CN103023031A - 低压六相配电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压六相配电系统，该系统包括：低压配电开关柜(5)和至少一个分裂移相变压器(2)，分裂移相变压器(2)设置有两个低压二次绕阻(3),所述低压二次绕阻(3)设置有中性线，每个低压二次绕阻(3)设置有三根相线，所述低压配电开关柜(5)设置有六根低压母线(7)和一根中性线和PE线，两个低压二次绕阻(3)的六根相线分别与低压配电开关柜(5)的六根低压母线(7)连接，低压二次绕阻(3)的中性线与低压配电开关柜(5)的中性线连接。本发明的低压六相配电系统能有效的消除或减少谐波，对三次谐波的消除效果尤为明显，配电系统的传输功率密度更大，传输能力更强，能够降低电网损耗，提高了低压配电系统运行的稳定性和可靠性，节能降耗，改善了系统性能。

Description

低压六相配电系统
技术领域
本发明涉及民用及工业电力分配领域，特别涉及一种低压六相配电系统。
背景技术
随着科学技术的发展,以及工业生产水平和人民生活水平的提高,非线性用电设备在电网中大量投运,如变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、不间断电源(UPS)、节能荧光灯系统等，这些非线性负载导致电网污染，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。谐波的存在严重威胁着供电系统的安全与稳定运行，影响着电网的质量，使电网的电压与电流波形发生畸变，并且增加电网的供电损耗，浪费电网容量；尤其是在低压配电系统中的三次谐波，使得功率损耗增加、设备的绝缘降低寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常，严重地威胁着供配电系统的安全运行。
在低压三相配电系统中，目前消除谐波通常采用的方法是安装无源滤波装置或有源滤波装置。无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本较低，但不能消除干净。
有源电力滤波装置是用电力电子元件产生一个大小相等但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，投资大，推广使用有难度。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种低压六相配电系统能够消除和减少谐波，尤其是针对三次谐波的消除，提高配电系统的传输功率密度和传输能力，降低电网损耗，防止中性线过载而引起火灾等灾害，易与现有低压三相配电系统互相转换，提高低压配电系统运行的稳定性和可靠性，从而改善系统性能。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低压六相配电系统，该系统包括：低压配电开关柜5和至少一个分裂移相变压器2，所述分裂移相变压器2与电网三相电源系统1连接，分裂移相变压器2设置有两个低压二次绕阻3,所述低压二次绕阻3设置有中性线，每个低压二次绕阻3设置有三根相线，所述低压配电开关柜5设置有六根低压母线7和一根中性线和PE线，两个低压二次绕阻3的六根相线分别与低压配电开关柜5的六根低压母线7连接，低压二次绕阻3的中性线与低压配电开关柜5的中性线连接，用于减少和消除设备产生的谐波。
优选的，所述分裂移相变压器2低压二次绕组3采用双Y接法,相移为30度。
优选的，所述低压配电开关柜5与分裂移相变压器2之间的六根相线上设置有断路器8。
优选的，所述低压六相配电系统设置有两个分裂移相变压器2。
优选的，所述低压六相配电开关柜5的六根低压母线7在所述两个分裂移相变压器2之间设置有断路器8，断路器8断开时将六根低压母线7分为母线Ⅰ和母线Ⅱ，两个分裂移相变压器2的相线分别与母线Ⅰ和母线Ⅱ连接。
优选的，所述两个低压二次绕阻3的中性线相互连接。
优选的，所述断路器为六相断路器。
优选的，所述断路器为两个三相断路器。
优选的，所述低压配电开关柜5为两个三相低压配电开关柜5，所述三相低压配电开关柜5的低压母线7上设置有三相三极断路器，用于在三相三极断路器断开时将三根母线分开，所述分裂移相变压器2两个低压二次绕阻3的相线和中性线分别与两个三相低压配电开关柜5的母线交错对应连接，所述两个三相低压配电开关柜5的中性线相互连接。
