一種三相負荷不平衡限制方法及調壓型三相負荷不平衡限制器的製作方法

2023-06-15 23:09:46

專利名稱：一種三相負荷不平衡限制方法及調壓型三相負荷不平衡限制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓配網的安全、節能及提高電能質量的方法及配電設備，即三 相負荷不平衡限制方法及調壓型三相負荷不平衡限制器。
背景技術：
如所周知，低壓電網的三相不平衡一直就是困擾供電單位的主要問題之一，是一 個「世界小難題」。低壓配網是最直接最多給用戶供電的網絡，三相用電與單相用電往往混 雜在一起，特別一些不可控增容，大功率單項負載接入低壓配網，再加各種單項負荷性質不 同，使用的不同時性等因素造成低壓電網三相負載不平衡問題突出及普遍存在，三相電流 不平衡使電力系統或局部中性點發生偏移，低壓電網電壓質量下降使得某些相電壓偏低， 用電器不能正常運行，某些相電壓偏高甚至很高，損壞電器，負荷不平衡還顯著增加三相火 線和變壓器繞組上的損耗，形成的零線電流更加大低壓線路的損耗，尤其是負荷大、線路長 的配電變壓器其損失電量也更顯著；三相負荷不平衡，負荷集中於一、二相上，減少了配變 的出力，也容易損壞變壓器的某些相繞組或零線電流過載，燒斷零線，進一步造成事故，危 及安全等。隨著社會經濟迅猛發展，低壓用電急增，配電網絡也在飛速擴大，而且變的更為 複雜，三相負荷不平衡問題也愈加突出，為此不少人對這個問題進行了研究，目前在國外有 將先進的電子技術應用過來，把不平衡的三相電流經過交流_直流_交流一系列變換，然後 得到穩壓、穩頻、穩相的交流電，相當於一臺三相電動機拖動一臺三相發電機，雖可消除相 應電網的不平衡電流，但成本高、價格昂貴，諧波汙染比較嚴重，目前僅適用於某些精密儀 器和一些電子設備等較小範圍。在國內有用單相電容器分相補償的辦法，這種辦法有時可 以使三相電流在大、小上近似相等，但由於負荷性質不同，各相功率因數不同，三相電流的 向量和不為零，零線仍有一定電流流過，又由於單相負荷變化隨機性很大，中性點位移仍然 突出，三相電壓不對稱，自然效果不夠理想，近來雖出現一些改進辦法，但也都存在這樣那 樣問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種方法和設備，用來限制由於三相電力負荷不平衡而帶來 的「不平衡損耗」及非正常狀態或故障，提高安全狀況和電能質量。本發明技術方案在低壓配網的負荷重要節點處，安裝略大於支線負荷容量的調 壓型三相負荷不平衡限制器。該三相負荷不平衡限制器在節點處與負荷構成新的三相供電 系統並產生出新地中性線N』，就此把零序電流路徑限制在節點以下。同時在該系統上除設 有一般性過電流、過電壓保護外，在N』上裝有安全電壓(36V)保護器，當N』線上出現高電 壓時，N』線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設置了相應保護和信號裝 置。在上述技術方案中，所述的調壓型三相負荷不平衡限制器由或自耦式三相負荷不平衡器、或隔離式三相負荷不平衡器和調壓開關構成；所述的自耦式三相負荷不平衡器是三相三柱式線圈，三相三柱式線圈分為共用線 圈和調壓線圈，三相三個共用線圈末端接成星型，中性點引出零線N』，A相調壓線圈與B相 共用線圈連接，B相調壓線圈與C相共用線圈連接，C相調壓線圈與A相共用線圈連接；所述的隔離式三相負荷不平衡器是三相三柱式線圈，由沒有電聯繫的電源側線圈 與負荷側線圈構成，負荷側線圈分為基本線圈和調壓線圈，三相基本線圈末端連成星型，中 點引出零線N，負荷側線圈連接方式為A相調壓線圈與B相基本線圈相連接，B相調壓線圈 與C相基本線圈相連接，C相調壓線圈與A相基本線圈相連接；
