CN103606925A - 一种带有无功补偿的中压调压变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有无功补偿的中压调压变压器，包括调压单元、控制单元和无功优化单元，其结构特点为所述的控制单元分别与调压单元和无功优化单元连接，调压单元包括三相自藕式箱式变压器和三相有载分接开关，三相自藕式箱式变压器中的电源供电三相有载分接开关，调压单元与无功优化单元相连。通过控制单元实时采集10KV线路上的电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数，跟踪线路上的电压、功率因数及无功需量变化，同时控制调压单元和无功优化单元，来改变线路中后端电压输出稳定在10KV，并提高10KV线路上的功率因数，以达到改善线路无功网络分布，保证用户的供电电压合格，改善功率因数，减少线路的线损；提高农村配网电能质量。

Description

一种带有无功补偿的中压调压变压器

技术领域

本发明涉及一种中压调压变压器，尤其涉及一种带有无功补偿的中压调压变压器。 

背景技术

农村配网中10KV馈线的供电半径往往超过国家标准15KM，馈线后半段的电压经常低于标准值10KV，有时低到7000V～8000V，严重影响到馈线后半段各个大用户用电，如果是台区变，直接影响到变压器二次侧所有的单相用户和三相用户的用电，若是专用变，将影响到企业日常正常的运营。 

除此之外，在配电网系统输送电能的过程中，无功功率不足，将使系统中输送的总电流增加、使变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压下降，也将影响到单相用户、三相用户以及企业日常正常的用电。 

因此，降损节能、提高配电网供电质量，提高供电企业的经济效益，是电力系统迫切需要解决的问题，也是城乡和农村电网规划和建设改造的主要目标之一。开发出一种带有无功补偿的中压调压变压器，是解决上述问题的有效方法。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述发现的问题，提供一种带有无功补偿的中压调压变压器。实现了可以自动通过跟踪线路电压、功率因数及无功需量变化，自动控制调节有载调压分接开关档位和投切电容，从而改变线路中后端电压输出稳定在10KV，并提高线路的功率因数，改善线路无功网络分布，保证用户的供电电压合格，改善功率因数，减少线路的线损；提高农村配网电能质量，保证配网可靠性。 

本发明的目的是这样实现的，所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，包括调压单元、控制单元和无功优化单元，其结构特点为所述的控制单元分别与调压单元和无功优化单元连接，调压单元包括三相自藕式箱式变压器和三相有载分接开关，三相自藕式箱式变压器中的电源供电三相有载分接开关，调压单元与无功优化单元相连。 

所述的控制单元包含调压控制单元、无功优化控制单元、无线通讯模块和GPRS通讯模块，所述调压控制单元和无功优化控制单元分别与GPRS通讯模块连接；调压控制单元和无功优化控制单元分别与无线通讯模块连接。 

所述的无功优化单元包括真空接触器、电抗器、CT、高压并联电容器和电容型避雷器，高压真空接触器经铜排连接电抗器，电抗器有两端分别通过铜排经CT再通过铜排连接高压并联电容器，电抗器有一端直接通过铜排连接高压并联电容器，在相应的电抗器与CT之间连接有电容型避雷器，在电抗器与高压并联电容器之间连接有电容型避雷器；所述的高压真空接触器是用以频繁接通和切断正常工作电流，来远距离投切高压并联电容器；所述的电抗器是抑制真空接触器投切高压并联电容器时产生的涌流；所述的电容型避雷器是用于真空接触器投切高压并联电容器时产生的过电压保护；所述的无功优化单元中的两个CT是分别监测高压并联电容器的A相、C相电流；所述的高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素。 

所述的三相有载分接开关是在三相自耦式箱式变压器绕组中引出分接头后，在不中断负载电流的情况下能由一个分接头切换到另一个分接头而改变有效匝数实现调压。 

所述的控制单元通过无线通讯模块与智能掌上终端进行无线通讯连接。 

所述的控制单元通过GPRS通讯模块与后台分析主站进行无线通讯连接。 

所述调压控制单元包括MCU、数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块，所述的MCU分别与数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块连接。 