优选的，所述低压配电开关柜5为两个三相低压配电开关柜5，所述三相低压配电开关柜5上设置有三相四极断路器，用于在三相四极断路器断开时将三根母线分开，同时将中性线分开，所述分裂移相变压器2两个低压二次绕阻3的相线和中性线分别与两个三相低压配电开关柜5的母线交错对应连接，所述两个三相低压配电开关柜5中性线的连接方法与所述低压二次绕阻相线的连接方式对应。
（三）有益效果
本发明的低压六相配电系统能有效的消除或减少谐波，对三次谐波的消除效果尤为明显，配电系统的传输功率密度更大，传输能力更强，能够降低电网损耗，防止中性线过载而引起火灾等灾害，节能降耗，易与现有低压三相配电系统互相转换，提高了低压配电系统运行的稳定性和可靠性，改善了系统性能，适合于民用及工业的低压配电系统中。
附图说明
图1是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图2是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图3是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图4是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图5是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图6是本发明实施例低压六相配电系统的一种连接结构图。
图7是本发明实施例低压六相配电系统的六相电压向量图。
图8是本发明实施例低压六相配电系统的消除三次谐波的波形原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1本发明实施例的低压六相配电系统如图1所示，低压六相配电系统，包括系统三相电网1，分裂移相变压器2，低压母线桥4，低压配电开关柜5，低压配电盘6，低压断路器8及低压电缆9等。分裂移相变压器2的一次侧与系统三相电网1相连，分裂移相变压器2的两个低压二次绕组3分别通过低压母线桥4或低压电缆9利用两个三相三极低压断路器8直接与低压配电开关柜5内的低压母线7的六个相线母排相连，分裂移相变压器2的两个低压二次绕组的中性点直接相连并与低压配电开关柜5内的低压母线7的中性线N母排相连，两个三相三极进线低压断路器8、出线低压断路器8及低压母线7均安装在低压配电开关柜5内，低压配电开关柜5内的低压母线7为由两组三相配电母线构成，其中一组的电源来自分裂移相变压器2的第一个低压二次绕组3，即母线标号为LA，LB，LC，另一组的电源来自分裂移相变压器2的第两个低压二次绕组3，即母线标号为LA’，LB’，LC’，再加上公共的中性线N母排及地线PE母排。低压三相负荷可通过三相三极或四极低压断路器8或低压熔断器10与低压配电开关柜5内的低压母线7中的一组或另一组三相配电母线相连，六相负荷或低压配电盘6通过两个三极低压断路器8依次与低压配电开关柜5内的低压母线7的两组相母线相连，N线及PE线的是否引出可根据负荷所需及所采用低压配电系统的接地方式进行确定。低压配电盘6同样含有同低压配电开关柜5内相同的两组配电母线，所以其仍可对下级负荷进行配电。当下级能够产生谐波的负荷均匀的分布在低压配电盘6或低压配电开关柜5内的两组三相配电母线时，由于两组三相配电母线相应的相序电压相位相差180度，所以由两组配电母线配电所各自产生的3次，9次等3的奇数次谐波相位也相差180度，同时由于每组配电母线所产生的3次，9次等3的奇数次谐波相位相同，并且他们都流过公共的中性线N，所以在中性线N实现3次，9次等3的奇数次谐波的自动抵消，而5，7次等奇次谐波也将由于两组配电母线相序电压相位差，也将出现一定的相位抵消或叠加，但叠加的最大值也不会超过采用单个三相配电时相应谐波次数的幅值，所以在低压配电盘6及低压配电开关柜5内总的谐波含量将减少，达到谐波治理的效果，且成本较低。
优选的，低压六相配电系统设置有两个分裂移相变压器2如图2和图4所示。
优选的，低压六相配电开关柜5的六根低压母线7在所述两个分裂移相变压器2之间设置有断路器8，断路器8断开时将六根低压母线7分为母线Ⅰ和母线Ⅱ，两个分裂移相变压器2的相线分别与母线Ⅰ和母线Ⅱ连接。
优选的，两个低压二次绕阻3的中性线相互连接。
优选的，断路器为六相断路器如图3和图4所示。
