CN101826726A - 一种三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压配网安全、节能及提高电能质量的方法及配电设备，即一种三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器。本发明是在低压配网的负荷重要节点处，安装略大于支线负荷容量的调压型三相负荷不平衡限制器。该三相负荷不平衡限制器在节点处与负荷构成新的三相供电系统并产生出新地中性线N’，就此把零序电流路径限制在节点以下；调压型三相负荷不平衡限制器由或自耦式三相负荷不平衡器、或隔离式三相负荷不平衡器和调压开关构成；本发明把造成低压系统不平衡的零序电流限制在安装线路节点以下，使其节点以上线路与配电变压器相间负荷平衡，从而消除了这部分的可观损耗，消除了三相不平衡带来的危害，提升了低压配网的安全水平。

Description

一种三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器

技术领域

本发明涉及一种低压配网的安全、节能及提高电能质量的方法及配电设备，即三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器。

背景技术

如所周知，低压电网的三相不平衡一直就是困扰供电单位的主要问题之一，是一个“世界小难题”。低压配网是最直接最多给用户供电的网络，三相用电与单相用电往往混杂在一起，特别一些不可控增容，大功率单项负载接入低压配网，再加各种单项负荷性质不同，使用的不同时性等因素造成低压电网三相负载不平衡问题突出及普遍存在，三相电流不平衡使电力系统或局部中性点发生偏移，低压电网电压质量下降使得某些相电压偏低，用电器不能正常运行，某些相电压偏高甚至很高，损坏电器，负荷不平衡还显著增加三相火线和变压器绕组上的损耗，形成的零线电流更加大低压线路的损耗，尤其是负荷大、线路长的配电变压器其损失电量也更显著；三相负荷不平衡，负荷集中于一、二相上，减少了配变的出力，也容易损坏变压器的某些相绕组或零线电流过载，烧断零线，进一步造成事故，危及安全等。随着社会经济迅猛发展，低压用电急增，配电网络也在飞速扩大，而且变的更为复杂，三相负荷不平衡问题也愈加突出，为此不少人对这个问题进行了研究，目前在国外有将先进的电子技术应用过来，把不平衡的三相电流经过交流-直流-交流一系列变换，然后得到稳压、稳频、稳相的交流电，相当于一台三相电动机拖动一台三相发电机，虽可消除相应电网的不平衡电流，但成本高、价格昂贵，谐波污染比较严重，目前仅适用于某些精密仪器和一些电子设备等较小范围。在国内有用单相电容器分相补偿的办法，这种办法有时可以使三相电流在大、小上近似相等，但由于负荷性质不同，各相功率因数不同，三相电流的向量和不为零，零线仍有一定电流流过，又由于单相负荷变化随机性很大，中性点位移仍然突出，三相电压不对称，自然效果不够理想，近来虽出现一些改进办法，但也都存在这样那样问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和设备，用来限制由于三相电力负荷不平衡而带来的“不平衡损耗”及非正常状态或故障，提高安全状况和电能质量。

本发明技术方案：在低压配网的负荷重要节点处，安装略大于支线负荷容量的调压型三相负荷不平衡限制器。该三相负荷不平衡限制器在节点处与负荷构成新的三相供电系统并产生出新地中性线N’，就此把零序电流路径限制在节点以下。同时在该系统上除设有一般性过电流、过电压保护外，在N’上装有安全电压(36V)保护器，当N’线上出现高电压时，N’线接地或供电线路掉闸，为了防止零线断线及缺相故障，设置了相应保护和信号装置。

在上述技术方案中，所述的调压型三相负荷不平衡限制器由或自耦式三相负荷不平衡器、或隔离式三相负荷不平衡器和调压开关构成；

所述的自耦式三相负荷不平衡器是三相三柱式线圈，三相三柱式线圈分为共用线圈和调压线圈，三相三个共用线圈末端接成星型，中性点引出零线N’，A相调压线圈与B相共用线圈连接，B相调压线圈与C相共用线圈连接，C相调压线圈与A相共用线圈连接；

所述的隔离式三相负荷不平衡器是三相三柱式线圈，由没有电联系的电源侧线圈与负荷侧线圈构成，负荷侧线圈分为基本线圈和调压线圈，三相基本线圈末端连成星型，中点引出零线N，负荷侧线圈连接方式为：A相调压线圈与B相基本线圈相连接，B相调压线圈与C相基本线圈相连接，C相调压线圈与A相基本线圈相连接；

所述的调压开关由选择开关和转换过渡开关构成，其中转换过渡开关为串接限流电阻的无触点晶闸管开关，调压开关还设置有调压控制器和无触点晶闸管控制器。

所述的调压控制器由采样电路、A/D转换电路、输出锁定电路，驱动电路、定时允许电路组成。

所述的无触点晶闸管控制器由光控元件、晶闸管、压敏电阻、电压保护电路、整流电路及负载驱动电路组成。

有益的效果

1、把造成低压系统不平衡的零序电流限制在安装线路节点以下，使其节点以上线路与配电变压器相间负荷平衡，从而消除了这部分的可观损耗。同时，消除了由于三相不平衡带来的多种危害，可使低压配网安全水平大大提升。

