專利名稱：一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)中三相負(fù)荷電流不平衡的補(bǔ)償節(jié) 電裝置，具體是指一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是普遍存在的，在城市民用電網(wǎng)及農(nóng) 用電網(wǎng)中由于大量單相負(fù)荷的存在，三相間的電流不平衡現(xiàn)象尤為嚴(yán) 重。
不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，在極限的情況下，銅損
會(huì)增加9倍。對(duì)于Yyno連接組的三相三柱鐵心的變壓器，由于零序 電流產(chǎn)生的零序磁通在鐵心內(nèi)沒有回路，只能通過外殼或夾持件形成 回路，還會(huì)增加鐵損，當(dāng)零序磁通過大時(shí)，會(huì)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?xí)l(fā)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(huì)導(dǎo)致電 壓不平衡因而降低供電質(zhì)量。不平衡電流可以分解為正序、負(fù)序和零 序的電流分量，因此會(huì)對(duì)計(jì)量?jī)x表的精度產(chǎn)生影響。
我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)中，大量配電變壓器采用Y/Yno接線方式，由于單 相負(fù)載的不均衡性和用電不同時(shí)性等原因，造成配電變壓器處于三相 不平衡運(yùn)行狀態(tài)，使配電變壓器中線電流顯著增大。中線電流的增大 會(huì)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(diǎn)電位偏移，影響電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備 正常、安全運(yùn)行，以及影響到電能表的計(jì)量精度；當(dāng)中線流過電流過 大時(shí)，還會(huì)引起中線燒斷的事故，這樣給配電變壓器的安全運(yùn)行帶來一定程度的危害。
僅依靠人為安排、分配負(fù)荷，不能解決電網(wǎng)的三相不平衡問題。 目前，電網(wǎng)廣泛采用自動(dòng)投切電容器無功補(bǔ)償裝置。但通常釆用
的是三相和分相投切分組補(bǔ)償，只能解決提高功率因數(shù)的問題；由于 電網(wǎng)的三相負(fù)荷隨機(jī)變化，即使采用有分相補(bǔ)償功能的裝置，也不能 有效地平衡三相負(fù)荷的電流。鑒于三相不平衡帶來的較大電網(wǎng)損耗， 及對(duì)電網(wǎng)設(shè)備正常、安全運(yùn)行造成的嚴(yán)重影響，研制基于平衡化原理 的三相不平衡補(bǔ)償裝置，同時(shí)解決三相不平衡和無功功率補(bǔ)償問題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能補(bǔ)償功率因數(shù)、及補(bǔ)償三相電 流不平衡的一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是
一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，包括有基本結(jié) 構(gòu)、擴(kuò)展結(jié)構(gòu)和負(fù)荷側(cè)，在負(fù)荷側(cè)設(shè)有取樣電流互感器、過壓保護(hù)用 避雷器，還設(shè)有不平衡補(bǔ)償裝置及監(jiān)測(cè)控制器，所述的不平衡補(bǔ)償裝 置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補(bǔ)償裝置為在相線和相 線之間跨接電容和電感。
本實(shí)用新型的基本補(bǔ)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移有功的能力。
采用上述方案后，由于本實(shí)用新型采用在在各相與相之間、及各 相與零線之間接入不同數(shù)量電容器的方法，巧妙利用了負(fù)荷系統(tǒng)中的 電感，從而實(shí)現(xiàn)了在補(bǔ)償功率因數(shù)的同時(shí)調(diào)整不平衡的有功電流。具 體可以將三相的功率因數(shù)均補(bǔ)償?shù)?.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(nèi)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:

圖l為本實(shí)用新型的三相不平衡補(bǔ)償電氣原理圖； 圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施方式一結(jié)構(gòu)示意圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施方式二結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4用電系統(tǒng)三相不平衡示例圖5采用平衡化原理補(bǔ)償示例圖。
