CN203883477U - 步进式电压调整器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种步进式电压调整器，适用于电力输配电线路供电半径过长引起末端电压低的电压调整技术；其结构由三相自耦变压器、三相有载分接开关和自动控制器组成；三相自耦变压器与三相有载分接开关相连，三相有载分接开关与自动控制器相连；本实用新型采用自耦式变压器结构，可在±20％的范围内实现有载自动调压；具有优良的控制性能和通信功能，实现了遥测、遥信、遥调和遥控“四遥”功能；采用了独特的抗干扰措施，保证控制单元正常工作；采用串联变压器、调压变压器组成的自耦变压器，降低了档位却换的电压；采用全密封设计，防止空气进入，降低油的劣化速度，从而大大降低其维护费用。体积小、容量大、重量轻、损耗低，易于安装；具有显著的降耗节能效果；性价比高、可靠性高。

Description

步进式电压调整器

技术领域

本实用新型涉及一种电压调整技术，尤其涉及一种步进式电压调整器，适用于电力输配电线路供电半径过长引起末端电压低的电压调整技术。

背景技术

电力工业是国民经济重要基础行业,是国家经济发展战略中的重点先行产业。各行各业以及居民用电需求不断增加，而且对用电质量及可靠性要求也越来越高。保证良好电能质量是电力系统基本要求，而电压是电能的主要质量指标之一。电压质量对电网的稳定运行，降低线路损耗，保证生产安全正常运行等都有直接影响。 

虽然城农网改造以来，我国在农网建设和管理上对改善电压质量做了大量工作，基本实现了“乡乡供电”。但是，还有很多地区，特别是偏远山区，供电电压低的问题并没有得到根本解决。一些地区仍存在着电网结构不尽合理、导线截面细、馈线线路长、供电半径大、无功补偿能力弱等问题。特别是农村地区及城乡结合部供电负荷随季节、昼夜变化大，导致了负荷重时电压低，负荷轻时末端电压抬高。这些问题直接影响了供电设备的出力和供电可靠性，增大了线损，严重时会发生电压崩溃、频率下降和大面积停电，这已经成为部分地区提高供电质量甚至是经济发展的瓶颈，必须得到有效地解决。

为了保证电压质量，中低压配电网中的主要调压手段及措施有以下几个方面：（1）变电站主变压器的有载调压；（2）改善线路的无功功率；（3）改变线路参数；（4）新建变电站。下面对这几种方法分别进行对比分析。

(1)变电站主变压器有载调压，农村电网的电源支撑点大多是35kv或66kv的小型变电站，主变为降压变压器，低压侧为10kv出线至用户；通过有载分接开关的动作，调整主变压器的变比，使输出侧的低压母线电压保持在一定的水平，就可以使用户电压在允许范围内波动。

(2)改变线路无功功率，在线路中并联电容器，合理分配无功功率补尝容量，改变电网的无功潮流分布，从而可以降低线路损耗，提高电压质量。

农村6～10kV配电网多采用分支辐射式供电方式，供电半径大、导线较细、配电变压器平均受载率低，线损大、功率因数低，末端压降大。进行无功补偿不仅可以提高线路的功率因数，还能改善末端用户的电压水平，提高网络传输能力，降损节能。

(3)改变线路参数，改变线路参数主要是增大导线截面积。对于用户较分散，导线截面积较小的线路，电压损耗中的电阻分量所占比重较大，因此，减少导线的电阻能够起到一定的调压效果。

(4)新建变电站，改建变电站，可以缩短供电半径，提高较长线路的末端电压，改善供电质量。相对来说，这是解决电压偏低问题的最妥善的一个方法。除了可以从根本上解决电压偏低的问题外，还可以提高供电的可靠性。

