一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置的製作方法

2024-02-11 03:37:15

專利名稱：一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力系統中三相負荷電流不平衡的補償節 電裝置，具體是指一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置。
背景技術：
電網中三相間的不平衡電流是普遍存在的，在城市民用電網及農 用電網中由於大量單相負荷的存在，三相間的電流不平衡現象尤為嚴 重。
不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，在極限的情況下，銅損
會增加9倍。對於Yyno連接組的三相三柱鐵心的變壓器，由於零序 電流產生的零序磁通在鐵心內沒有迴路，只能通過外殼或夾持件形成 迴路，還會增加鐵損，當零序磁通過大時，會引起某些相鐵心磁飽和， 使鐵損急劇增加，加上緊固件過熱等因素，甚至會發生三相電流均沒 有過載，而變壓器卻因局部過熱而燒毀的事故。不平衡電流會導致電 壓不平衡因而降低供電質量。不平衡電流可以分解為正序、負序和零 序的電流分量，因此會對計量儀表的精度產生影響。
我國城鄉電網中，大量配電變壓器採用Y/Yno接線方式，由於單 相負載的不均衡性和用電不同時性等原因，造成配電變壓器處於三相 不平衡運行狀態，使配電變壓器中線電流顯著增大。中線電流的增大 會加大配電變壓器額外損耗(銅損、鐵損)，造成配電變壓器出力降 低；此外，三相不平衡造成中性點電位偏移，影響電動機等用電設備 正常、安全運行，以及影響到電能表的計量精度；當中線流過電流過 大時，還會引起中線燒斷的事故，這樣給配電變壓器的安全運行帶來一定程度的危害。
僅依靠人為安排、分配負荷，不能解決電網的三相不平衡問題。 目前，電網廣泛採用自動投切電容器無功補償裝置。但通常釆用
的是三相和分相投切分組補償，只能解決提高功率因數的問題；由於 電網的三相負荷隨機變化，即使採用有分相補償功能的裝置，也不能 有效地平衡三相負荷的電流。鑑於三相不平衡帶來的較大電網損耗， 及對電網設備正常、安全運行造成的嚴重影響，研製基於平衡化原理 的三相不平衡補償裝置，同時解決三相不平衡和無功功率補償問題。

實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種能補償功率因數、及補償三相電 流不平衡的一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置。
為了實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是
一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置，包括有基本結 構、擴展結構和負荷側，在負荷側設有取樣電流互感器、過壓保護用 避雷器，還設有不平衡補償裝置及監測控制器，所述的不平衡補償裝 置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補償裝置為在相線和相 線之間跨接電容和電感。
本實用新型的基本補償原理是在相線和相線之間跨接電阻，具有 在相線和相線之間轉移無功的能力；在相線和相線之間跨接電容和電 感，具有在相線和相線之間轉移有功的能力。
採用上述方案後，由於本實用新型採用在在各相與相之間、及各 相與零線之間接入不同數量電容器的方法，巧妙利用了負荷系統中的 電感，從而實現了在補償功率因數的同時調整不平衡的有功電流。具 體可以將三相的功率因數均補償到0.95以上；可以將三相間的不平 衡電流校正到變壓器額定電流的±5%以內。
以下結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明:

圖l為本實用新型的三相不平衡補償電氣原理圖； 圖2為本實用新型的實施方式一結構示意圖3為本實用新型的實施方式二結構示意圖； 圖4用電系統三相不平衡示例圖5採用平衡化原理補償示例圖。
圖號說明
A基本結構 B擴展結構C負荷側 l取樣電流互感器 2過壓保護用避雷器 3不平衡報警指示燈 4不平衡補償裝置及監測控制器 5投切複合開關 6投切複合編組開關
具體實施方式
一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置，主要補償原理是 在相線和相線之間跨接電阻，具有在相線和相線之間轉移無功的能 力；在相線和相線之間跨接電容和電感，具有在相線和相線之間轉移 有功的能力，主要應用於三相四線的低壓配電系統中作為調整不平衡 電流和補償功率因數。如圖1所示，其包括有基本結構A、擴展結構 B和負荷側C，在負荷側C設有取樣電流互感器1、過壓保護用避雷器 2、不平衡報警指示燈3、不平衡補償裝置及監測控制器4,擴展結構 B主要設有擴展結構的投切複合開關5、基本結構A設有基本結構的 投切複合編組開關6。