圖號(hào)說明
A基本結(jié)構(gòu) B擴(kuò)展結(jié)構(gòu)C負(fù)荷側(cè) l取樣電流互感器 2過壓保護(hù)用避雷器 3不平衡報(bào)警指示燈 4不平衡補(bǔ)償裝置及監(jiān)測(cè)控制器 5投切復(fù)合開關(guān) 6投切復(fù)合編組開關(guān)
具體實(shí)施方式
一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，主要補(bǔ)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移 有功的能力，主要應(yīng)用于三相四線的低壓配電系統(tǒng)中作為調(diào)整不平衡 電流和補(bǔ)償功率因數(shù)。如圖1所示，其包括有基本結(jié)構(gòu)A、擴(kuò)展結(jié)構(gòu) B和負(fù)荷側(cè)C，在負(fù)荷側(cè)C設(shè)有取樣電流互感器1、過壓保護(hù)用避雷器 2、不平衡報(bào)警指示燈3、不平衡補(bǔ)償裝置及監(jiān)測(cè)控制器4,擴(kuò)展結(jié)構(gòu) B主要設(shè)有擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的投切復(fù)合開關(guān)5、基本結(jié)構(gòu)A設(shè)有基本結(jié)構(gòu)的 投切復(fù)合編組開關(guān)6。
基本結(jié)構(gòu)A主要包括l臺(tái)微機(jī)控制器，四臺(tái)電容器編組開關(guān)和12臺(tái)單相電力電容器，總補(bǔ)償量在120Kvar以下的補(bǔ)償器均為基本結(jié) 構(gòu)。
擴(kuò)展結(jié)構(gòu)B在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加若干臺(tái)三相電力電容器及 相應(yīng)的控制開關(guān)，例如當(dāng)總補(bǔ)償量為180Kvar時(shí)，則機(jī)內(nèi)中包括十二 臺(tái)10Kvar的單相電容器，還包括兩臺(tái)30Kvar的三相電容器，總補(bǔ)償 量為300Kvar時(shí)，則機(jī)內(nèi)中包括十二臺(tái)10Kvar的單相電容器，還包 括六臺(tái)30Kvar的三相電容器。控制開關(guān)可以使用交流接觸器也可以 使用復(fù)合開關(guān)。本實(shí)用新型在機(jī)內(nèi)控制器的面板上有四個(gè)按鈕， 一個(gè) 啟。動(dòng)按鈕， 一個(gè)停止按鈕和兩個(gè)選項(xiàng)按鈕。按下啟動(dòng)按鈕，控制器 即進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)按鈕左上角的運(yùn)行指示燈會(huì)點(diǎn)亮，按下停止按 鈕，控制器即進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，啟動(dòng)按鈕左上角的運(yùn)行指示燈會(huì)熄滅。 不論在運(yùn)行狀態(tài)或停止?fàn)顟B(tài)，顯示器顯示均可以顯示數(shù)據(jù)，顯示器有 三排數(shù)碼管，可以同時(shí)顯示三項(xiàng)數(shù)據(jù)。按選項(xiàng)按鈕可以選擇顯示的項(xiàng) 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連接于C相與A相之間，Cl 的顯示值CN表示電容器Cl連接于A相與零線之間。C13—C18則顯示 電容器是否投入運(yùn)行，例如C13的顯示值0N表示電容器C13投入運(yùn) 行，C13的顯示值OFF表示電容器C13未投入運(yùn)行。補(bǔ)償器投入運(yùn)行 后，機(jī)內(nèi)控制器會(huì)自動(dòng)控制電容器的投切。
機(jī)內(nèi)控制器會(huì)自動(dòng)保存狀態(tài)，不會(huì)因停電而丟失。也就是說如 果停電之前控制器處于停止?fàn)顟B(tài)，則來電之后仍然保持停止?fàn)顟B(tài)。如 果停電之前控制器處于運(yùn)行狀態(tài)，則來電之后自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
