SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器

調(diào)壓原理通過有載分接開關(guān)，調(diào)節(jié)變壓器變比來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)有載調(diào)壓，智能控制器以51系列單片機(jī)為核心，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、分析、判斷、處理、然后發(fā)出信號(hào),驅(qū)動(dòng)有載 分接開關(guān)調(diào)節(jié)電壓；該裝置具有完整的控制和相關(guān)的保護(hù)功能；控制軟件采用C語言編制，可讀性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器1.1. 自動(dòng)調(diào)壓器的調(diào)壓原理：

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器共有三部分構(gòu)成：三相自耦式變壓器 ,三相有載分接開關(guān)和智能控制器。

自耦式變壓器整個(gè)線圈分為三部分：串勵(lì)線圈、并勵(lì)線圈，控制線圈。其中，串勵(lì)線圈是一個(gè)有多個(gè)抽頭的繞組，這些抽頭通過有載分接開關(guān)的不同接點(diǎn)串聯(lián)在輸入輸出之間，改變分接位置,從而改變自耦變壓器變比，達(dá)到調(diào)整電壓的目的；三相并勵(lì)線圈為自耦變壓器的公共繞組，產(chǎn)生傳遞能量的磁場(chǎng); 控制線圈為控制器提供工作電源和采樣信號(hào)。

三相有載分接開關(guān)是可在帶負(fù)載的情況下轉(zhuǎn)換接點(diǎn)的開關(guān)。在自動(dòng)調(diào)壓器中，串聯(lián)繞組的抽頭接在分接開關(guān)的不同接點(diǎn)上，可以通過轉(zhuǎn)換接點(diǎn)調(diào)節(jié)變壓器變比來改變其輸出電壓。考慮分接開關(guān)壽命和用戶調(diào)壓精度要求,一般常用的有載分接開關(guān)的檔位為7、9檔兩種。

控制器是整個(gè)裝置的智能部分,它采集輸出的電壓信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較,然后發(fā)出指令控制有載分接開關(guān),進(jìn)行調(diào)壓操作

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器自耦變壓器的容量分析

自耦變壓器是由三柱式鐵心，三相公共線圈，三相串聯(lián)線圈（調(diào)壓線圈）組成，采用分級(jí)絕緣，公共線圈在里側(cè)，串聯(lián)線圈在外側(cè)。其原理接線：X為自耦變壓器中性點(diǎn),接電源一側(cè)為一次側(cè)（端子 A 、X）輸出電能一側(cè)為二次側(cè)（端子a、X）,A—a 稱為串聯(lián)線圈匝數(shù)用 表示；a —X 稱為公共線圈匝數(shù)，用 W2表示。

可知一次側(cè)與二次側(cè)變比為：

k=( W1 W2)/W2 = U1/U2 (1)

自耦變壓器由一次側(cè)傳輸?shù)蕉蝹?cè)的全部容量稱為通過容量,當(dāng)忽略變壓器損耗時(shí)通過容量即為變壓器的額定容量（本文以后提到容量為通過容量 用S表示）。

S= U1L1 ≈ U2L2 =U2L1 U2La (2)

(2)式中第一項(xiàng) 是由電源直接傳導(dǎo)到副邊的能量叫“傳導(dǎo)容量“以 表示，式中第二項(xiàng) 是由電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到副邊的能量叫“電磁容量“以 表示，則 S= Saa Sax （3）

由（1）（2）（3）可得出電磁容量：

Sax=（1-1/k）S ( 4 )

由(4)式可知通過容量中有（1-1/k）是由電磁感應(yīng)作用傳遞的，1/k部分是由直接電傳導(dǎo)作用而傳遞的。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)變壓器時(shí)，變壓器的結(jié)構(gòu)、尺寸、重量等主要是由電磁容量決定的所以常把自耦變壓器公共繞組的電磁容量叫做“制造容量“ “計(jì)算容量”或“結(jié)構(gòu)容量“

在一定通過容量下，自耦變壓器變比k越接近1直接傳導(dǎo)容量所占比重越大，電磁容量和結(jié)構(gòu)尺寸越小，經(jīng)濟(jì)效益越明顯，對(duì)于10KV饋線自動(dòng)調(diào)壓器來說，調(diào)壓范圍為0~20%時(shí)，最大制造容量為 =（1-1/1.2）S=0.167S(即制造容量為0.167倍的通過容量)。因?yàn)橹圃烊萘亢苄?，與容量相同的電力變壓器進(jìn)行比較，自耦變壓器耗材少、體積小、損耗低、效率高。