实施例2实施例的低压六相配电系如图5所示，本发明两台分裂移相变压器2的一次侧均与系统三相电网1相连，其中一台分裂移相变压器2的两个低压二次绕组3分别通过低压母线桥4或低压电缆9利用两个三相三极低压断路器8分别与两个低压配电开关柜5内的I母相连，所述低压配电开关柜5为低压三相配电开关柜，另一台分裂移相变压器2的两个低压二次绕组3分别通过低压母线桥4或低压电缆9利用两个三相三极低压断路器8分别与2个低压配电开关柜5内的II母相连。每个低压配电开关柜5均内含I母和II母两段母线，且两段母线共用中性线N母排及PE母排。每台分裂移相变压器2的两个低压二次绕组的中性点分别与低压配电开关柜5内的低压母线7的中性线N母排相连，并将两个低压配电开关柜5内的中性线N母排直接相连。进线三相三极低压断路器8，母联低压断路器8及出线低压断路器8及低压母线7均安装在低压配电开关柜5内，第一个低压配电开关柜5内的低压母线7由一组三相配电母线构成，该组的的两段母线I母和II母的电源分别来自两个分裂移相变压器2的第一个低压二次绕组3；第二个低压配电开关柜5内的低压母线7同样由一组三相配电母线构成，该组的两段母线I母和II母的电源分别来自两个分裂移相变压器2的第二个低压二次绕组3。每组低压配电开关柜5均含有一个中性线N母排及地线PE母排。低压配电盘6通过两个三极低压断路器8分别与低压配电开关柜5内的低压母线7的II母线相连，N线及PE线的是否引出可根据负荷所需及所采用低压配电系统的接地方式进行确定。低压配电盘6含有两组配电母线，且每组配电母线的相序电压相位互差180度，低压配电盘6构成低压六相配电系统，进而可对下级负荷进行配电。当下级能够产生谐波的负荷均匀的分布在低压配电盘6内的两组三相配电母线时，由于两组三相配电母线相应的相序电压相位相差180度，所以由两组配电母线配电所各自产生的3次，9次等3的奇数次谐波相位也相差180度，同时由于每组配电母线所产生的3次，9次等3的奇数次谐波相位相同，并且他们都流过公共的中性线N，所以在中性线N实现3次，9次等3的奇数次谐波的自动抵消，而5，7次等奇次谐波也将由于两组配电母线相序电压相位差，也将出现一定的相位抵消或叠加，但叠加的最大值也不会超过采用单个三相配电时相应谐波次数的幅值，所以在低压配电盘6及低压配电开关柜5内总的谐波含量将减少，达到谐波治理的效果，且成本较低。
优选的，低压配电开关柜5为两个三相低压配电开关柜5，所述三相低压配电开关柜5上设置有三相四极断路器，用于在三相四极断路器断开时将三根母线分开，同时将中性线分开，分裂移相变压器2两个低压二次绕阻3的相线和中性线分别与两个三相低压配电开关柜5的母线交错对应连接，所述两个三相低压配电开关柜5中性线的连接方法与所述低压二次绕阻相线的连接方式对应如图6所示。
所述低压配电开关柜5与低压六相配电盘6连接。
实施例2通过对现有三相低压配电开关柜进行改造，不但节约了成本而且提高了低压配电系统运行的稳定性和可靠性和适应性，改善了系统对应关键设备的要求。
本发明实施例谐波消除原理为：
由于在三相对称回路中，电压与电流波形为半波对称，可计算出，分解后的傅立叶级数中的直流分量和偶次分量为零，只含有奇次分量，即只含有3，5，7，9…次谐波分量。如图7所示的六相电压向量图，设UA=U(t),UB=U(t-T/3),UC=U(t-2T/3),UA’=U(t-T/2),UB’=U(t+T/6),UC’=U(t-T/6)，分别对UA，UB，UC，UA’，UB’，UC’进行傅立叶级数分解，可得：
UA=UA1sin（wt+Φ1）+UA3sin（3wt+Φ3）+UA5sin（5wt+Φ5）+UA7sin（7wt+Φ7）+UA9sin（9wt+Φ9）……;
UB=UB1sin[w(t-T/3)+Φ1]+UB3sin[3w(t-T/3)+Φ3]+UB5sin[5w(t-T/3)+Φ5]+UB7sin[7w(t-T/3)+Φ7]+UB9sin[9w(t-T/3)+Φ9]……;
UC=UC1sin[w(t-2T/3)+Φ1]+UC3sin[3w(t-2T/3)+Φ3]+UC5sin[5w(t-2T/3)+Φ5]+UC7sin[7w(t-2T/3)+Φ7]+UC9sin[9w(t-2T/3)+Φ9]……;
UA’=UA1’sin[w(t-T/2)+Φ1]+UA3’sin[3w(t-T/2)+Φ3]+UA5’sin[5w(t-T/2)+Φ5]+UA7’sin[7w(t-T/2)+Φ7]+UA9’sin[9w(t-T/2)+Φ9]……;
UB’=UB1’sin[w(t+T/6)+Φ1]+UB3’sin[3w(t+T/6)+Φ3]+UB5’sin[5w(t+T/6)+Φ5]+UB7’sin[7w(t+T/6)+Φ7]+UB9’sin[9w(t+T/6)+Φ9]……;
UC’=UC1’sin[w(t-T/6)+Φ1]+UC3’sin[3w(t-T/6)+Φ3]+UC5’sin[5w(t-T/6)+Φ5]+UC7’sin[7w(t-T/6)+Φ7]+UC9’sin[9w(t-T/6)+Φ9]……;