本實(shí)用新型具有完善的保護(hù)功能，在運(yùn)行過程中，如果遇到電壓 過高，電壓過低，系統(tǒng)諧波含量過高，及相序錯(cuò)等情況，機(jī)內(nèi)控制器 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)并切除所有的電容器，顯示器將報(bào)警情況顯示出 來，在引起報(bào)警的原因消除之后會(huì)自動(dòng)重新投入運(yùn)行。編組開關(guān)6的特點(diǎn)型復(fù)合編組開關(guān)是執(zhí)行開關(guān)，在調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)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(shù)量的電 容器。為了充分利用電容器，應(yīng)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。型復(fù)合編組開關(guān)就是為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的而設(shè)計(jì) 的部件。
每一臺(tái)復(fù)合編組開關(guān)可以控制三臺(tái)單相電容器，其中每臺(tái)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(hào)電容器接在A相與C相之間，二號(hào)電容器接在B相與零線之
間，三號(hào)電容器不連接。
復(fù)合編組開關(guān)6使用三只磁保持繼電器與六只可控硅組合方式實(shí) 現(xiàn)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 先使用可控硅過零觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)電容器的無涌流投入，然后磁保持繼電 器接點(diǎn)閉合保持電容器的連續(xù)運(yùn)行，這樣就避免了入電容器時(shí)的涌 流，又避免了可控硅連續(xù)運(yùn)行時(shí)的損耗。在切除電容器的過程中，首 先發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使可控硅導(dǎo)通，然后磁保持繼電器接點(diǎn)斷開，最后撤 銷觸發(fā)信號(hào)使可控硅電流過零關(guān)斷，這樣就避免了磁保持繼電器接點(diǎn) 斷開時(shí)的電弧，提高了磁保持繼電器的壽命。
復(fù)合編組開關(guān)6采用另外六只磁保持繼電器控制電容器的連接方 式，因?yàn)榇疟３掷^電器只有在接點(diǎn)接通或者斷開的瞬間控制線圈耗 電，其余時(shí)間控制線圈不耗電，因此可以使自耗電降至極小，并且使
運(yùn)行噪音降至極小。雖然復(fù)合編組開關(guān)6中的可控硅只在接通與斷開
電容器的瞬間使用，損耗很小，無須散熱片，但是可控硅對(duì)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(dǎo)通 而被涌流損壞，即使安裝避雷器也無濟(jì)于事，因?yàn)楸芾灼髦荒芟拗齐?壓的峰值，并不能降低電壓變化率。為了消除這個(gè)問題，復(fù)合編組開
關(guān)6采用了獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)電容器退出運(yùn)行時(shí)，可控硅的負(fù)荷側(cè)處于斷開狀態(tài)，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。
復(fù)合編組開關(guān)6采用串行通訊的方式與控制器通訊，使用撥碼開 關(guān)來區(qū)分地址，在一臺(tái)補(bǔ)償裝置中使用的四臺(tái)復(fù)合編組開關(guān)6只用三 根線就可以實(shí)現(xiàn)通訊，極大地減少了配線工作量。
復(fù)合編組開關(guān)6使本實(shí)用新型調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置的結(jié) 構(gòu)變得十分簡(jiǎn)單緊湊，重量減輕，成本降低，性能和可靠性提高。
本實(shí)用新型的其工作過程是正常工作時(shí)，通過取樣電流互感器
1及電壓取樣回路，分別檢測(cè)三相負(fù)荷無功功率及三相負(fù)荷有功功率， 巧妙地利用負(fù)荷回路中的電感，在調(diào)整不平衡有功電流及補(bǔ)償功率因 數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算所需的無功補(bǔ)償方式及補(bǔ)償容量，恰當(dāng)?shù)剡x擇電容
器的接法，控制電容器投切復(fù)合開關(guān)5及投切復(fù)合編組開關(guān)6的投切 組合方式，在相與相之間及各相與零線之間恰當(dāng)?shù)亟尤肴舾呻娏﹄娙?器的方法，以達(dá)到即補(bǔ)償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的。
不平衡補(bǔ)償及監(jiān)測(cè)控制器4在檢測(cè)到電路中不平衡度超過標(biāo)準(zhǔn)的 情況下，就地不平衡報(bào)警指示燈3亮，提示三相不平衡超標(biāo)，同時(shí)可 通過網(wǎng)絡(luò)上報(bào)不平衡度超標(biāo)報(bào)警，并實(shí)時(shí)記錄三相不平衡參數(shù)，通過 后臺(tái)軟件分析三相負(fù)荷情況，以供根據(jù)負(fù)荷參數(shù)調(diào)整三相負(fù)荷分配， 為供電系統(tǒng)合理分配三相負(fù)荷提供科學(xué)依據(jù)。
