变压器有载自动调压控制系统详解
电压质量是检验电能质量的一个重要标志，对国民经济发展和人民生活的提高有着密切的关系，电压的波动范围直接影响着用电设备的使用效率、工作性能及使用寿命。为了保证电压质量，国家对各级电网电压的允许波动范围都有着明确的规定，电压合格率已作为电力部门达标和创一流的主要考核指标。由于我国电源储备容量小，电网结构薄弱，电压波动范围受负荷影响较大。采用有载调压变压器，根据电压的要求，对有载分接开关进行自动调节，从而保证电压自动保持在合格范围内是提高电压质量的一个重要措施。
目前，大部分有载调压变压器仍采用人工手动调节，由于人工手动调节存在着调整不及时，调节存在偏差以及易发生误调节等现象，难以保证电压的质量。国产的自动调压控制器普遍存在着智能化程度低，测量精度差，产品质量低，可靠性较低的现象，难以满足现场的实际需要。国外进口的自控器，尽管在性能和质量上能基本满足要求，但由于其参数及说明书均用外文说明，显示部分仍采用数码管显示，这给现场运行人员的运行和维护带来很大困难，致使一些进口控制器长期得不到使用，影响了电压质量的提高。为此，我们根据现场的实际需要，在吸收消化国外技术的基础上，研制了一套比国外进口设备更先进，适合于我国现场实际需要的变压器有载自动调压控制系统。
一、基本原理
变压器有载自动调压控制系统基本原理框图如图1所示。
图1 变压器有载自动调压控制系统基本原理框图
1、电压形成部分
1）辅助TA
辅助TA的一次输入信号取自被控制变压器的TA二次电流，该电流的额定值为5 A，所以辅助TA的一次额定电流设计为5 A。为了把电流信号转换为适合计算机处理的电压信号，辅助TA二次侧并一20 Ω电阻。为了提高测量精度，防止饱和，辅助TA二次侧应取较低的电压，本设计取辅助TA二次侧电压为1 V。辅助TA的实际设计参数为
I1=5 A，P=60 mW，
N1=9，N2=810，
Φ1=1.5～2 mm，Φ2=0.21 mm
其中N1，N2为一、二次匝数；Φ1，Φ2为一、二次线径。
2）辅助TV
辅助TV一次输入电压取自母线TV二次电压，所以辅助TV的一次额定电压为100 V。为防止电压过高时造成辅助TV的饱和而影响其测量精度，且该控制装置不考虑50 V以下的测量精度，辅助TV的一次额定电压设计为130 V。辅助TV的实际设计参数为
U1=130 V，P=6 mW，
N1=3 600，N2=200，
Φ1=0.1（0.13） mm，Φ2=0.21（0.13） mm。
2、整流滤波
对电压形成部分送来的信号进行A/D转换时，通常有两种处理方法，即交流采样和直流采样。前者的优点是硬件电路简单，反应速度较快，其缺点是抗干扰性能差，软件较为复杂；而后者恰与其相反，通常在反应速度要求不是太快的情况下，采用直流采样。本设计中采用直流采样，其整流电路采用由精密运放构成的绝对值整流电路。
3、多路转换开关
多路转换开关采用AD7501。AD7501是具有8路模拟输入的8选1高速模拟转换开关，本装置只有4路输入信号，完全满足要求，且留有扩展的余地。
4、A/D转换
根据本装置对测量精度的要求，选择8位AD，精度稍差一点；选用10位AD，精度可满足要求，但10位AD不如12位AD使用普遍，所以设计中选用12位AD芯片AD574作为转换芯片。AD574转换速度为25 μs，在本设计中电流、电压的纯A/D转换精度为0.05%，其转换速度和精度都满足要求，且有很大的裕度。
5、CPU芯片
本系统为中小控制系统，对速度要求不高，采用比较成熟的51系列单片机具有较好的抗干扰性能，故设计中CPU采用51系列8031芯片。
6、程序存储器EPROM
软件程序估计约有6 k字节，设计中采用使用较为普遍的8 k字节EPROM2764，容量满足要求，且易于选购。
7、自动复位电路
为了使控制装置适用于无人值守变电站，提高装置的抗干扰能力，防止程序在受到干扰时，可能出现的死锁或飞跑现象，设有由单稳触发电路构成的硬件自动复位电路，在程序受到某种干扰而停止运行时，硬件自动复位电路会使装置自动复位，重新正常运行。
8、E２PROM
为使定值能够永久保存和随时更改，设计中采用了电可擦除存储器，考虑到定值长度不会超过1 k字节，设计中选用了2 k字节的2816芯片。
9、液晶显示
为了使工作人员能脱离使用说明书对各种参数进行整定，且保证不会发生误整定，设计中使用能向工作人员提示各种汉字信息的液晶显示模块。该模块可用汉字显示各种实时参数、定值参数，定值参数在线修改提示和各种故障信息。为此，设计中选用显示屏较大的MGLS-19264模块，每屏可显示16&TImes;16点阵汉字48个。
10、开关量输入
开关量输入来自有载分接开关的辅助接点，其开关量信号通过光电隔离送入计算机，根据送入的开关量判断两台变压器的有载分接开关是否同步。目前判断同步信号的电路是将所有分接头位置全部送入装置，大约有40路引线，这样做，引线及电路较复杂。我们采用的方式是将分接头位置连线就地连接，只引两条信号线到装置。这样做，引线及电路大为简化，如图2所示。
图2 分接头就地连接示意图
11、软件程序
软件程序采用51指令编写，长度约为6 k字节，程序采用模块化结构，程序框图如图3所示。
图3 变压器有载自动调压控制系统程序框图
二、动作过程
1、解列运行方式
（1） 若电压在合格范围内，装置不调节。
（2） 当电压超过电压上限，且电流小于过流闭锁定值，经过延时相应的变压器向下调节一个分接头。
（3） 当电压低于电压下限，电流小于过流闭锁定值，电压高于低压闭锁定值，经过延时相应的变压器向上调节一个分接头。
2、并列运行方式
（1） 若电压在合格范围内，装置不调节。
（2） 当两台变压器的电压均超过电压上限，电流均小于各自的电流闭锁定值，分接头同步，经过延时，两台变压器均同时向上调节一个分接头。
（3） 当两台变压器的电压均低于电压下限，电流均小于各自的闭锁定值，电压均高于各自的低压闭锁定值，分接头同步，经过延时两台变压器均同时向上调节一个分接头。
为防止电压振荡时频繁调节，若发出相反的指令，则自动延时4 min，以躲过振荡周期。
三、装置主要特点
（1）采用液晶显示，可用汉字显示各种实时参数和定值。使用操作简便，运行监视直观，使自动有载调压在现场推广使用成为可能。
（2）智能化程度高，可用数字键在线修改定值，修改定值期间不影响控制系统正常运行。修改定值时，有汉字提示，无需使用说明书，克服了先进技术给现场工作人员带来的烦恼。
（3）可靠性高，控制系统采用三组独立的电源，并对输入输出部分采用了光电耦合电路，提高了装置的抗干扰性能。在软件和输出口硬件电路中采用了防止拉合电源误动作的措施，即在软件上采取上电立即封锁出口，在硬件上采取掉电禁止对输出口的操作和输出口驱动回路并联抗干扰电容的方法。
（4）测量精度高，控制系统分别采用了集成运放构成的精密整流电路和12位A/D模数转换，提高了测量精度，保证了控制系统的准确调节。