上述四种调压方法不尽相同，下面针对其特点和适用范围局限性进行了比较分析。

调节主变压器的输出电压既可以改变电压水平又可以改变系统的功率分配，目前大多数变电站的主变压器都采用这种调压方式。在这种方式下，根据系统负荷情况来调节主变的分接头，使变电站出线电压要求满足预定的要求。由于调节的依据只能是变电站母线为基准，即将母线电压水平限制在一个预定的范围之内，以期在以母线为基准的一定输电半径内满足电压偏差要求，但无法满足长距离供电线路末端电压要求，而变电站母线又会有多条出线，各条出线的负荷曲线也各不相同，压降也不同，不能保证所有线路的电压都满足要求，因此这种调压方式灵活性、针对性差，当馈线复杂时往往会造成距离变电站近的地方电压偏高，距离变电站远的地方电压偏低。而且，目前农村35kV或66kV小型变电站的主变压器很多不具备有载调压能力，将其改造为有载调压变压器投资较大，也限制了这种调压方式的应用。

采用无功补偿改善系统的无功功率，可以提高末端用户的电压质量。户外电容器补偿是目前唯一广泛应用在农网系统的电压调整措施，体积小，安装方便，实现了分散补偿。但是，农村配电网上安装的电容器大多需要人工操作，不能自动投切。而且有些地区低谷负荷运行时，投入补偿电容器后使电压过高，进一步增加配电变压器的铁损，从而增加了线损。更为关键的是，电容器补偿主要是提高线路的功率因数，调压效果很有限，仅仅依靠电容器补偿并不能解决由于线路长、截面细、电阻较大、电阻压降引起的电压损失问题。

改变电路参数，增大导线截面，合理减少系统的阻抗也是电压调整的有效途径之一。例如尽量缩短供电距离，采用粗截面导线，在某些情况下用电缆代替架空线路等都可以降低线路上的压降。但是，缩短线路长度显然是有困难的，特别是对于农村电网，重新规划和施工很不经济。而加大导线的截面意味着增加材料消耗和建设成本。另外，电压损失不仅与线路电阻有关，而且与线路的电抗有关，但导线截面的加大对电抗的减小作用却不明显。这种方法只是在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中才比较有效。

新建变电站虽然可以从根本上解决电压偏低的情况，但是工程造价高，而且，一般电压偏低的情况都发生在比较偏远的地方，这些地区负荷比较小，负荷增长的潜力小，所以投资建设新的变电站要耗费大量资金，得不到好的经济效益，就我国目前情况，建设大量变电站不太实际。

经过以上的比较分析，一种安装方便、技术上可行、经济实用的适合农网供电特征的线路电压调整设备是偏远地区农网改造的迫切要求。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供一种步进式电压调整器，解决现有技术中由于供电半径过长引起后端线路电压偏低的问题。

本实用新型的技术方案如下:

步进式电压调整器，由三相自耦变压器 、三相有载分接开关和自动控制器组成；三相自耦变压器与三相有载分接开关相连，三相有载分接开关与自动控制器相连；

所述三相自耦变压器包括串联变压器、调整变压器、控制电压线圈和电流互感器；其中，串联变压器是变比为1：1的变压器，调整变压器的副边是一个有多个抽头的绕组，上述多个抽头通过三相有载分接开关的不同接点来调节调整变压器的变比；控制电压线圈绕在调整变压器的一个线圈上作为调整变压器的另一个副边来提供控制器和电机工作电压以及输出测量用电压；

所述三相有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关；

所述自动控制器包括中央处理芯片、显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路，所述的显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路分别与中央处理芯片连接。

所述的控制电压线圈设定有不同档位。

所述的自动控制器设有RS232、GPRS通讯接口。

本实用新型的有益效果是: 