所述的无功优化控制单元包括MCU、数据采集模块和通断开关电路，所述的MCU分别与数据采集模块和通断开关电路连接。 

所述调压控制单元和无功优化控制单元为两者独立分开控制或两者一体化协作控制；所述的调压控制单元是控制调压单元进行10KV线路调压；所述的无功优化控制单元是控制无功优化单元进行10KV线路无功补偿。 

本发明所述的带有无功补偿的中压调压变压器的无功补偿调压方法，包括如下步骤：1）控制单元中的调压控制单元采集三相有载分接开关的当前档位信息、三相自耦式箱式变压器的电压，控制单元中的无功优化控制单元采集10KV馈线线路上的电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数；根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令通过电机驱动模块驱动三相有载分接开关的电机进行调压动作，电机转动控制改变三相有载分接开关的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自藕式箱式变压器的有效匝数，改变三相自藕式箱式变压器的电压比，实现调压；2）根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令驱动通断开关电路对真空接触器进行投切动作，当通断开关电路的电源接通后开关闭合，此时真空接触器合上，高压并联电容器处于投入状态；当通断开关电路的电源断开时开关断开，此时真空接触器断开，高压并联电容器处于切除状态，所述高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素； 

所述的控制单元包含调压控制单元、无功优化控制单元、无线通讯模块和GPRS通讯模块，其中调压控制单元包括MCU、数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块，所述的MCU是进行信号转换、数据处理并发出控制信号通过电机驱动模块驱动三相有载分接开关进行调压动作；所述的数据采集模块是采集调压单元中的控制线圈电压和电流；所述的数据存储器是存储调压单元的各种实时和历史参数及数据；所述的电机驱动模块是经由MCU发出调压控制指令驱动三相有载分接开关对调压单元进行调压动作；其中无功优化控制单元包含MCU、数据采集模块、数据存储器和通断开关电路；所述的MCU是进行信号转换、数据处理并发出控制信号驱动通断开关电路进行高压并联电容器投切动作；所述的数据采集模块是采集无功优化单元中的电流互感器上的二次侧电流及调压单元中的电压；所述的数据存储器是存储无功补偿单元的各种实时和历史参数及数据；

所述的无线通讯模块是和智能掌上终端进行无线通讯使用；所述的GPRS通讯模块是和后台分析主站进行无线通讯连接，智能掌上终端通过无线通讯模块与控制单元进行无线对接；所述的控制单元通过智能掌上终端与后台分析主站连接；智能掌上终端对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，同时可以现场抄读观察10KV线路、调压单元和无功优化单元的运行状态；后台分析主站通过GPRS通讯模块与控制单元进行无线对接；后台分析主站对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，并结合历史数据进行决策分析。

本发明的优点： 

本发明是把调压单元和无功优化单元进行无缝链接构成一体化装置，通过控制单元实时采集10KV线路上的电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数，跟踪线路上的电压、功率因数及无功需量变化，同一时刻控制调压单元和无功优化单元，来改变线路中后端电压输出稳定在10KV，并提高10KV线路上的功率因数，以达到改善线路无功网络分布，保证用户的供电电压合格，改善功率因数，减少线路的线损；提高农村配网电能质量，保证配网的可靠性。

本发明还可采用调压单元、控制单元、无功优化单元、智能掌上终端及后台分析主站连接构成一体化系统，智能掌上终端通过无线通讯模块与控制单元进行无线对接，智能掌上终端再通过USB接口与后台分析主站进行对接；智能掌上终端和后台分析主站可以同时对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，方便使用者获取10KV线路、调压单元和无功优化单元的各种实时与历史运行数据；同时可以现场抄读观察10KV线路、调压单元和无功优化单元的运行状态；也可以很方便地通过GPRS与后台分析主站进行实时通讯，了解10KV线路、调压单元和无功优化单元的运行状态，并结合历史数据进行决策分析。 