所述的調壓開關由選擇開關和轉換過渡開關構成，其中轉換過渡開關為串接限流 電阻的無觸點晶閘管開關，調壓開關還設置有調壓控制器和無觸點晶閘管控制器。所述的調壓控制器由採樣電路、A/D轉換電路、輸出鎖定電路，驅動電路、定時允許 電路組成。所述的無觸點晶閘管控制器由光控元件、晶閘管、壓敏電阻、電壓保護電路、整流 電路及負載驅動電路組成。有益的效果1、把造成低壓系統不平衡的零序電流限制在安裝線路節點以下，使其節點以上線 路與配電變壓器相間負荷平衡，從而消除了這部分的可觀損耗。同時，消除了由於三相不平 衡帶來的多種危害，可使低壓配網安全水平大大提升。2、匹配支線負荷選用小容量負荷不平衡限制器，使用靈活；當支線負荷增大時，可 並聯使用負荷不平衡限制器，用途廣、效果好。3、本發明調壓後，對保證用戶電壓質量和提高產品質量及節電優點非常明顯。4、具有多種全面保護功能。尤其有缺相、零線斷線、相線與零線錯接保護功能，大 大提升了電氣設備和人員安全水平。5、本發明結構新穎、可靠、壽命長、價格適宜。


圖1是本發明調壓型不平衡負荷限制器含自耦式三相負荷不平衡器時在低壓配 電系統應用的節電原理示意圖。圖2是本發明調壓型不平衡負荷限制器含隔離式三相負荷不平衡器時在低壓配 電系統應用的節電原理示意圖。圖3是自耦式三相負荷不平衡限制器結構示意圖。圖4是隔離式三相負荷不平衡限制器結構示意圖。圖5是本發明含自耦式三相負荷不平衡器時調壓開關的轉換開關與選擇開關電 氣連接原理示意圖。圖6是本發明調壓開關的調壓控制器電路原理框圖。圖7是本發明調壓開關的無觸點晶閘管控制器電路原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示，在低壓配電系統1的一個節點處，接有三相平衡負荷2的平衡支線，平衡負荷2的中性線接低壓配電系統1的零線N，零線N首端一點接地。而在節點處還接有 三相不平衡負荷3的支線4，在節點處支線4的末端裝設由自耦式三相負荷不平衡器和調壓 開關構成的調壓型三相負荷不平衡限制器5，限制器5的上側裝設具有過流過壓保護的低 壓開關6，三相不平衡負荷3的中性線7與限制器5的零線N』連接在一起，構成新系統的零 線，零線不接地。為防止某些因素導致N』線上有危險過電壓，在N』線上裝設36V安全電壓 保護器8。如圖2所示，在三相不平衡負荷3的支線4節點處裝設由隔離式三相不平衡負荷 限制器和調壓開關構成的調壓型三相負荷不平衡限制器5，不平衡負荷3的中性點引線7和 限制器5的零線N連接起來構成新的電路系統的零線N，因為與原配網在電方面的隔離，為 了安全需要，N線可在調壓型三相負荷不平衡器5安裝處一點直接接地。另外負荷端還裝 有過壓保護器9。由上述可知，在低壓配網的負荷重要節點處，安裝略大於支線負荷容量的調壓型 三相負荷不平衡限制器。該調壓型三相負荷不平衡限制器在節點處與負荷構成新的三相供 電系統並產生出新地中性線N』，就此把零序電流路徑限制在節點以下。同時在該系統上除 設有一般性過電流、過電壓保護外，在N』上裝有安全電壓(36V)保護器，當N』線上出現高電 壓時，N』線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設置了相應保護和信號裝 置。也即是在節點處調壓型三相負荷不平衡限制器5切斷了原配網零線N與負荷的連接， 調壓型三相負荷不平衡限制器5與不平衡負荷3等構成了新的三相四線系統，零序電流不 再流經原配網零線回到配電變壓器，而是流經新的很短的零線N』，與調壓型三相負荷不平 衡限制器5自成迴路，零序電流回到限制器後零序磁通被限制器5的消零磁通線圈抵消，零 序電流引起的限制器本身損耗也被消除。