趙淑莉

（山西焦煤霍州煤電有限公司公共事業(yè)服務(wù)分公司， 山西 臨汾 031400）

引言

煤礦供電系統(tǒng)是設(shè)備運行完成生產(chǎn)任務(wù)的動力，變壓器作為供配電系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，其承擔著電能功率的傳遞和變壓任務(wù)。統(tǒng)計表明，變壓器在實際應(yīng)用中其自身耗能占據(jù)總耗能的6%左右。也就是說，變壓器具有極大的節(jié)能空間。目前，雖然在煤礦生產(chǎn)中已經(jīng)采用了高效節(jié)能的變壓器，但是就其運行方式而言可存在極大的改進，保證其處于經(jīng)濟運行的狀態(tài)[1]。因此，根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)的工況對變壓器經(jīng)濟運行方式進行自動投切尤為重要。本文重點對變壓器經(jīng)濟運行方式的自動投切策略及裝置進行設(shè)計，并對其經(jīng)濟運行效果進行驗證。

1 變壓器經(jīng)濟運行理論

在實際應(yīng)用中，變壓器的工作損耗可以分為空載損耗、短路損耗兩類。其中，空載損耗主要指的是變壓器有功功率的損失，短路損耗指的是變壓器無功功率的損失，有功功率損耗與無功功率損耗之和為綜合功率損耗[2]。從理論上講，變壓器的損耗與其所承擔的負載有關(guān)。

變壓器經(jīng)濟運行，指的是確保其所承擔負載系數(shù)的上限控制在1、下限為βJZ2。當變壓器復(fù)雜系數(shù)位于1.33βJZ2和0.75 之間時，說明其工作狀態(tài)處于最佳經(jīng)濟運行區(qū)域。

目前，煤礦供電網(wǎng)絡(luò)中常見的變壓器類型為雙繞組變壓器，本文以雙繞組變壓器展開一系列的研究。根據(jù)供電方式的不同，可將變壓器運行方式分為并列運行和分列運行。對于并列運行的變壓器而言，可通過基于符合對其運行方式進行調(diào)節(jié)從而達到經(jīng)濟運行的目的；對于分列運行變壓器，主要通過保證各個變壓器的工況位于其各自經(jīng)濟運行區(qū)間，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中變壓器的經(jīng)濟運行。

2 變壓器自動投切裝置的設(shè)計

保證變壓器根據(jù)負載的變化投切至最佳經(jīng)濟運行區(qū)間為節(jié)能運行的主要措施之一。但是，在實際實施過程中，采用人工投切方式不僅效率低下，而且存在誤動作的問題。因此，設(shè)計一款自動投切裝置實現(xiàn)變壓器根據(jù)負載變化的自動投切功能，對變壓器運行的安全性和節(jié)能性具有重要意義[3]。

結(jié)合實際應(yīng)用需求，變壓器自動投切裝置需采集變壓器的電壓、電流等參數(shù)信號換算得出實時負載情況；然后，對比變壓器的運行狀態(tài)、斷路器狀態(tài)等開關(guān)量進行采集，并結(jié)合第一步所獲取的負載情況判斷變壓器投入和切除的條件，并得出相應(yīng)的控制指令。

本工程中，變壓器自動投切裝置所采用的核心處理為DSP，具體型號為DSP2812 控制器，該控制器對應(yīng)的主頻為96 MHz；該裝置采用AD7607 數(shù)據(jù)采集芯片對變壓器電壓、電流及斷路器的狀態(tài)進行采集；采用RS485 通信芯片實現(xiàn)控制器與上位機的通信。

該自動投切裝置上位機顯示器采用以單片機為CPU 的LCD 液晶顯示屏，通過顯示器可實時掌握變壓器運行的實時電壓值、電流值及負載情況；同時，顯示器可對變壓器及自動投切裝置的動作、故障、運行、通信等運行狀態(tài)進行顯示。

3 變壓器經(jīng)濟運行自動投切策略

基于對變壓器經(jīng)濟運行理論的深入研究可知，實現(xiàn)變壓器處于其最佳經(jīng)濟運行區(qū)域的核心在于保證變壓器能夠根據(jù)負載對其運行方式進行調(diào)整控制。而在實際應(yīng)用中，其調(diào)整控制的依據(jù)為臨界負載功率。鑒于煤礦生產(chǎn)工況的復(fù)雜性，其對應(yīng)的負載處于動態(tài)變化并且可能在負荷臨界的位置上下波動，按照最初的投切策略，變壓器需頻繁切換工作狀態(tài)，極易導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定和不安全。因此，結(jié)合煤礦實際生產(chǎn)工況制定切實、有效、穩(wěn)定的自動投切策略是非常有必要的。

鑒于變壓器并列運行和分列運行兩種狀態(tài)下實現(xiàn)經(jīng)濟運行方式所依據(jù)的臨界負荷值及其負載的分配規(guī)律存在極大的差異。以分列運行變壓器為主，本小節(jié)將對分列變壓器的自動投切策略進行優(yōu)化。配電室分列運行變壓器的參數(shù)見表1。

表1 配電室分列運行變壓器關(guān)鍵參數(shù)

經(jīng)調(diào)研，1 號變壓器在實際運行時的臨界負載功率與實際負載功率的對比如圖1 所示。

圖1 1 號變壓器臨界負載功率與實際負載功率對比

目前，所有變壓器的控制主要通過判斷1 號變壓器臨界負載功率和實際負載功率的大小進行決策。當實際負載功率大于臨界負載功率時，1 號和2號變壓器分列運行；當實際負載功率小于臨界負載功率時，1 號變壓器單獨運行。

為減少變壓器在正常工況下的切換次數(shù)和避免在負載波動時頻繁切換的問題。本工程基于模糊決策法和時段控制法將自動投切點改進為自動投切區(qū)間，從而降低自動投切裝置對符合曲線的依賴性，提升其投切的靈敏性。優(yōu)化后的自動投切區(qū)間見表2。

表2 分列運行變壓器自動投切區(qū)間

4 結(jié)語

本文重點完成了變壓器投切裝置的自動化設(shè)計和切換策略的優(yōu)化，總結(jié)如下：

1）基于DSP 控制為核心和數(shù)據(jù)采集芯片對變壓器的運行狀態(tài)及斷路器狀態(tài)進行采集，實現(xiàn)自動投切功能。

2）將傳統(tǒng)的投切點采用模糊決策法和時段控制法將投切點優(yōu)化為投切區(qū)間，不僅減少了變壓器的投切數(shù)量，還能夠達到每天節(jié)約3.41 kW·h 的效果。