CN210201490U - 一种基于低压配电网三相不平衡换相装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，三相变压器上设置有三条绕组输出线，每条绕组输出线上均耦接有负载，每条绕组输出线上的负载大小不同，三相变压器与负载之间耦接有不少于三组换相装置，每条换相装置均包括三组换相开关，每一组换相装置的一组换相开关对应耦接于其中一根绕组输出线。通过控制晶闸管VS的通断以将负载接入到三相变压器的绕组输出线上，以实现对绕组输出线上的电流进行调节，以使得三相变压器的各输出端的电压处于大致平衡状态，减少了线路电能的损耗以及三相变压器电能的损耗，以保证用电设备可以正常的运行，确保了电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率。

Description

一种基于低压配电网三相不平衡换相装置

技术领域

本实用新型涉及配电网供电的技术领域，尤其是涉及一种基于低压配电网三相不平衡换相装置。

背景技术

电力系统的三相不平衡指的是三相电流或电压幅值不一致，且幅值差超过规定范围。理想的三相交流系统中，三相电压或电流应有相同的幅值，且相位角互差二，这样的系统叫做三相平衡或对称系统。但是在现实运营过程中，电力系统受到诸多要素的干扰，其并非完全处于平衡状态。随着近年来工业的快速发展，供电系统的三相不平衡现象越来越严重，所以常规性三相不平衡的发生是被允许的，而且这种不平情况允许持续一定的时间。但是电力系统的三相不平衡度如果超过一定界限，线路电能损耗，变压器电能损耗，变压器出力减小，变压器易产生零序电流，无法保证用电设备的正常运行，以及造成电动机效率降低，以此，需要调节电力系统的三相电流以使得电力系统的电流值处于大致平衡的状态。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，具有实现三相负载电流的有序平衡分配，确保电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率的优点。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，三相变压器上设置有三条绕组输出线，每条绕组输出线上均耦接有负载，每条绕组输出线上的负载大小不同，所述三相变压器与所述负载之间耦接有不少于三组换相装置，每条所述换相装置均包括三组换相开关，每一组换相装置的一组换相开关对应耦接于其中一根绕组输出线。

通过采用上述技术方案，通过绕组输出线上电流的大小来导通相应的换相开关以选择接入到绕组输出线上的负载的大小，通过负载的分流，以使得若干组绕组输出线的电流大小处于大致相等的状态，减少了线路电能的损耗以及三相变压器电能的损耗，以保证用电设备可以正常的运行，确保了电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率。

本实用新型进一步设置为：所述换相开关包括两根反并联的晶闸管VS，两根的晶闸管VS的其中一个连接节点与所述绕组输出线耦接，两根的晶闸管VS的另一个连接节点耦接于所述负载。

通过采用上述技术方案，因三相变压器输出的电流为交流电，电流具有正反向的流向，通过设置两个反并联的晶闸管VS以使得在电流交变时电路始终保持在导通的状态，以利于将负载与变压器接通以达到分流的效果。利用晶闸管VS本身具有的延时导通性能，以使得因绕组输出线瞬时波动造成电流变化不易对晶闸管VS的导通造成干扰，减少误操作的出现。同时通过使用晶闸管VS作为导通开关，相对于使用触点开关来说，提高了换相开关的使用寿命。

本实用新型进一步设置为：还包括并联在两根晶闸管VS连接节点处的机械开关。

通过采用上述技术方案，通过在两根晶闸管VS上并联一个机械开关以使得在晶闸管VS出现故障时，可以通过闭合机械开关以使得电路导通后负载与绕组输出线接通，以实现三相变压器输出电流大小平衡的调节。

本实用新型进一步设置为：所述机械开关为电控开关。

通过采用上述技术方案，通过对电控开关通电便可使得电控开关闭合，开关闭合处导通性良好，同时可以实现远程控制开关闭合，方便了工作人员的操作。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

通过控制晶闸管VS的通断以将负载接入到三相变压器的绕组输出线上，以实现对绕组输出线上的电流进行调节，以使得三相变压器的各输出端的电压处于大致平衡状态，减少了线路电能的损耗以及三相变压器电能的损耗，以保证用电设备可以正常的运行，确保了电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率。

附图说明

图1是本实用新型中三相不平衡装置总体架构图；

图2是本实施例中换相装置内部电路示意图；

图3是本实用新型三相不平衡装置检测与控制的示意图；

图4是本实用新型三相不平衡装置控制策略示意图。

图中，1、换相开关；2、数据采集模块；3、同步时钟模块；4、通讯模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，三相变压器上设置有三条绕组输出线，每条绕组输出线上均耦接有负载，每个负载和每组绕组输出线均之间耦接有换相装置，每组换相装置均包括数量与绕组输出线数量一致的若干换相开关1，每组换相装置的一组换相开关1对应耦接于一条绕组输出线。

