变压器经济运行自动投切装置设计及试验

赵淑莉

（山西焦煤霍州煤电有限公司公共事业服务分公司， 山西 临汾 031400）

引言

煤矿供电系统是设备运行完成生产任务的动力，变压器作为供配电系统的主要设备之一，其承担着电能功率的传递和变压任务。统计表明，变压器在实际应用中其自身耗能占据总耗能的6%左右。也就是说，变压器具有极大的节能空间。目前，虽然在煤矿生产中已经采用了高效节能的变压器，但是就其运行方式而言可存在极大的改进，保证其处于经济运行的状态[1]。因此，根据煤矿供电系统的工况对变压器经济运行方式进行自动投切尤为重要。本文重点对变压器经济运行方式的自动投切策略及装置进行设计，并对其经济运行效果进行验证。

1 变压器经济运行理论

在实际应用中，变压器的工作损耗可以分为空载损耗、短路损耗两类。其中，空载损耗主要指的是变压器有功功率的损失，短路损耗指的是变压器无功功率的损失，有功功率损耗与无功功率损耗之和为综合功率损耗[2]。从理论上讲，变压器的损耗与其所承担的负载有关。

变压器经济运行，指的是确保其所承担负载系数的上限控制在1、下限为βJZ2。当变压器复杂系数位于1.33βJZ2和0.75 之间时，说明其工作状态处于最佳经济运行区域。

目前，煤矿供电网络中常见的变压器类型为双绕组变压器，本文以双绕组变压器展开一系列的研究。根据供电方式的不同，可将变压器运行方式分为并列运行和分列运行。对于并列运行的变压器而言，可通过基于符合对其运行方式进行调节从而达到经济运行的目的；对于分列运行变压器，主要通过保证各个变压器的工况位于其各自经济运行区间，最终实现网络中变压器的经济运行。

2 变压器自动投切装置的设计

保证变压器根据负载的变化投切至最佳经济运行区间为节能运行的主要措施之一。但是，在实际实施过程中，采用人工投切方式不仅效率低下，而且存在误动作的问题。因此，设计一款自动投切装置实现变压器根据负载变化的自动投切功能，对变压器运行的安全性和节能性具有重要意义[3]。

结合实际应用需求，变压器自动投切装置需采集变压器的电压、电流等参数信号换算得出实时负载情况；然后，对比变压器的运行状态、断路器状态等开关量进行采集，并结合第一步所获取的负载情况判断变压器投入和切除的条件，并得出相应的控制指令。

本工程中，变压器自动投切装置所采用的核心处理为DSP，具体型号为DSP2812 控制器，该控制器对应的主频为96 MHz；该装置采用AD7607 数据采集芯片对变压器电压、电流及断路器的状态进行采集；采用RS485 通信芯片实现控制器与上位机的通信。

该自动投切装置上位机显示器采用以单片机为CPU 的LCD 液晶显示屏，通过显示器可实时掌握变压器运行的实时电压值、电流值及负载情况；同时，显示器可对变压器及自动投切装置的动作、故障、运行、通信等运行状态进行显示。

3 变压器经济运行自动投切策略

基于对变压器经济运行理论的深入研究可知，实现变压器处于其最佳经济运行区域的核心在于保证变压器能够根据负载对其运行方式进行调整控制。而在实际应用中，其调整控制的依据为临界负载功率。鉴于煤矿生产工况的复杂性，其对应的负载处于动态变化并且可能在负荷临界的位置上下波动，按照最初的投切策略，变压器需频繁切换工作状态，极易导致供电网络的不稳定和不安全。因此，结合煤矿实际生产工况制定切实、有效、稳定的自动投切策略是非常有必要的。

鉴于变压器并列运行和分列运行两种状态下实现经济运行方式所依据的临界负荷值及其负载的分配规律存在极大的差异。以分列运行变压器为主，本小节将对分列变压器的自动投切策略进行优化。配电室分列运行变压器的参数见表1。

表1 配电室分列运行变压器关键参数

经调研，1 号变压器在实际运行时的临界负载功率与实际负载功率的对比如图1 所示。

图1 1 号变压器临界负载功率与实际负载功率对比

目前，所有变压器的控制主要通过判断1 号变压器临界负载功率和实际负载功率的大小进行决策。当实际负载功率大于临界负载功率时，1 号和2号变压器分列运行；当实际负载功率小于临界负载功率时，1 号变压器单独运行。

为减少变压器在正常工况下的切换次数和避免在负载波动时频繁切换的问题。本工程基于模糊决策法和时段控制法将自动投切点改进为自动投切区间，从而降低自动投切装置对符合曲线的依赖性，提升其投切的灵敏性。优化后的自动投切区间见表2。

表2 分列运行变压器自动投切区间

4 结语

本文重点完成了变压器投切装置的自动化设计和切换策略的优化，总结如下：

1）基于DSP 控制为核心和数据采集芯片对变压器的运行状态及断路器状态进行采集，实现自动投切功能。

2）将传统的投切点采用模糊决策法和时段控制法将投切点优化为投切区间，不仅减少了变压器的投切数量，还能够达到每天节约3.41 kW·h 的效果。