2、匹配支线负荷选用小容量负荷不平衡限制器，使用灵活；当支线负荷增大时，可并联使用负荷不平衡限制器，用途广、效果好。

3、本发明调压后，对保证用户电压质量和提高产品质量及节电优点非常明显。

4、具有多种全面保护功能。尤其有缺相、零线断线、相线与零线错接保护功能，大大提升了电气设备和人员安全水平。

5、本发明结构新颖、可靠、寿命长、价格适宜。

附图说明

图1是本发明调压型不平衡负荷限制器含自耦式三相负荷不平衡器时在低压配电系统应用的节电原理示意图。

图2是本发明调压型不平衡负荷限制器含隔离式三相负荷不平衡器时在低压配电系统应用的节电原理示意图。

图3是自耦式三相负荷不平衡限制器结构示意图。

图4是隔离式三相负荷不平衡限制器结构示意图。

图5是本发明含自耦式三相负荷不平衡器时调压开关的转换开关与选择开关电气连接原理示意图。

图6是本发明调压开关的调压控制器电路原理框图。

图7是本发明调压开关的无触点晶闸管控制器电路原理框图。

具体实施方式

如图1所示，在低压配电系统1的一个节点处，接有三相平衡负荷2的平衡支线，平衡负荷2的中性线接低压配电系统1的零线N，零线N首端一点接地。而在节点处还接有三相不平衡负荷3的支线4，在节点处支线4的末端装设由自耦式三相负荷不平衡器和调压开关构成的调压型三相负荷不平衡限制器5，限制器5的上侧装设具有过流过压保护的低压开关6，三相不平衡负荷3的中性线7与限制器5的零线N’连接在一起，构成新系统的零线，零线不接地。为防止某些因素导致N’线上有危险过电压，在N’线上装设36V安全电压保护器8。

如图2所示，在三相不平衡负荷3的支线4节点处装设由隔离式三相不平衡负荷限制器和调压开关构成的调压型三相负荷不平衡限制器5，不平衡负荷3的中性点引线7和限制器5的零线N连接起来构成新的电路系统的零线N，因为与原配网在电方面的隔离，为了安全需要，N线可在调压型三相负荷不平衡器5安装处一点直接接地。另外负荷端还装有过压保护器9。

由上述可知，在低压配网的负荷重要节点处，安装略大于支线负荷容量的调压型三相负荷不平衡限制器。该调压型三相负荷不平衡限制器在节点处与负荷构成新的三相供电系统并产生出新地中性线N’，就此把零序电流路径限制在节点以下。同时在该系统上除设有一般性过电流、过电压保护外，在N’上装有安全电压(36V)保护器，当N’线上出现高电压时，N’线接地或供电线路掉闸，为了防止零线断线及缺相故障，设置了相应保护和信号装置。也即是在节点处调压型三相负荷不平衡限制器5切断了原配网零线N与负荷的连接，调压型三相负荷不平衡限制器5与不平衡负荷3等构成了新的三相四线系统，零序电流不再流经原配网零线回到配电变压器，而是流经新的很短的零线N’，与调压型三相负荷不平衡限制器5自成回路，零序电流回到限制器后零序磁通被限制器5的消零磁通线圈抵消，零序电流引起的限制器本身损耗也被消除。

如图3所示，自耦式三相负荷不平衡器为三相三柱式线圈，由共用线圈10和调压线圈11构成，三相三个共用线圈末端接成星型，中性点引出零线N’，A相调压线圈11与B相共用线圈10连接，B相调压线圈11与C相共用线圈10连接，C相调压线圈11与A相共用线圈10连接；调压线圈11与另一相共用线圈10连接后，必须让零序电流产生的磁通互相抵消，从而减少零序电流给限制器带来的损耗及影响，这种连接方式连接的线圈可称为消零磁通线圈；A、B、C为自耦式三相负荷不平衡器输入端，接低压配网，a、b、c、N为输出端，接三相不平衡负荷。

如图4所示，隔离式三相负荷不平衡限制器亦是三相三柱式线圈，由电源侧线圈12与负荷侧线圈构成，负荷侧线圈分为基本线圈13和调压线圈14；电源侧线圈12与负荷侧线圈额定电压相同，但没有电的联系，电源侧线圈12中性点不引出，负荷侧线圈分为基本线圈13和调压线圈14，三相三个基本线圈13末端连成星型，中点引出零线N″。负荷侧线圈连接方式为：A相调压线圈14与B相基本线圈13相连接，B相调压线圈14与C相基本线圈13相连接，C相调压线圈14与A相基本线圈13相连接。两种线圈连接也必须使零序磁通相抵消；A、B、C为隔离式三相负荷不平衡器输入端，接低压配网，a、b、c、N为输出端，接三相不平衡负荷。