本实用新型改变了传统自耦变压器结构，串联变压器是一个变比为1：1的变压器，调整变压器的副边是一个有多个抽头的绕组，这些抽头通过分接开关的不同接点来调节调整变压器的变比，使串联变压器上所承受的电压发生变化，从而来稳定输出电压。工作过程中施压在调整变压器上的电压明显降低，从而在开关过程中切换电压，避免了油浸式有载分接开关存在的诸多缺陷，如：油浸式分接开关频繁动作必然加速绝缘油老化导致绝缘强度降低，严重时还会引起相间短路，这就需要根据分接开关的动作情况定期滤油、换油，加大了设备的维护，而采用本实用新型采用串联变压器、调整变压器组成的自耦变压器，将分接开关切换时的电压由10kV变成了几百伏，大大较少了变压器油的炭化程度提高了设备的使用寿命，可以实现设备的免维护操作。可避免了分接开关油的碳化，大大提高了整套装置的安全性和可靠性。本实用新型结合微型计算机技术，开发了自动控制器以完成对电网的实时检测，控制有载分接开关动作达到自动调整电压的目的，对长线路更具有明显的调压性能。既能提高供电电压质量，又能节能减排、降耗。

自动控制器采用了微型计算机技术、微电子技术、采用军用级中央处理芯片、可靠性高、抗干扰能力强，可适应户外境恶劣环。其智能自动控制单元完成电网参数的实时监测、控制真空有载分接开关动作，实现电压质量检测、控制与综合治理。

其最大优点是：

采用自耦式变压器结构，可在±20％的范围内实现有载自动调压； 

2、具有优良的控制性能和通信功能，实现了遥测、遥信、遥调和遥控“四遥”功能；

3、采用了独特的抗干扰措施，保证控制单元正常工作；

4、采用串联变压器、调压变压器组成的自耦变压器，降低了档位却换的电压；

5、采用全密封设计，防止空气进入，降低油的劣化速度，从而大大降低其维护费用。

6、体积小、容量大、重量轻、损耗低，易于安装；

7、具有显著的降耗节能效果；

8、性价比高、可靠性高。

附图说明

 图1为本实用新型的结构示意框图。

 图2为本实用新型三相自耦变压器原理结构示意图。

 图3为本实用新型自动控制器结构示意框图。

图4为本实用新型调压效果示意图。

具体实施方式

下面参照附图，结合具体实施例,对本实用新型做进一步说明。

 实施例

如图1所示，步进式电压调整器，由三相自耦变压器 、三相有载分接开关和自动控制器组成；三相自耦变压器与三相有载分接开关相连，三相有载分接开关与自动控制器相连。

如图2所示，图中:P0-P1-P2电压采样PT；C1,C2电流采样CT；A1-A7,B1-B7,C1-C7分别为A,B,C三相的七个分接头。A,B,C分别为三相进线；a,b,c分别为三相出线。

所述三相自耦式变压器是一种带有三相有载分接开关的自耦式调压变压器，其三相结构原理图如图2所示。整个结构包括串联变压器、调整变压器、控制电压线圈及电流互感器输出。

其中，串联压器是一个变比为1：1的变压器，调整变压器的副边是一个有多个抽头的绕组，这些抽头通过分接开关的不同接点来调节调整变压器的变比，使串联变压器上所承受的电压发生变化，从而来稳定输出电压；控制电压线圈绕在调整变压器的一个线圈上作为调整变压器的另一个副边来提供控制器和电机工作电压以及输出测量用电压。考虑到运行范围的大小和制精度要求，控制电压线圈也设定不同档位来校正不同变化范围的输出偏差。图中大写A为输入端，小写a为输出端。

通过上述结构使有载分接开关转换的电压降低到几百伏，电流也相应的减少，从而使有载分接开关所需的条件降低价格也随之降低，从而使自耦调压器的容量可以进一步的增大。需要维护的次数减少，可以做到真正的少维护、免维护。

三相有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关。在自动调压器中，调整变压器的抽头接在分接开关的不同档位上，通过转换分接开关的接点可以调节调整变压器的变比改变其输出电压。根据不同的调压要求，一般有载开关的档位设为7、9档两种，用户可根据实际的调压要求进行选择。

