孙 猛，赵玉林*，付 岩

（1.东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030；2.绥化市郊农电局，黑龙江 绥化 152000）

目前，虽经农网改造，农网电压质量有所提高，但仍无法达到国家标准，难以适应农村经济发展需要。配电变压器采用有载自动调压是稳定农村电网电压的最有效方式[1]。目前通用的机械式有载调压开关由于结构和性能的限制，不适用与农村配电变压器[2]，而采用普通调压方式的无触点分接开关，虽能自动有载调压，但由于元件耐压的限制，调压范围只能在电压波动±10%范围内，将农网电压稳定在±5%的国标范围内，稳压范围小。本文介绍一种应用固态继电器（Solid State Relay-SSR）作为分接开关，通过改变独立的调压绕组串接的极性，实现大范围的有载自动调压进而实现稳定农网电压的接线及控制方式。

1 正反调压分接开关的主电路及调压过程

1.1 正反调压主电路

目前的固态继电器最高额定电压只有660 V，10 kV配电变压器分接头通常设在高压侧中性点侧，考虑到系统电压最高为额定电压的110%，则5%分接头之间的电压为317.5 V。如果在每个分接头上接一个固态继电器作为分接开关[3-4]，当分接头在105%UN档工作时，则接在95%UN分接头上的处于关闭状态的固态继电器就要承受最高635 V的电压，这时的调压范围比较小。而采用链式接法[5]，虽然理论上分接头可以任意多，但采用的固态继电器也随之较多，成本较高；同时在转换过程中会产生较大的谐波[6]，因此不能被广泛的应用。本文通过改变配电变压器的独立调节绕组接入极性的方法，即采用正反调压方式，使调压绕组串联和反串联接入基本工作绕组，实现调节输出电压的目的。采用固态继电器作为正反调压开关元件连接方式见图1。

图1 正反调压接线Fig.1 Non-contact on-load tap-changer wiring of positive and negative voltage regulating

图1中，W0为基本工作绕组，W1和W2为调节绕组，其匝数均为W0匝数的5%。SSR1、SSR2、SSR3、SSR4、SSR5、SSR6、SSR7和SSR8为660 V固态继电器。R1和R2均为调压回路过渡电阻，与之相串联的固态继电器SSR7和SSR8为过渡回路分接开关，只有在变换分接头时该开关才导通。在正常工作状态，该固态继电器均处于截止状态。

1.2 自动调节过程

当变压器上电后，在启动电路作用下，变压器二次侧有电压输出，单片机监控系统工作，初始状态是SSR1和SSR4，其余关断。经一定延时后，监控系统进入自动调节程序。如果变压器二次侧输出电压高于允许值，则应当关闭SSR4，使SSR5导通，为了限制变换分接头时调节回路的电流[7-11]，必须在变换过程中，首先触发SSR8，将限流电阻串入回路，然后关闭SSR4，再触发SSR5，最后关闭过渡回路的开关SSR8，完成一次调节。如果电压还是高于允许值，则应使SSR1和SSR6导通，变换过程中首先触发SSR8，然后关闭SSR5，再触发SSR6，最后关闭SSR8。每次调节时都是先串入限流过渡回路，再进行分接头的变换。当SSR1和SSR4导通其余固态继电器均处于截止状态时，如果输出电压低于允许值时，则应将变压器的调节绕组与基本工作绕组进行同名端连接，即将调压绕组反串联接入工作电路，进行分接头的调节。首先触发SSR7，将限流电阻R1串入调节回路，关闭SSR1，触发SSR2，关闭SSR7，即SSR2与SSR4导通。若电压还是低于允许值，则使SSR3和SSR4导通。首先触发SSR7，然后关闭SSR2，再触发SSR3，最后关闭SSR8。输出电压与固态继电器导通状态及工作绕组如表1所示。