附图说明

图1是本发明实施例的带有无功补偿的中压调压变压器结构图。 

图2是本发明实施例的调压单元的结构图。 

图3为本发明实施例的无功优化单元结构图。 

图4为本发明实施例的控制单元的内部结构原理框图。 

图5为本发明实施例结合智能掌上终端的系统结构图。 

图6为本发明实施例结合后台分析主站的系统结构图。 

图7为本发明实施例结合智能掌上终端和后台分析主站的系统结构图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的在线智能控制中压自适应调压系统拓补图和工作原理及工作过程进行详细说明： 

如图1所示，本发明所述实施例的带有无功补偿的中压调压变压器结构图。图中有：调压单元，无功优化单元，控制单元；调压单元和控制单元用控制电缆线连接；无功优化单元和控制单元用控制电缆线连接；调压单元与无功优化单元相连；其中调压单元为现有技术，无功优化单元为现有技术也可采用本发明下面图3所述的专有技术，控制单元可采用现有技术也可采用本发明下面所述的专有技术。控制单元用于采集线路上的10KV电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数，控制单元通过控制策略进行调压控制及无功优化控制。控制策略为一般程序员能实现的。

如图2所示，本发明所述实施例的调压单元结构图。图中有：三相自藕式箱式变压器，三相有载分接开关，本发明所述的调压单元包括三相自藕式箱式变压器和三相有载分接开关；如图1、图2所示，三相自藕式箱式变压器中的电源供电给三相有载分接开关使用，所述的控制单元控制改变三相有载分接开关的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自藕式箱式变压器的有效匝数，即改变三相自藕式箱式变压器的电压比，从而实现调压的目的。 

如图3所示，本发明所述实施例的无功优化单元结构图。图中有：真空接触器，电抗器，CT（CT即电流互感器）、高压并联电容器和电容型避雷器。所述的无功优化单元包括真空接触器，电抗器，CT（CT即电流互感器）、高压并联电容器和电容型避雷器，高压真空接触器经铜排连接电抗器，电抗器有两端分别通过铜排经CT再通过铜排连接高压并联电容器，电抗器有一端直接通过铜排连接高压并联电容器，在相应的电抗器与CT之间连接有电容型避雷器，在电抗器与高压并联电容器之间连接有电容型避雷器；其中真空接触器是用以频繁接通和切断正常工作电流，来远距离投切高压并联电容器。电抗器是用于抑制真空接触器投切高压并联电容器时产生的涌流。电容型避雷器是真空接触器投切高压并联电容器时产生的过电压保护。所述的两个CT即电流互感器是分别用于监测高压并联电容器的A相、C相电流。高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素。 

如图4所示，本发明的控制单元的内部结构原理框图，所述控制单元分成两大块，包括调压控制单元和无功优化控制单元，具体包括主控的MCU、数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、通断开关电路、GPRS通讯模块和三相有载分接开关的电机驱动模块，调压控制单元和无功优化控制单元分别与GPRS通讯模块连接，所述调压控制单元中的MCU分别与数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的的电机驱动模块连接；所述的无功优化控制单元中的MCU分别与数据采集模块和通断开关电路连接；调压控制单元和无功优化控制单元还可分别与无线通讯模块连接，本发明的控制单元具体各部件模块及功能如下： 

1) 主控的MCU：采用现有市售产品，完成传输与控制、并发出控制信号驱动三相有载分接开关模块进行调压动作，也可以发出控制信号驱动通断开关电路对真空接触器进行闭合动作，这些校准分析及计算程序为一般技术人员能实现的。

2) 数据采集模块：它包括电能计量芯片和信号处理电路，电能计量芯片采用高精度AD芯片，高精度AD芯片作为电压电流计量使用，信号处理电路的作用是将输入的电压电流信息调理成高精度AD芯片内能做精确模拟数字转换及计算的信号，再将结果定时传送给主控MCU，此部分采用了专业的高精度AD芯片。高精度AD芯片和信号处理电路为现有技术。 