基本結構A主要包括l臺微機控制器，四臺電容器編組開關和12臺單相電力電容器，總補償量在120Kvar以下的補償器均為基本結 構。
擴展結構B在基本結構的基礎上，增加若干臺三相電力電容器及 相應的控制開關，例如當總補償量為180Kvar時，則機內中包括十二 臺10Kvar的單相電容器，還包括兩臺30Kvar的三相電容器，總補償 量為300Kvar時，則機內中包括十二臺10Kvar的單相電容器，還包 括六臺30Kvar的三相電容器。控制開關可以使用交流接觸器也可以 使用複合開關。本實用新型在機內控制器的面板上有四個按鈕， 一個 啟。動按鈕， 一個停止按鈕和兩個選項按鈕。按下啟動按鈕，控制器 即進入運行狀態，啟動按鈕左上角的運行指示燈會點亮，按下停止按 鈕，控制器即進入停止狀態，啟動按鈕左上角的運行指示燈會熄滅。 不論在運行狀態或停止狀態，顯示器顯示均可以顯示數據，顯示器有 三排數碼管，可以同時顯示三項數據。按選項按鈕可以選擇顯示的項 目。在顯示的電容器連接方式中，C1一C12直接顯示電容器的連接方 式，例如Cl的顯示值CA表示電容器Cl連接於C相與A相之間，Cl 的顯示值CN表示電容器Cl連接於A相與零線之間。C13—C18則顯示 電容器是否投入運行，例如C13的顯示值0N表示電容器C13投入運 行，C13的顯示值OFF表示電容器C13未投入運行。補償器投入運行 後，機內控制器會自動控制電容器的投切。
機內控制器會自動保存狀態，不會因停電而丟失。也就是說如 果停電之前控制器處於停止狀態，則來電之後仍然保持停止狀態。如 果停電之前控制器處於運行狀態，則來電之後自動進入運行狀態。
本實用新型具有完善的保護功能，在運行過程中，如果遇到電壓 過高，電壓過低，系統諧波含量過高，及相序錯等情況，機內控制器 會自動進入報警狀態並切除所有的電容器，顯示器將報警情況顯示出 來，在引起報警的原因消除之後會自動重新投入運行。編組開關6的特點型複合編組開關是執行開關，在調整不平衡電流無功補償裝置 中，需要在各相線與相線之間及各相線與零線之間接入不同數量的電 容器。為了充分利用電容器，應該使各電容器即能夠接在相與相之間 也能夠接在相與零之間。型複合編組開關就是為實現這個目的而設計 的部件。
每一臺複合編組開關可以控制三臺單相電容器，其中每臺電容器 都可以分別選擇不同的連接方式，從而使電容器得到充分的利用。例 如 一號電容器接在A相與C相之間，二號電容器接在B相與零線之
間，三號電容器不連接。
複合編組開關6使用三隻磁保持繼電器與六隻可控矽組合方式實 現電容器電壓過零投入和電流過零切除。在投入電容器的過程中，首 先使用可控矽過零觸發來實現電容器的無湧流投入，然後磁保持繼電 器接點閉合保持電容器的連續運行，這樣就避免了入電容器時的湧 流，又避免了可控矽連續運行時的損耗。在切除電容器的過程中，首 先發出觸發信號使可控矽導通，然後磁保持繼電器接點斷開，最後撤 銷觸發信號使可控矽電流過零關斷，這樣就避免了磁保持繼電器接點 斷開時的電弧，提高了磁保持繼電器的壽命。
複合編組開關6採用另外六隻磁保持繼電器控制電容器的連接方 式，因為磁保持繼電器只有在接點接通或者斷開的瞬間控制線圈耗 電，其餘時間控制線圈不耗電，因此可以使自耗電降至極小，並且使
運行噪音降至極小。雖然複合編組開關6中的可控矽只在接通與斷開
電容器的瞬間使用，損耗很小，無須散熱片，但是可控矽對電壓變化 率仍然敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通 而被湧流損壞，即使安裝避雷器也無濟於事，因為避雷器只能限制電 壓的峰值，並不能降低電壓變化率。為了消除這個問題，複合編組開
關6採用了獨特的電路結構設計，當電容器退出運行時，可控矽的負荷側處於斷開狀態，這樣就避免了操作過電壓及雷擊等情況引起的問 題，從而極大地提高了可靠性。
複合編組開關6採用串行通訊的方式與控制器通訊，使用撥碼開 關來區分地址，在一臺補償裝置中使用的四臺複合編組開關6隻用三 根線就可以實現通訊，極大地減少了配線工作量。
複合編組開關6使本實用新型調整不平衡電流無功補償裝置的結 構變得十分簡單緊湊，重量減輕，成本降低，性能和可靠性提高。
本實用新型的其工作過程是正常工作時，通過取樣電流互感器
1及電壓取樣迴路，分別檢測三相負荷無功功率及三相負荷有功功率， 巧妙地利用負荷迴路中的電感，在調整不平衡有功電流及補償功率因 數的基礎上，計算所需的無功補償方式及補償容量，恰當地選擇電容
器的接法，控制電容器投切複合開關5及投切複合編組開關6的投切 組合方式，在相與相之間及各相與零線之間恰當地接入若干電力電容 器的方法，以達到即補償功率因數又調整不平衡電流的目的。