如圖3所示，自耦式三相負荷不平衡器為三相三柱式線圈，由共用線圈10和調壓 線圈11構成，三相三個共用線圈末端接成星型，中性點引出零線N』，A相調壓線圈11與B 相共用線圈10連接，B相調壓線圈11與C相共用線圈10連接，C相調壓線圈11與A相共 用線圈10連接；調壓線圈11與另一相共用線圈10連接後，必須讓零序電流產生的磁通互 相抵消，從而減少零序電流給限制器帶來的損耗及影響，這種連接方式連接的線圈可稱為 消零磁通線圈；A、B、C為自耦式三相負荷不平衡器輸入端，接低壓配網，a、b、c、N為輸出端， 接三相不平衡負荷。如圖4所示，隔離式三相負荷不平衡限制器亦是三相三柱式線圈，由電源側線圈 12與負荷側線圈構成，負荷側線圈分為基本線圈13和調壓線圈14 ；電源側線圈12與負荷 側線圈額定電壓相同，但沒有電的聯繫，電源側線圈12中性點不引出，負荷側線圈分為基 本線圈13和調壓線圈14，三相三個基本線圈13末端連成星型，中點引出零線N"。負荷側 線圈連接方式為A相調壓線圈14與B相基本線圈13相連接，B相調壓線圈14與C相基本 線圈13相連接，C相調壓線圈14與A相基本線圈13相連接。兩種線圈連接也必須使零序 磁通相抵消；A、B、C為隔離式三相負荷不平衡器輸入端，接低壓配網，a、b、c、N為輸出端， 接三相不平衡負荷。本發明由於設置有消除零序磁通繞組，從而抵消了零序電流在本限制器中的影 響；三相負荷不平衡限制器在負荷增長較大等狀況時，三相負荷不平衡限制器可並聯使用。由圖3、圖4、圖5可以看出，調壓型三相負荷不平衡限制器輸出端設置有多個調壓抽頭供自動調壓開關調整輸出電壓大小。調壓開關由選擇開關15和轉換過渡開關構成，由 圖5可以看出其中轉換過渡開關為串接有限流電阻17的無觸點晶閘管開關16，在轉換過程 中不產生電弧；選擇開關採用帶有緩衝壓縮彈簧的橋型動觸頭，觸點鍍銀開關，操動機構為 直流雙向直動式電磁機構，制動採用永久磁鐵，整個調壓過程為無弧調壓。如圖5所示，本發明調壓型三相負荷不平衡限制器調壓開關的轉換開關與選擇開 關15並聯使用完成調壓。其中轉換開關為串接限流電阻17的無觸點晶閘管開關16，每次 進行調壓、轉換開關首先接通，待調壓過程結束，轉換開關立刻斷開，由此實現無電弧調壓， 調壓開關還設置有調壓控制器和無觸點晶間管控制器。如圖6所示，調壓控制器由採樣電路18、A/D轉換19、輸出鎖定電路20，驅動電路 21、定時允許電路22組成。定時允許電路22是為了減少調壓開關一些頻繁動作而特別設 定的每次調壓開關動作5分鐘(或10分鐘)後才能再次調壓的定時電路；23為過壓過流 保護電路；調壓控制器控制調壓開關即轉換開關和選擇開關15的開通，也即是控制無觸點 晶閘管控制器的開通。如圖7所示，調壓型三相負荷不平衡限制器調壓開關的選擇開關的無觸點晶閘管 控制器由光控元件24、晶閘管25、壓敏電阻28、電阻29、電容30、整流電路26及負載驅動電 路27組成。壓敏電阻28是晶閘管25和光控元件24的電壓保護器，而電阻29和電容30 組成的吸收電路則是整流電路26和負載27的電壓保護電路，負載驅動電路27是選擇開關 15的線包，無觸點晶閘管控制器實現每次進行調壓、轉換開關(晶閘管)首先接通，選擇開 關15的線包後接通，待調壓過程結束，轉換開關立刻斷開，選擇開關15保持接通狀態，由此 實現無電弧調壓。本發明通過對低壓配網的運行分析和電力配電變壓器結構形式特點的研究，盡可 能消除產生三相負荷不平衡的因素，即零序電流的影響，把零序電流流通的路徑切斷並限 制在最小範圍內。這就是我們的零序電流限制器，亦叫三相負荷不平衡限制器，在它的內部 採取措施來抵消零序電流所產生的零序磁通，沒有了零序電流的作用，也就沒有了零序電 流在三相負荷不平衡限制器內的損耗。與此同時，調壓裝置可根據線路電壓變化調整用戶 電壓，以保證電能質量和保護電氣設備安全。
權利要求