由表1可看出，有载调压共分为5档，每次调压过程中每相只改变两个固态继电器的工作状态，只需控制一个固态继电器关闭，并过渡到另外一个固态继电器导通。这就使控制结构及控制流程简单化。具体的调节过程如图2所示。

表1 固态继电器工作状态与工作绕组Table 1 Status of Solid State Relay and working windings

图2 有载调压流程Fig.2 Flow chart of on-load voltage regulation

2 正反调压各开关元件承受电压分析

采用图1的接线，当一次侧电压为额定电压时，SSR1和SSR4导通，处于关闭状态的SSR3和SSR6承受的电压最高，为一次侧额定相电压的10%，为577.4 V，固态继电器有83 V的绝缘裕度。当变压器一次侧电压有10%的过电压时，SSR1和SSR6导通，此时处于关闭状态的SSR3和SSR4承受电压最高，为一次侧额定相电压的11%，为635 V，具有24 V的绝缘裕度。而当一次侧电压为额定电压的90%或更低时，SSR3和SSR4将处于导通，其余处于关闭状态。此时SSR1和SSR7承受电压最高，但不高于一次侧额定相电压的9%，即不高于520 V，有140 V的绝缘裕度。

经以上分析，采用正反调压接线方式具有控制结构简单和安全可靠的优点。

3 自动稳压控制系统的组成

3.1 控制系统硬件组成

为提高配电变压器的无触点自动调压功能，保证电力用户的可靠用电，以单片机技术[12]来完成配电变压器分接头的自动变换，稳定输出电压。

有载自动调压分接开关的控制系统硬件电路由电源单元、数据采集单元、过零检测单元、复位单元、固态继电器SSR驱动单元等五部分组成。其原理结构框图如图3所示。

图3 控制系统硬件结构Fig.3 Diagram of control system hardware structure

3.2 控制系统软件组成

系统软件结构采用模块化设计，各部分功能分别由相应的子程序来完成，使系统操作软件结构清晰，便于调试和修改。软件系统主要包括下列功能模块：

①电压采样及数据处理程序；

②电压过零检测中断服务程序；

③分接开关转换程序；

④延时程序；

⑤系统复位程序。

4 模拟实验调压结果与分析

采用图2所示的工作流程，当变压器二次侧电压超出97%～103%UN波动时，才进行有载调压分接开关的切换，即当二次侧线电压在小于388 V或大于412 V，进行分接头调节。实验室用输出电压范围为0～480 V的调压器Tt连接升压变压器T1（反接配电变压器）为试验样机T2提供0～12 kV交流电源，其接线原理图如图4所示。

图4 有载调压模拟实验接线Fig.4 Diagram of on-load voltage regulation simulated experiment wiring

根据图4中电压表V1测得的数据可计算出T1高压侧电压，即试验样机高压侧电压，得到结果如表2所示。由表2可以得出结论，应用图1中所示的正反调压无触点有载自动调压分接开关，可较好的实现稳定电压的目的，并且仅用两个5%的独立调压绕组，当电网电压在额定电压的87.3%～113.3%范围内波动时，就可实现将配电变压器输出电压稳定在额定电压的97%～103%范围内；当电网电压在额定电压的85.5%～115.5%范围内波动时，可将配电变压器输出电压稳定在额定电压的95%～105%范围内。这就使正反调压技术适用于电压范围波动比较大的农村电网。

表2 调压前后对照Table 2 Comparisons from voltage regulating beginning to end

5 结 论

采用正反调压方式，与简单的在每个分接头上直接接固态继电器的调压方式相比，在调节绕组个数和元件最高耐压不变的情况下，可以使调压范围增大一倍。采用正反调压方式与链式接法相比，可以使串联工作的固态继电器个数较少，可使工作可靠性提高和和降低变压器的谐波污染。采用正反调压方式，每次切换分接头每相只改变两个固态继电器工作状态，使得控制结构和控制流程简单化。因此，正反调压稳压技术可广泛应用于农村电网，尤其是电压波动范围大于波动允许值的地区。

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