3）数据存储器：此模块对各种实时与历史运行数据进行存储及查询，可以采用各类存储介质，为现有技术。 

4）电机驱动模块：电机驱动模块分为2部分：电源和开关。其中电源为220V或380V交流电，开关为现有市售产品，电源与开关采用铜导线连接。当电源接通后开关闭合，此时三相有载分接开关的电机运行；当电源断开时开关断开，此时三相有载分接开关的电机停止运行，这些指令为一般技术人员能实现的。 

5）通断开关电路：通断开关电路分为2部分：电源和开关。其中电源为220V或380V交流电，开关为现有市售产品，电源与开关采用铜导线连接。当电源接通后开关闭合，此时真空接触器合上，高压并联电容器处于投入状态；当电源断开时开关断开，此时真空接触器断开，高压并联电容器处于切除状态，这些指令为一般技术人员能实现的。 

6）无线通讯模块：此模块为433无线通讯。通过433无线通讯和智能掌上终端进行数据对接交互。 

7) GPRS通讯模块：通过GPRS通讯模块和后台主站进行实时数据交互。从而实现远程或本地遥控、遥调、遥测等功能。 

结合图1、图2、图3、图4所示，控制单元采用本发明的专有技术时，其中控制单元中的调压控制单元采集三相有载分接开关的当前档位信息、三相自耦式箱式变压器的电压，控制单元中的无功优化控制单元采集10KV馈线线路上的电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数。根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令通过电机驱动模块驱动三相有载分接开关的电机进行调压动作实现调压目的，具体如电机转动控制改变三相有载分接开关的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自藕式箱式变压器的有效匝数，即改变三相自藕式箱式变压器的电压比，从而实现调压的目的；根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令也可以驱动通断开关电路对高压电路（如：10KV线路）中的真空接触器进行投切动作，当通断开关电路的电源接通后开关闭合，此时真空接触器合上，高压并联电容器处于投入状态；当通断开关电路的电源断开时开关断开，此时真空接触器断开，高压并联电容器处于切除状态，所述高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素，因此本发明能根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析、根据分析后的结果进行上述恰当的动作而达到提高10KV线路上的功率因数的目的。 

如图5所示，本发明采用调压单元、无功优化单元、控制单元和智能掌上终端构成一体化系统，智能掌上终端为一般技术人员能实现的技术；智能掌上终端通过无线通讯模块与控制单元进行无线对接；智能掌上终端可以方便使用者对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态。 

如图6所示，本发明采用调压单元、无功优化单元、控制单元和后台分析主站构成一体化系统，后台分析主站为一般技术人员能实现的技术，如服务器等。后台分析主站通过GPRS通讯模块与控制单元进行无线对接；后台分析主站可以方便使用者对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态。 

如图7所示，本发明采用调压单元、无功优化单元、控制单元、智能掌上终端和后台分析主站构成一体化系统。所述的控制单元通过智能掌上终端与后台分析主站连接；智能掌上终端通过无线通讯模块与控制单元进行无线对接，智能掌上终端再通过USB接口与后台分析主站进行对接；智能掌上终端和后台分析主站可以同时对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，同时后台分析主站也可以对智能掌上终端进行参数配置及设置。 

Claims (10)

1.一种带有无功补偿的中压调压变压器，包括调压单元、控制单元和无功优化单元，其特征在于：所述的控制单元分别与调压单元和无功优化单元连接，调压单元包括三相自藕式箱式变压器和三相有载分接开关，三相自藕式箱式变压器中的电源供电三相有载分接开关，调压单元与无功优化单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的控制单元包含调压控制单元、无功优化控制单元、无线通讯模块和GPRS通讯模块，所述调压控制单元和无功优化控制单元分别与GPRS通讯模块连接；调压控制单元和无功优化控制单元分别与无线通讯模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的无功优化单元包括真空接触器、电抗器、CT、高压并联电容器和电容型避雷器，高压真空接触器经铜排连接电抗器，电抗器有两端分别通过铜排经CT再通过铜排连接高压并联电容器，电抗器有一端直接通过铜排连接高压并联电容器，在相应的电抗器与CT之间连接有电容型避雷器，在电抗器与高压并联电容器之间连接有电容型避雷器；所述的高压真空接触器是用以频繁接通和切断正常工作电流，来远距离投切高压并联电容器；所述的电抗器是抑制真空接触器投切高压并联电容器时产生的涌流；所述的电容型避雷器是用于真空接触器投切高压并联电容器时产生的过电压保护；所述的无功优化单元中的两个CT是分别监测高压并联电容器的A相、C相电流；所述的高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素。