在低配电变压器低压侧耦接有主控制器，同时在电路分支点或者末端加装同步检测装置，主控制器和同步检测装置内均设置有互感器TA。主控制器实现的功能主要是，定期检测变压器低压侧三相电流是否平衡，在检测到三相电流不平衡的情况下通过电力线载波或者无线的方式读取各换相装置所带负载的电流值，相序信息，根据电流相序信息进行智能计算，优化出各负载接入电网的最优相别，以此来给需要调整的换相开关1发出换相命令，换相装置按照主控制器所发的换相指令进行负载换相，从而使台区内用户负载均衡分配到电网三相上。通过主控制器和同步检测装置进行同时间数据采集与对比，提高监测精度，防止误判，造成配电网瘫痪。如果两个对比检测结果差别不大（有一定压降）或者趋势相同，然后根据三相电压，计算平均值，例如，A相电压大于三相平均电压值，B相等于三相平均电压值，C相电压小于三相平均电压值，并且计算三相不平衡度大于15%的阈值，具体逻辑如图4所示，则说明该配变三相不平衡较为严重，需要换相解决问题，避免造成损失。

参照图1和图2，负载RL包括负载RL1、负载RL2、负载RL3，负载RL1的数值大于负载RL2，负载RL2的负载值大于负载RL3。

每组换相装置均包括三组换相开关1，每组换相开关1均包括两根反并联的晶闸管VS1、两根反并联晶闸管VS2、两根反并联晶闸管VS3，其中晶闸管VS的型号均为KP1000A，A相上的绕组输出线与两根反并联的晶闸管VS1一个连接点电连接，B相上的绕组输出线与两根反并联的晶闸管VS2一个连接点电连接，C相上绕组输出线与两根反并联的晶闸管VS3一个连接点电连接，负载RL分别与两根反并联的晶闸管VS1的连接节点、两根反并联的晶闸管VS2的连接节点、两根反并联的晶闸管VS3的连接节点电连接。

将两根晶闸管VS1、两根晶闸管VS2、两根晶闸管VS3反并联，通过绕组输出线上的电流来使得晶闸管VS1、晶闸管VS2、晶闸管VS3导通，以使得在电流交变时，换相开关1始终保持导通的状态，以保证负载始终保持与绕组输出线接通的状态。同时利晶闸管VS本身具有的延时导通的特性，以使得因绕组输出线瞬时波动造成电流变化不易对晶闸管VS的导通造成干扰，减少误操作的出现。同时通过使用晶闸管VS作为导通开关，相对于使用触点开关来说，减少了开关的损耗，提高了换相开关1的使用寿命。

绕组输出线与负载之间还串联有一个电控的机械开关S。

在晶闸管VS出现故障时，可以通过闭合机械开关S的手段来使该条支路上的负载接入到绕组输出端上，从而保持对该绕组输出线上的电流的调节。

具体执行机构执行的原理为：若当前换相开关处于Ａ相，且主控制器检测到Ａ相电压＜Ｂ相电压＜Ｃ相电压，则在电压过零时刻，主控制器发出指令接通Ａ相晶闸管VS1，晶闸管VS1导通后断开Ａ相机械触点，在下一周期断开Ａ相晶闸管VS1，同时导通Ｃ相晶闸管VS3，Ａ相完全断开后，投入Ｃ相机械开关触点，并断开Ｃ相晶闸管VS3，完成开关在相间的快速切换。晶闸管只在开关分合（换相）时工作，使机械开关不直接参与分断，从而提高触点寿命，缩短断电时间。以上开关切除和投入的过程分别在电流过零和电压过零时刻完成。

参照图3，采用双CPU+GPS+GPRS的构建实现三相不平衡时用户端用到主机相序的判别，能够大大提高监测精度与决策。主控制器和同步检测装置都从电连接在变压器上的计量箱内获取电网信号，进入信号调理电路。与此同时，主控制器和同步检测装置通过GPRS进行同步通讯，设定统一时间进行信号集。主控制器和同步检测装置的DSP 处理器在GPS同步秒脉冲下启动数模转换器采样并进行相应的数据处理显示。同时主控制器将带有时标的标准信号传输给远端同步检测装置，远端同步检测装置将处理后的相位信号与主控制器的标准信号进行对比匹配，从而实现远端用户相位的识别。主控制器内设有数据采集模块2、通讯模块4、同步时钟模块3以及显示模块，数据采集模块2包括信号调理模块和模数转换模块。在本实施例中，显示模块为液晶触摸显示屏。