如图3所示，包括中央处理芯片、显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路，所述的显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路分别与中央处理芯片连接。采样电路采集线路电压、电流、以及分接开关的档位信号，通过中央处理芯片进行处理，由显示电路进行显示，通过在存储电路的设定值与采样电压、电流进行比较，控制输出电路对分接开关进行换挡操作。其中输入电路是为了对中央处理芯片里的参数修改而设计的。通讯电路是为了进行数据传输而设计的。应用了计算机技术、电子技术、采用军品级控制芯片、可靠性高，抗干扰能力强可适应户外境恶劣环。它采P0-P1-P2电压信号和C1,C2电流信号然后与设定值进行比较：当电压在规定的时间内高于电压上限，自动控制器发出下降的指令控制分接开关降低档位，反之当电压在规定的时间内低于电压下限，自动控制器发出上升的指令控制分接开关升高档位；如果电压在电压上限和电压下限之间。控制器认为电压合格不动作；当电压超过快速返回电压值时，智能控制器发出下降指令，迅速让分接开关降档。

自动控制器自动控制电压调整器调整线路电压，改善电压质量提高电压合格率。控制参数设置灵活，有RS232、GPRS通讯接口，可以用短距离无线数据传输模块通过掌上电脑在短距离内对自动控制器进行数据监测和控制参数的修改，还可以通过GPRS远距离进行数据监测和控制参数的修改。控制参数可根据实际情况及时调整，调试好后再无需人工操作。自动跟踪输入电压变化稳定输出电压、具有输出电压、电流、动作次数、当前档位、最高档位、最低档位指示。保护功能完善，有：档位上限、档位下限、过流保护、温度保护、瓦斯保护、欠压保护、过压保护等。

如图4所示，SVR步进式电压调整器串接在线路中，通过自动控制器控制有载分接开关动作，实时解决长线路中后端电压过低、电压波动大、线损高、变电站站点稀疏等问题。如图4所示：（实线部分）当线路传输到30KM处时电压降到9KV以下，已经低于国家标准，电压质量难以保证；这时在A点25KM安装SVR线路自动调压器将这点的电压提高到10.5KV（虚线部分），这样就增加或延长了供电范围。

本实用新型突破传统的有载调压变压器的控制原则，实现配电线路电压质量的最优控制。     

按照逆调压原则自动改变电压。调压控制灵敏度在大范围内任意可调，用户可自己兼顾电压合格率和动作次数的矛盾。采用模糊控制，在电压波动不大时自动延长调压时间；波动较大时，加速动作。采取独特实用合理的优化控制方案，最大限度地减少动作，提高整个产品的使用寿命。

Claims (4)

1. 步进式电压调整器，其特征在于由三相自耦变压器 、三相有载分接开关和自动控制器组成；三相自耦变压器与三相有载分接开关相连，三相有载分接开关与自动控制器相连；

所述三相自耦变压器包括串联变压器、调整变压器、控制电压线圈和电流互感器；其中，串联变压器是变比为1：1的变压器，调整变压器的副边是一个有多个抽头的绕组，上述多个抽头通过三相有载分接开关的不同接点来调节调整变压器的变比；控制电压线圈绕在调整变压器的一个线圈上作为调整变压器的另一个副边来提供控制器和电机工作电压以及输出测量用电压；

所述三相有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关；

所述自动控制器包括中央处理芯片、显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路，所述的显示电路、采样电路、保护电路、通讯电路、存储电路、输入电路、输出电路分别与中央处理芯片连接。

2.根据权利要求1所述的步进式电压调整器，其特征在于所述的控制电压线圈设定有不同档位。

3.根据权利要求1所述的步进式电压调整器，其特征在于所述的三相有载分接开关的档位设为7、9档两种。

4.根据权利要求1所述的步进式电压调整器，其特征在于所述的自动控制器设有RS232、GPRS通讯接口。