一種三相負荷不平衡限制方法，其特徵在於在低壓配網的負荷重要節點處，安裝略大於支線負荷容量的調壓型三相負荷不平衡限制器，該調壓型三相負荷不平衡限制器在節點處與負荷構成新的三相供電系統並產生出新地中性線N』，就此把零序電流路徑限制在節點以下，同時在該系統上除設有一般性過電流、過電壓保護外，在N』上裝有安全電壓36V的保護器，當N』線上出現高電壓時，N』線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設置了相應保護裝置。
2.根據權利要求1所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於其由或自耦式 三相負荷不平衡器、或隔離式三相負荷不平衡器和調壓開關構成。
3.根據權利要求2所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於所述的自耦式 三相負荷不平衡器是三相三柱式線圈，三相三柱式線圈由共用線圈(10)和調壓線圈(11) 構成，三相三個共用線圈(10)末端接成星型，中性點引出零線N』，A相調壓線圈(11)與B 相共用線圈(10)連接，B相調壓線圈(11)與C相共用線圈(10)連接，C相調壓線圈(11) 與A相共用線圈(10)連接。
4.根據權利要求2所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於所述的隔離式 三相負荷不平衡器是三相三柱式線圈，由沒有電聯繫的電源側線圈(12)與負荷側線圈構 成，負荷側線圈分為基本線圈(13)和調壓線圈(14)，三相基本線圈(13)末端連成星型，中 點引出零線N，負荷側線圈連接方式為A相調壓線圈(14)與C相基本線圈(13)相連接，B 相調壓線圈(14)與A相基本線圈(13)相連接，C相調壓線圈(14)與B相基本線圈(13)相 連接。
5.根據權利要求2所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於所述的調壓開 關由選擇開關(15)和轉換過渡開關構成，其中轉換過渡開關為串接限流電阻(17)的無觸 點晶閘管開關(16)，調壓開關還設置有調壓控制器和無觸點晶閘管控制器。
6.根據權利要求5所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於所述的調壓控 制器由採樣電路(18)、A/D轉換電路(19)、輸出鎖定電路(20)，驅動電路(21)、定時允許電 路(22)組成。
7.根據權利要求5所述的調壓型三相負荷不平衡限制器，其特徵在於所述的無觸點 晶閘管控制器由光控元件(24)、晶閘管(25)、壓敏電阻(28)、電壓保護電路、整流電路(26) 及負載驅動電路(27)組成。
全文摘要
本發明涉及低壓配網安全、節能及提高電能質量的方法及配電設備，即一種三相負荷不平衡限制方法及調壓型三相負荷不平衡限制器。本發明是在低壓配網的負荷重要節點處，安裝略大於支線負荷容量的調壓型三相負荷不平衡限制器。該三相負荷不平衡限制器在節點處與負荷構成新的三相供電系統並產生出新地中性線N』，就此把零序電流路徑限制在節點以下；調壓型三相負荷不平衡限制器由或自耦式三相負荷不平衡器、或隔離式三相負荷不平衡器和調壓開關構成；本發明把造成低壓系統不平衡的零序電流限制在安裝線路節點以下，使其節點以上線路與配電變壓器相間負荷平衡，從而消除了這部分的可觀損耗，消除了三相不平衡帶來的危害，提升了低壓配網的安全水平。
文檔編號H02J3/00GK101826726SQ20101017152
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者喬立華, 餘翔, 季鋼, 易保華, 李志學, 李明明, 汪華, 沈雷, 王柳, 王鋼鐵, 田洪亮, 秦宇翔, 管華, 褚新民, 黃新峰 申請人:餘翔;李志學;汪華;李明明;秦宇翔;易保華