化而引起的负荷波动更为明显，在波谷情况下，变压器的平均负载率仅有10%-15%，由此造成的电能损耗极其严重。为改变这种运行状况，降低系统损耗，根据实际运行符合需求大小，合理的对变压器容量进行调节，以达到变压器的经济运行，成为降低系统损耗的重中之重。

通过近几年的研究，设计出的一种能够根据实时负荷的变化而调节变压器自身容量的有载配电变压器自动调容控制系统具有重要的节能意义和使用价值。

2 有载调容变压器工作原理及结构

有载调容变压器由于存在容量可以调整，因此其结构不同于普通的配电变压器。因为变压器的容量大小取决于铁芯的截面积及一二次侧线圈的载流量，因此，要想使变压器的容量得到调整，要么改变铁芯的截面积，要么改变一二次侧线圈允许额定载流量大小。在这两种方法中，改变铁芯截面积难度较大，一般很少采用，通常采用改变一二次侧线圈的允许额定载流量大小来改变变压器的容量大小。

对于改变线圈载流量大小的方式进行调容通常有串并联型调容方式和D-Y 型调容方式，由于D-Y 调容方式的调容临界点大，在实际应用中D-Y 调容方式更加实用。其调容原理结构图如图1所示。

该调容变压器也只能进行大小两个容量的调整，其工作方式如表1所示，表中1 表示开关闭和，0 表示开关断开。

在这两种调容方式中，对于串并联调容方式，由于在容量改变前后，高低压侧的绕组匝数也进行了同比例的变化，因此在调容前后电压并没改变，从而达到了调容的目的；对于D-Y 调容方式，当有大容量调至小容量时，高压侧绕组由三角形连接转换至星型连接，因此容量降低后其相电压也降至原来的0.577 倍。低压侧绕组一共有三组绕组组成，在大容量状态运行时其运行方式为I 组绕组与II 组和III 组绕组的并联进行串联，而在小容量时，低压绕组的三段全部串联在一起，这样的话，在小容量时，低压绕组的匝数增大。因此由大容量降至小容量时，高压绕组每相电压的减少比例和低压绕组的匝数增加比列相一致，保证了大小容量转换后其一二次侧的电压无变化。

图1：调容原理结构图

图2：控制电路总体结构

图3：开出电路框图

3 有载调容变压器控制电路设计

3.1 控制主电路设计

为了实现对有载配电变压器调容控制，根据调容原理和要求，设计的控制电路总体结构图如图2所示。

图4：程序流程图

整个控制电路的工作流程为：经过PT、CT 互感器采集变压器二次侧的电压、电流信号，然后经过调理电路对信号进行处理，送至RN8302 三相电能计算电路中，对变压器输出的实时视在功率、有功功率、无功功率等进行计算，然后把该功率值送入CPU 处理器STM32F103，与容量动作阈值进行比较，如果大于动作阈值，则CPU 就会通过开出电路动作于调容开关，调容开关执行调容任务，完成变压器容量调整。

3.2 开出电路设计

开出电路如图3所示。

图中，由于调容开关动力部分采用永磁机构，其启动电流较大，为了减小永磁机构启动瞬间对系统的冲击，因此在调容开关前部加入了储能电容器，在永磁机构启动时通过电容中储存能量的释放来减小对电源的冲击。在永磁机构两端施加正向电压时，永磁机构带动调容开关闭合，相反在永磁机构两端施加反向电压时，永磁机构带动调容开关断开，从而达到调容目的。

4 软件设计

该程序主要完成变压器实时容量检测，并对系统参数进行设置，然后判断是手动还是自动状态，如果处于自动状态，则将实际运行容量与调整容量阈值进行比较，大于阈值，调节大容量运行，小于阈值，调节小容量运行。其程序流程如图4所示。

表1a：变压器一次侧绕组工作方式

表1b：变压器二次侧绕组工作方式

表2：测试结果

5 实验结果

实际实验中在自动情况下很难实现，因此本实验是在手动情况下进行的。有载调容变压器连接调容开关，然后调容开关连接控制器。按下控制器手动按键，此时为手动调容方式。按下调容按键，调容开关动作，读取开关量采集到的调容开关状态并记录，判断变压器容量档位，其测试情况如表2所示。

6 总结

本文设计的有载调容变压器控制系统，完成设计当初提出的要求和功能，并通过测试验证了各项功能的正确性。本设计电路具有控制简单、性能可靠、成本低等特点，具有明显的推广应用价值。