所以，将以上6相电压，可得总的各次谐波的表达式，以3次谐波为例，可得如下结果：
U3Σ=UA3sin（3wt+Φ3）+UB3sin[3w(t-T/3)+Φ3]+UC3sin[3w(t-2T/3)+Φ3]+UA3’sin[3w(t-T/2)+Φ3]+UB3’sin[3w(t+T/6)+Φ3]+UC3’sin[3w(t-T/6)+Φ3]
当含有谐波的负荷均匀的分布在UA，UB，UC和UA’，UB’，UC’两组三相配电系统时，可得到如下结果：
U3Σ=3U3sin（3wt+Φ3）+3U3’sin(3wt-T/2+Φ3)
由此可知，此时由UA，UB，UC构成的三相系统，其对于三次谐波均具有同样的相位，同理由UA’，UB’，UC’构成的三相系统，其三次谐波也同相，而这两个系统所产生的三次谐波相位相差180度，所以当U3=U3’时，U3Σ=0；即由这两个三相系统构成一个六相配电系统时，当具有公共的中性线供三次谐波流动时，在该中性线上即可自动消除，如图8所示。同理对于5，7次也均有类似的谐波消除效果。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种低压六相配电系统，其特征在于，该系统包括：低压配电开关柜(5)和至少一个分裂移相变压器(2)，所述分裂移相变压器(2)与电网三相电源系统(1)连接，分裂移相变压器(2)设置有两个低压二次绕阻(3),所述低压二次绕阻(3)设置有中性线，每个低压二次绕阻(3)设置有三根相线，所述低压配电开关柜(5)设置有六根低压母线(7)和一根中性线和PE线，两个低压二次绕阻(3)的六根相线分别与低压配电开关柜(5)的六根低压母线(7)连接，低压二次绕阻(3)的中性线与低压配电开关柜(5)的中性线连接，用于减少和消除设备产生的谐波。
2.权利要求1所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述分裂移相变压器(2)低压二次绕组(3)采用双Y接法,相移为30度。
3.权利要求1所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述低压配电开关柜(5)与分裂移相变压器(2)之间的六根相线上设置有断路器(8)。
4.权利要求1所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述低压六相配电系统设置有两个分裂移相变压器(2)。
5.权利要求4所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述低压六相配电开关柜(5)的六根低压母线(7)在所述两个分裂移相变压器(2)之间设置有断路器(8)，断路器(8)断开时将六根低压母线(7)分为母线Ⅰ和母线Ⅱ，两个分裂移相变压器(2)的相线分别与母线Ⅰ和母线Ⅱ连接。
6.权利要求1-5中任意一项所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述两个低压二次绕阻(3)的中性线相互连接。
7.权利要求3或4所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述断路器为六相断路器。
8.权利要求3或4所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述断路器为两个三相断路器。
9.权利要求1或4所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述低压配电开关柜(5)为两个三相低压配电开关柜(5)，所述三相低压配电开关柜(5)的低压母线(7)上设置有三相三极断路器，用于在三相三极断路器断开时将三根母线分开，所述分裂移相变压器(2)两个低压二次绕阻(3)的相线和中性线分别与两个三相低压配电开关柜(5)的母线交错对应连接，所述两个三相低压配电开关柜(5)的中性线相互连接。
10.权利要求1或4所述的低压六相配电系统，其特征在于，所述低压配电开关柜(5)为两个三相低压配电开关柜(5)，所述三相低压配电开关柜(5)上设置有三相四极断路器，用于在三相四极断路器断开时将三根母线分开，同时将中性线分开，所述分裂移相变压器(2)两个低压二次绕阻(3)的相线和中性线分别与两个三相低压配电开关柜(5)的母线交错对应连接，所述两个三相低压配电开关柜(5)中性线的连接方法与所述低压二次绕阻相线的连接方式对应。
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