控制器是整個(gè)有載調(diào)壓變壓器的核心部分，它決定有載調(diào)壓裝置自動(dòng)化,智能化以及調(diào)節(jié)精度高低。它主要對(duì)饋線電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，控制有載分接開關(guān)的動(dòng)作，使饋線電壓達(dá)到預(yù)定值。

智能控制器從變壓器輸出側(cè)采集電壓信號(hào)，然后將采樣值與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果采集到的電壓信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓，并且信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差值達(dá)到一定數(shù)值（允許范圍），經(jīng)一定延時(shí)后，發(fā)出控制命令，通過繼電器驅(qū)動(dòng)分接開關(guān)的電機(jī)，降低分接開關(guān)檔位（降低輸出電壓）；反之，如果采集到的電壓信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓，控制器經(jīng)過延時(shí)后發(fā)出控制信號(hào)，通過繼電器驅(qū)動(dòng)分接開關(guān)的電機(jī)，從而升高分接開關(guān)檔位（升高輸出電壓）。

由于自動(dòng)調(diào)壓器運(yùn)行在10KV高壓電網(wǎng)中，一旦發(fā)生故障所帶來的危害和損失是巨大的。為保護(hù)有載分接開關(guān)使用壽命，控制器設(shè)有欠壓、過流保護(hù)。當(dāng)線路電壓低于”欠壓”或 調(diào)壓器”過流“時(shí)，控制器閉鎖，不再發(fā)出調(diào)壓指令。同時(shí)設(shè)有上、下限位保護(hù)，防止各種可能情況下出現(xiàn)誤動(dòng)作。為方便各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定和讀取，控制器設(shè)置了鍵盤。同時(shí)配備了完善的RS485通信接口，具有遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信功能。

2.1控制器硬件設(shè)計(jì)

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.1.1中央處理單元：

中央處理單元（單片機(jī)AT89C52）是整個(gè)控制器的核心，內(nèi)部有256B RAM 和8K EPROM。一方面將系統(tǒng)電壓、電流和分接開關(guān)檔位信號(hào)進(jìn)行顯示；另一方面，將采樣信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否符合調(diào)壓條件，條件符合，然后向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出調(diào)壓命令；否則不發(fā)出調(diào)壓命令。

2.1.2信號(hào)調(diào)理及采樣電路：

電壓、電流檢測(cè)電路提供的信號(hào)數(shù)值和輸入范圍與A/D轉(zhuǎn)換芯片,不匹配需要進(jìn)行調(diào)整和變換。信號(hào)調(diào)理電路，就是把檢測(cè)到的電壓、電流、雙極性信號(hào)變?yōu)閱螛O性0~5V信號(hào)。再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.1.3驅(qū)動(dòng)電路：

當(dāng)單片機(jī)發(fā)出上升指令時(shí)，產(chǎn)生一組高、低電平信號(hào),導(dǎo)致一組光耦導(dǎo)通，經(jīng)過電流放大，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，產(chǎn)生正相電壓，分接開關(guān)向上調(diào)壓；當(dāng)單片機(jī)發(fā)出下降指令時(shí)，產(chǎn)生一組高、低電平信號(hào)，導(dǎo)致另一組光耦導(dǎo)通,經(jīng)過電流放大，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作產(chǎn)生反相電壓，分接開關(guān)向下調(diào)壓.

其它電路如檔位采樣及編碼電路、顯示電路、時(shí)鐘電路、通信電路等都是常用電路這里就不一一詳述了。

2控制器的軟件設(shè)計(jì)：

軟件系統(tǒng)采用C語言編寫而成，C具有良好的可讀性、可移植性。軟件系統(tǒng)主要包括五大模塊：主程序模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波模塊、鍵盤掃描模塊。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器1主程序模塊

主程序的主要作用首先使整個(gè)控制系統(tǒng)初始化，包括主程序初始化、串口初始化、定時(shí)器中斷初始化、看門狗初始化以及A/D轉(zhuǎn)換初始化，初始化完成后，進(jìn)入正常數(shù)據(jù)采集。然后對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理，通過控制算法，發(fā)出控制指令，在此過程中主程序始終響應(yīng)其它控制子程序的中斷請(qǐng)求，如果有中斷請(qǐng)求，按照中斷優(yōu)先級(jí)高低，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.2.2 顯示模塊

顯示子程序功能組要完成系統(tǒng)定值、實(shí)時(shí)值顯示以及工作狀態(tài)顯示，系統(tǒng)每秒鐘調(diào)用一次顯示模塊顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.2.3鍵盤掃描模塊

鍵盤掃描采用查詢方式,每20ms掃描一次。鍵盤采用軟件去抖動(dòng)的方法來消除由于按鍵抖動(dòng)帶來影響，軟件每次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)執(zhí)行一段10～20ms延時(shí)程序再確認(rèn)該鍵電平是否有效。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.2.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊

根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)要求選用8位的A/D轉(zhuǎn)換芯片,轉(zhuǎn)換精度1/256 ,將調(diào)理后的模擬信號(hào),轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)。

SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器2.2.5 數(shù)字濾波模塊

每個(gè)周期采樣12點(diǎn)進(jìn)行傅立葉變換,將變換后結(jié)果進(jìn)行中值平均濾波,作為該秒的實(shí)時(shí)值。

結(jié)束語

10KV饋線自動(dòng)調(diào)壓器不僅能有效改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，而且能夠降低系統(tǒng)網(wǎng)損，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。10KV饋線自動(dòng)調(diào)壓器以其高度的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性在農(nóng)村電網(wǎng)中應(yīng)用越來越廣泛，是解決農(nóng)村電網(wǎng)電壓偏差問題不可或缺設(shè)備之一。2100433B

我國農(nóng)村地區(qū)的10KV配電線路，隨著季節(jié)、晝夜的變化電壓波動(dòng)很大；特別是在農(nóng)村排灌期間，電壓質(zhì)量更是難以保證。目前調(diào)整電壓方法主要有兩種：一種是調(diào)節(jié)主變壓器分接頭;另一種是通過補(bǔ)償無功來調(diào)整電壓。

調(diào)節(jié)主變壓器的分接頭既可以改變電壓水平又可以改變系統(tǒng)的功率分配，目前大多數(shù)變電站的主變壓器都采用這種調(diào)壓方式。在這種方式下，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況來調(diào)節(jié)主變的分接頭，使變電站出線電壓滿足預(yù)定的要求。由于調(diào)節(jié)的依據(jù)是以變電站的母線為基準(zhǔn)，即將母線電壓水平限制在一個(gè)預(yù)定的范圍之內(nèi)，以期在以母線為基準(zhǔn)的一定輸出半徑內(nèi)滿足電壓偏差要求，但無法滿足長距離供電線路末端的電壓要求，而變電站母線又會(huì)有多條出線，各條出線的負(fù)荷曲線也各有不同，壓降也不同，不能保證所有線路的電壓都滿足要求，因此這種調(diào)壓方法靈活性、針對(duì)性差，當(dāng)饋線復(fù)雜時(shí)往往會(huì)造成距離變電站近的地方電壓偏高，距離變電站遠(yuǎn)的地方電壓偏低。而且，目前農(nóng)村35KV或66KV小型變電站的主變壓器很多不具備有載調(diào)壓能力，將其改造為有載調(diào)壓變壓器投資較大，也限制了這種調(diào)壓方式的應(yīng)用。

采用無功補(bǔ)償改善系統(tǒng)的無功功率，可以提高末端用戶的電壓質(zhì)量。戶外電容器補(bǔ)償是目前廣泛應(yīng)用在農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整措施，體積小，安裝方便，實(shí)現(xiàn)了分散補(bǔ)償。但是農(nóng)村配電網(wǎng)上安裝的電容器大多需要人工操作，不能自動(dòng)投切。而且有些地區(qū)低谷負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，投入補(bǔ)償電容器后使電壓過高，進(jìn)一步增加配電變壓器的鐵損，從而增加了線損。更為關(guān)鍵的是，電容器補(bǔ)償主要是提高線路的功率因數(shù)，調(diào)壓效果很有限，僅僅依靠電容器補(bǔ)償不能解決由于線路長、線徑細(xì)、電阻引起的電壓降低問題。為解決10KV饋線電壓質(zhì)量問題本文提出了饋線自動(dòng)調(diào)壓器的設(shè)計(jì)方法。

饋線扁饋線

扁饋線又稱平行饋線，它由兩根平行導(dǎo)線組成，兩根導(dǎo)線之間用聚氯乙烯或聚乙烯等絕緣材料固定，我國生產(chǎn)的饋線主要有SBVD和SBYD兩種，前者質(zhì)地較硬，后者質(zhì)地較軟，但前者比后者損耗小。由于平行饋線的兩根導(dǎo)線對(duì)地電容相等，故又稱平衡式或?qū)ΨQ式饋線。

平行饋線的導(dǎo)線直徑在1毫米至幾毫米之間，兩根導(dǎo)線間距不超過被傳輸信號(hào)波長的1/10，一般的為13mm左右。平行饋線的特性阻抗為300Ω，抗干擾能力差，但價(jià)格便宜。平行饋線對(duì)傳輸信號(hào)的損耗較大，所以在有線電視系統(tǒng)中，部件與部件之間的連接線段和部分用戶線采用扁饋線。