4.根据权利要求1所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的三相有载分接开关是在三相自耦式箱式变压器绕组中引出分接头后，在不中断负载电流的情况下能由一个分接头切换到另一个分接头而改变有效匝数实现调压。

5.根据权利要求2所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的控制单元通过无线通讯模块与智能掌上终端进行无线通讯连接。

6.根据权利要求2所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的控制单元通过GPRS通讯模块与后台分析主站进行无线通讯连接。

7.根据权利要求2所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述调压控制单元包括MCU、数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块，所述的MCU分别与数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块连接。

8.根据权利要求2所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述的无功优化控制单元包括MCU、数据采集模块和通断开关电路，所述的MCU分别与数据采集模块和通断开关电路连接。

9.根据权利要求2所述的一种带有无功补偿的中压调压变压器，其特征在于：所述调压控制单元和无功优化控制单元为两者独立分开控制或两者一体化协作控制；所述的调压控制单元是控制调压单元进行10KV线路调压；所述的无功优化控制单元是控制无功优化单元进行10KV线路无功补偿。

10.权利要求1-9任一所述的带有无功补偿的中压调压变压器的无功补偿调压方法，包括如下步骤：1）控制单元中的调压控制单元采集三相有载分接开关的当前档位信息、三相自耦式箱式变压器的电压，控制单元中的无功优化控制单元采集10KV馈线线路上的电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数；根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令通过电机驱动模块驱动三相有载分接开关的电机进行调压动作，电机转动控制改变三相有载分接开关的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自藕式箱式变压器的有效匝数，改变三相自藕式箱式变压器的电压比，实现调压；2）根据调压控制单元采集的数据结合无功优化控制单元采集的数据进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令驱动通断开关电路对真空接触器进行投切动作，当通断开关电路的电源接通后开关闭合，此时真空接触器合上，高压并联电容器处于投入状态；当通断开关电路的电源断开时开关断开，此时真空接触器断开，高压并联电容器处于切除状态，所述高压并联电容器是用于提高10KV线路上的功率因素；

所述的控制单元包含调压控制单元、无功优化控制单元、无线通讯模块和GPRS通讯模块，其中调压控制单元包括MCU、数据采集模块、数据存储器和三相有载分接开关的电机驱动模块，所述的MCU是进行信号转换、数据处理并发出控制信号通过电机驱动模块驱动三相有载分接开关进行调压动作；所述的数据采集模块是采集调压单元中的控制线圈电压和电流；所述的数据存储器是存储调压单元的各种实时和历史参数及数据；所述的电机驱动模块是经由MCU发出调压控制指令驱动三相有载分接开关对调压单元进行调压动作；其中无功优化控制单元包含MCU、数据采集模块、数据存储器和通断开关电路；所述的MCU是进行信号转换、数据处理并发出控制信号驱动通断开关电路进行高压并联电容器投切动作；所述的数据采集模块是采集无功优化单元中的电流互感器上的二次侧电流及调压单元中的电压；所述的数据存储器是存储无功补偿单元的各种实时和历史参数及数据；

所述的无线通讯模块是和智能掌上终端进行无线通讯使用；所述的GPRS通讯模块是和后台分析主站进行无线通讯连接，智能掌上终端通过无线通讯模块与控制单元进行无线对接；所述的控制单元通过智能掌上终端与后台分析主站连接；智能掌上终端对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，同时可以现场抄读观察10KV线路、调压单元和无功优化单元的运行状态；后台分析主站通过GPRS通讯模块与控制单元进行无线对接；后台分析主站对控制单元进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察调压单元、无功优化单元的运行状态，并结合历史数据进行决策分析。

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