信号调理模块包括强电压信号采集电路、低通滤波器、限幅电路三部分。强电压信号采集电路将电网监测点互感器TA二次侧的强电量转换成弱电信号，方便后续电路的采集；低通滤波器滤除电路中的高频分量，避免了后续信号采集中的混叠现象的出现；限幅电路限制信号的幅值，防止意外情况下烧毁模数转换芯片，保护后续电路。模数转换模块是连接模拟信号与数字信号的纽带，它经过采集、保持、量化和编码等过程将模拟信号转换成数字信号，以供数字信号处理单元应用。

通讯模块4包括GPS 接收模块、GPS 与DSP 通讯模块4以及GPRS 通讯模块4。GPS信号接收模块接收GPS 系统的时间信息，并为同步时钟模块3、数据采集模块2提供同步秒脉冲和标准的世界协调时间。DSP与GPS 的通信主要是在DSP 端通过串口对GPS 进行数据的收发。在系统初始化时，DSP 通过串口对GPS 接收机发送初始化命令控制GPS 发送数据的内容，在装置的运行中GPS 接收机通过串口向DSP 发送指定的语句，提供装置需要的标准世界时间等信息。同步时钟由DSP 实现，它的功能是输出采样信号，根据同步秒脉冲产生满足采样频率要求的同步采样信号，并具有一定的守时功能，在GPS 信号缺失时，保持测量单元的同步性。同步检测装置之间采用无线通讯GPRS 模型实现远距离传输。主控制器和同步检测装置采样之间要进行通讯，以确定统一的采样时间。采样启动后，台区采样的带有时标的信息可看作标准信息通过GPRS 传递给用户端同步检测装置供其判断相位之用。

针对控制策略，如图4所示，将检测到的电流，计算最大值和最小值，然后根据公式计算三相不平衡度，设定不平衡度最大可接受值（选择15%）以及同时满足该项电压满足设定值（本设备中选择额定90%），并且根据相关设定值可知，电网较多不平衡是由于电网负荷的瞬间波动造成的，因此设定延迟时间，为10ms，当大于这个时间后，依然满足上述两个条件，则需要换相，解决实际问题当中的不平衡现象。

该不平衡换相装置能及时调整台区线路重载相电压，对提高台区电压质量、降低三相不平衡度、减少台区线损有一定效果。由于不平衡换相装置采用晶闸管切换负荷，因此具备换相快、冲击小等特点。

不平衡换相装置控制技术在确保不给用户造成实质性停电的前提下，有效治理了配电台区三相负荷不平衡，提高了配电台区供电安全、供电质量和经济运行水平，同时，也能提高三相不平衡引起的高损线损、台区问题，提高线损管理水平；同时，针对三相不平衡引起的零序电流，加剧了配变的使用寿命。不平衡换相装置控制技术作为治理配电台区三相负荷不平衡问题最直接、最有效的技术手段，在三相负荷不平衡治理类装置中具有持续推广应用价值。

不平衡换相装置能够快速切换且不受负载性质影响，一旦发现三相电流不平衡情况，提高预警水平，出现异常立即启动低压负荷在线自动换相指令，通过终端平台能够随时获取配电变压器低压侧三相电流、各个负荷支路电流等相关数据，进行综合分析和优化计算后，调整控制指令，进而实现带载运行自动化相序调整，实现三相负荷电流的有序平衡分配，确保电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率。

而且本不平衡换相装置相对于传统人工换相具有很大优势，大大节省人工成本与工作效率。同时相比较其他电力电子换相，具有精度高、换相准确以及对用户影响不同等特点。

本实施例的工况及原理为：

互感器AT对三条绕组输出线和各个负载的负载的大小进行检测，经处理匹配之后，然后将适配的负载值接入到相对应的绕组输出线上以使各绕组输出线上的电流处于致相等值，通过控制相应的晶闸管VS的通断以切换不同的负载接入绕组输出线处，现三相负载电流的有序平衡分配，确保电力系统稳定运行，最大限度提高资源最大化利用效率。

在晶闸管出现故障时，可以通过闭合机械开关S来使得负载可以正常与绕组输出线点连接，进而使得绕组输出线上的电流可以得到及时的调节，以减少电路的损耗。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，其特征在于：三相变压器上设置有三条绕组输出线，每条绕组输出线上均耦接有负载，每条绕组输出线上的负载大小不同，所述三相变压器与所述负载之间耦接有不少于三组换相装置，每组所述换相装置均包括三组换相开关(1)，每一组换相装置的一组换相开关(1)对应耦接于其中一条绕组输出线。

2.根据权利要求1所述的一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，其特征在于：所述换相开关(1)包括两根反并联的晶闸管VS，两根的晶闸管VS的其中一个连接节点与所述绕组输出线耦接，两根的晶闸管VS的另一个连接节点耦接于所述负载。

3.根据权利要求2所述的一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，其特征在于：还包括并联在两根晶闸管VS连接节点处的机械开关S。

4.根据权利要求3所述的一种基于低压配电网三相不平衡换相装置，其特征在于：所述机械开关S为电控开关。

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