本发明由于设置有消除零序磁通绕组，从而抵消了零序电流在本限制器中的影响；三相负荷不平衡限制器在负荷增长较大等状况时，三相负荷不平衡限制器可并联使用。

由图3、图4、图5可以看出，调压型三相负荷不平衡限制器输出端设置有多个调压抽头供自动调压开关调整输出电压大小。调压开关由选择开关15和转换过渡开关构成，由图5可以看出其中转换过渡开关为串接有限流电阻17的无触点晶闸管开关16，在转换过程中不产生电弧；选择开关采用带有缓冲压缩弹簧的桥型动触头，触点镀银开关，操动机构为直流双向直动式电磁机构，制动采用永久磁铁，整个调压过程为无弧调压。

如图5所示，本发明调压型三相负荷不平衡限制器调压开关的转换开关与选择开关15并联使用完成调压。其中转换开关为串接限流电阻17的无触点晶闸管开关16，每次进行调压、转换开关首先接通，待调压过程结束，转换开关立刻断开，由此实现无电弧调压，调压开关还设置有调压控制器和无触点晶闸管控制器。

如图6所示，调压控制器由采样电路18、A/D转换19、输出锁定电路20，驱动电路21、定时允许电路22组成。定时允许电路22是为了减少调压开关一些频繁动作而特别设定的每次调压开关动作5分钟(或10分钟)后才能再次调压的定时电路；23为过压过流保护电路；调压控制器控制调压开关即转换开关和选择开关15的开通，也即是控制无触点晶闸管控制器的开通。

如图7所示，调压型三相负荷不平衡限制器调压开关的选择开关的无触点晶闸管控制器由光控元件24、晶闸管25、压敏电阻28、电阻29、电容30、整流电路26及负载驱动电路27组成。压敏电阻28是晶闸管25和光控元件24的电压保护器，而电阻29和电容30组成的吸收电路则是整流电路26和负载27的电压保护电路，负载驱动电路27是选择开关15的线包，无触点晶闸管控制器实现每次进行调压、转换开关(晶闸管)首先接通，选择开关15的线包后接通，待调压过程结束，转换开关立刻断开，选择开关15保持接通状态，由此实现无电弧调压。

本发明通过对低压配网的运行分析和电力配电变压器结构形式特点的研究，尽可能消除产生三相负荷不平衡的因素，即零序电流的影响，把零序电流流通的路径切断并限制在最小范围内。这就是我们的零序电流限制器，亦叫三相负荷不平衡限制器，在它的内部采取措施来抵消零序电流所产生的零序磁通，没有了零序电流的作用，也就没有了零序电流在三相负荷不平衡限制器内的损耗。与此同时，调压装置可根据线路电压变化调整用户电压，以保证电能质量和保护电气设备安全。

Claims (7)

1.一种三相负荷不平衡限制方法，其特征在于：在低压配网的负荷重要节点处，安装略大于支线负荷容量的调压型三相负荷不平衡限制器，该调压型三相负荷不平衡限制器在节点处与负荷构成新的三相供电系统并产生出新地中性线N’，就此把零序电流路径限制在节点以下，同时在该系统上除设有一般性过电流、过电压保护外，在N’上装有安全电压36V的保护器，当N’线上出现高电压时，N’线接地或供电线路掉闸，为了防止零线断线及缺相故障，设置了相应保护装置。

2.根据权利要求1所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：其由或自耦式三相负荷不平衡器、或隔离式三相负荷不平衡器和调压开关构成。

3.根据权利要求2所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：所述的自耦式三相负荷不平衡器是三相三柱式线圈，三相三柱式线圈由共用线圈(10)和调压线圈(11)构成，三相三个共用线圈(10)末端接成星型，中性点引出零线N’，A相调压线圈(11)与B相共用线圈(10)连接，B相调压线圈(11)与C相共用线圈(10)连接，C相调压线圈(11)与A相共用线圈(10)连接。

4.根据权利要求2所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：所述的隔离式三相负荷不平衡器是三相三柱式线圈，由没有电联系的电源侧线圈(12)与负荷侧线圈构成，负荷侧线圈分为基本线圈(13)和调压线圈(14)，三相基本线圈(13)末端连成星型，中点引出零线N，负荷侧线圈连接方式为：A相调压线圈(14)与C相基本线圈(13)相连接，B相调压线圈(14)与A相基本线圈(13)相连接，C相调压线圈(14)与B相基本线圈(13)相连接。

5.根据权利要求2所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：所述的调压开关由选择开关(15)和转换过渡开关构成，其中转换过渡开关为串接限流电阻(17)的无触点晶闸管开关(16)，调压开关还设置有调压控制器和无触点晶闸管控制器。

6.根据权利要求5所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：所述的调压控制器由采样电路(18)、A/D转换电路(19)、输出锁定电路(20)，驱动电路(21)、定时允许电路(22)组成。

7.根据权利要求5所述的调压型三相负荷不平衡限制器，其特征在于：所述的无触点晶闸管控制器由光控元件(24)、晶闸管(25)、压敏电阻(28)、电压保护电路、整流电路(26)及负载驱动电路(27)组成。

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