不平衡補償及監測控制器4在檢測到電路中不平衡度超過標準的 情況下，就地不平衡報警指示燈3亮，提示三相不平衡超標，同時可 通過網絡上報不平衡度超標報警，並實時記錄三相不平衡參數，通過 後臺軟體分析三相負荷情況，以供根據負荷參數調整三相負荷分配， 為供電系統合理分配三相負荷提供科學依據。
不平衡補償及監測控制器4具有監測所在配電變壓器負載的功能 (可記錄三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數和每天整 點時刻的三相電壓、不平衡度超限，電流極值及出現時間等)。後臺 監控中心可隨機讀取各個不平衡補償裝置所在配電變壓器的歷史數 據(存儲)和實時數據，並通過後臺管理軟體系統進行統計分析。
本實用新型具體調整不平衡補償有功電流的實施方式如下實施方式一
如圖2所示，如果不平衡有功電流相當於AB相之間跨接一電阻， 這時AB相有電流且電流為I, C相無電流。那麼校正這個不平衡電流 的方法是在BC相之間接入一電容，選擇電容量使其電流為0.581，在 AC相之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.581，於是不平衡電
流消失。
實施方式二
如圖3所示，如果不平衡電流相當於A相與中線之間跨接一電 阻，這時的系統中只有A相有電流I， BC相均無電流。那麼校正這個 不平衡電流的方法是在AB相之間接入一電容，選擇電容量使其電流 為0.671，在AC相之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.671， 在B相與中線之間接入一電感，選擇電感量使其電流為0.581,在C 相與中線之間接入一電容，選擇電容量使其電流為0.581，於是不平 衡電流消失。
本實用新型選用一個功率因數很低且三相嚴重不平衡的例子，設 有一、三相不平衡用電系統如圖4所示，三相功率因數均為0.71， C 相電流比A相電流大一倍，由於負荷含有足夠多的電感，因此只要恰 當地投入電容器，就可以使三相的功率因數均為1，並且使三相電流 平衡，用電容器補償後的接法如圖5所示，分析、比較由圖4和圖5 的數據可知，用電容器補償後的接法後的補償電容器的總容量，恰好 等於負荷中的電感總容量，只是由於恰當地選擇了電容器的接法，從 而使三相的電流平衡，並且三相功率因數均等於1，零線沒有電流。
當負荷的功率因數較高，可以利用的電感較少，而三相電流的不 平衡現象又比較嚴重時，可能達不到完全平衡的目的。但是理論計算 與實際實驗結果都可表明只要負荷中含有電感，就可以在將三相的 功率因數均補償至1的基礎上，並使三相電流的不平衡程度減輕，達到其他補償方式所達不到的效果。
本實用新型的適用範圍變壓器容量在630KVA以下的民用供電 及農電系統，工作電壓三相 380V土10。/。，工作頻率50HZ，環境溫 度-35°C — +45°C，相對溼度《90%RH，工作場所遠離有嚴重 粉塵、化學腐蝕劑的場所。
以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限 制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的 情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也 應該屬於本實用新型的範疇，應由各權利要求限定。
權利要求1、一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置，其特徵在於包括有基本結構、擴展結構和負荷側，在負荷側設有取樣電流互感器、過壓保護用避雷器，還設有不平衡補償裝置及監測控制器，所述的不平衡補償裝置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補償裝置為在相線和相線之間跨接電容和電感。
專利摘要本實用新型公開了一種調整三相不平衡電流及功率因數補償裝置，包括有基本結構、擴展結構和負荷側，在負荷側設有取樣電流互感器、過壓保護用避雷器，還設有不平衡補償裝置及監測控制器，所述的不平衡補償裝置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補償裝置為在相線和相線之間跨接電容和電感，還設有不平衡報警指示燈。本實用新型實現了在補償功率因數的同時調整不平衡的有功電流，具體可以將三相的功率因數均補償到0.95以上；可以將三相間的不平衡電流校正到變壓器額定電流的±5％以內，可在電網系統中得到廣泛的應用。
文檔編號H02J3/18GK201345546SQ200820180980
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年12月11日
發明者於增強, 姜永立, 雷 孫, 季昆玉, 浩 張, 李世剛, 楊玉祥, 謝欽富 申請人:江蘇省電力公司興化市供電公司;北京電聯力光電氣有限公司