饋線同軸電纜

同軸電纜同軸電纜損耗小，抗干擾性強(qiáng)，常用同軸電纜的特性阻抗為75Ω和50Ω，在城市有線電視中，同軸電纜直接與信號(hào)源與電視機(jī)相連，是較理想的電視信號(hào)傳輸線。常用的同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層和外保護(hù)層等組成。

內(nèi)導(dǎo)體在電纜中主要起信號(hào)傳導(dǎo)的作用，常采用實(shí)心銅導(dǎo)線。大直徑電纜為了增大機(jī)械強(qiáng)度，也有采用銅包鋼作為內(nèi)導(dǎo)體。

屏蔽層由銅絲編織而成，起導(dǎo)電和屏蔽的雙重作用，使用時(shí)金屬屏蔽端應(yīng)接地。

絕緣體處于內(nèi)導(dǎo)體與金屬屏蔽層之間，要求采用高頻損耗小的絕緣介質(zhì)，制成類似蓮藕心的結(jié)構(gòu)。由于絕緣體的支撐作用使導(dǎo)體與屏蔽層同心，故稱為同軸電纜。

外保護(hù)層是由橡膠、聚乙烯等材料制成的，包裹在屏蔽層之外，有機(jī)械保護(hù)和密封防潮、防腐等功能。

在微波中繼通信中，天線一般安裝在距離收發(fā)信機(jī)幾米至幾十米的天線鐵塔或房頂，饋線系統(tǒng)即為連接分路系統(tǒng)和天線之間的傳輸系統(tǒng)。饋線系統(tǒng)由饋線和波導(dǎo)器件等構(gòu)成。

饋線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要采用軟同軸電纜系統(tǒng)。矩形硬波導(dǎo)系統(tǒng)、橢圓軟波導(dǎo)系統(tǒng)、圓－矩硬波導(dǎo)系統(tǒng)。

對(duì)饋線系統(tǒng)的主要要求是：

① 饋線系統(tǒng)應(yīng)是電磁波的封閉系統(tǒng)，不應(yīng)有電磁波向空間輻射，也不應(yīng)受外界電磁波的影響。

② 對(duì)電波傳輸損耗小，效率高。

③ 饋線系統(tǒng)應(yīng)能承受一定的功率容量。在傳送大功率時(shí)不應(yīng)有擊穿現(xiàn)象。

④ 饋線系統(tǒng)的反射要小。

⑤ 結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，便于安裝維護(hù)。

當(dāng)微波頻率在3GHz以下時(shí)，常用同軸電纜作饋線。這種饋線的特點(diǎn)是可以彎曲，架設(shè)容易。當(dāng)頻率高過3GHz時(shí)，由于電纜衰耗加大，一般采用矩形波導(dǎo)或圓波導(dǎo)作饋線。由于這些波導(dǎo)是剛性結(jié)構(gòu)，其制造長度一般為2~5m，必須通過法蘭盤逐段連接起來，并須另外增加一些波導(dǎo)器件，因而安裝調(diào)整困難，機(jī)動(dòng)性差。另外由于接頭多，易造成反射、泄漏等。

目前微波頻率高于3GHz時(shí)，常用橢圓軟波導(dǎo)，在彎曲盤繞、扭轉(zhuǎn)等情況下，都保持良好的電氣特性。它的反射特性和衰耗特性均等于或優(yōu)于相應(yīng)頻率的矩形硬波導(dǎo)，而硬波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)是不易損壞。

饋線間的轉(zhuǎn)接，一般有兩種：一是阻抗不同，截面尺寸相同或不同的兩根饋線間的轉(zhuǎn)接；而是阻抗相同，但截面尺寸不同的饋線間轉(zhuǎn)接。

阻抗相同，但截面尺寸不同的饋線間的轉(zhuǎn)接器常見的有兩種：一是錐形變徑管轉(zhuǎn)接器，內(nèi)外導(dǎo)體呈錐形；二是梯形變徑管轉(zhuǎn)接器，其內(nèi)外導(dǎo)體呈階梯過渡。

天饋線錐形變徑管

如圖3所示，錐形變徑管的內(nèi)外導(dǎo)體是錐形，它由基本公式導(dǎo)出：

使內(nèi)外導(dǎo)體連續(xù)緩慢變化，并同時(shí)保持

天饋線梯形變徑管

梯形變徑管其內(nèi)外導(dǎo)體呈階梯過渡，它是將直徑較小的內(nèi)導(dǎo)體向外導(dǎo)體較大的直徑移動(dòng)一小段距離來補(bǔ)償內(nèi)導(dǎo)體突變的不連續(xù)電容。 如圖4所示