不平衡補(bǔ)償及監(jiān)測(cè)控制器4具有監(jiān)測(cè)所在配電變壓器負(fù)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(shù)和每天整 點(diǎn)時(shí)刻的三相電壓、不平衡度超限，電流極值及出現(xiàn)時(shí)間等)。后臺(tái) 監(jiān)控中心可隨機(jī)讀取各個(gè)不平衡補(bǔ)償裝置所在配電變壓器的歷史數(shù) 據(jù)(存儲(chǔ))和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過后臺(tái)管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
本實(shí)用新型具體調(diào)整不平衡補(bǔ)償有功電流的實(shí)施方式如下實(shí)施方式一
如圖2所示，如果不平衡有功電流相當(dāng)于AB相之間跨接一電阻， 這時(shí)AB相有電流且電流為I, C相無電流。那么校正這個(gè)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，于是不平衡電
流消失。
實(shí)施方式二
如圖3所示，如果不平衡電流相當(dāng)于A相與中線之間跨接一電 阻，這時(shí)的系統(tǒng)中只有A相有電流I， BC相均無電流。那么校正這個(gè) 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，于是不平 衡電流消失。
本實(shí)用新型選用一個(gè)功率因數(shù)很低且三相嚴(yán)重不平衡的例子，設(shè) 有一、三相不平衡用電系統(tǒng)如圖4所示，三相功率因數(shù)均為0.71， C 相電流比A相電流大一倍，由于負(fù)荷含有足夠多的電感，因此只要恰 當(dāng)?shù)赝度腚娙萜?，就可以使三相的功率因?shù)均為1，并且使三相電流 平衡，用電容器補(bǔ)償后的接法如圖5所示，分析、比較由圖4和圖5 的數(shù)據(jù)可知，用電容器補(bǔ)償后的接法后的補(bǔ)償電容器的總?cè)萘?，恰?等于負(fù)荷中的電感總?cè)萘?，只是由于恰?dāng)?shù)剡x擇了電容器的接法，從 而使三相的電流平衡，并且三相功率因數(shù)均等于1，零線沒有電流。
當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)較高，可以利用的電感較少，而三相電流的不 平衡現(xiàn)象又比較嚴(yán)重時(shí)，可能達(dá)不到完全平衡的目的。但是理論計(jì)算 與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可表明只要負(fù)荷中含有電感，就可以在將三相的 功率因數(shù)均補(bǔ)償至1的基礎(chǔ)上，并使三相電流的不平衡程度減輕，達(dá)到其他補(bǔ)償方式所達(dá)不到的效果。
本實(shí)用新型的適用范圍變壓器容量在630KVA以下的民用供電 及農(nóng)電系統(tǒng)，工作電壓三相 380V土10。/。，工作頻率50HZ，環(huán)境溫 度-35°C — +45°C，相對(duì)濕度《90%RH，工作場(chǎng)所遠(yuǎn)離有嚴(yán)重 粉塵、化學(xué)腐蝕劑的場(chǎng)所。
以上實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限 制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的 情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術(shù)方案也 應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1、一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，其特征在于包括有基本結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展結(jié)構(gòu)和負(fù)荷側(cè)，在負(fù)荷側(cè)設(shè)有取樣電流互感器、過壓保護(hù)用避雷器，還設(shè)有不平衡補(bǔ)償裝置及監(jiān)測(cè)控制器，所述的不平衡補(bǔ)償裝置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補(bǔ)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(shí)用新型公開了一種調(diào)整三相不平衡電流及功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，包括有基本結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展結(jié)構(gòu)和負(fù)荷側(cè)，在負(fù)荷側(cè)設(shè)有取樣電流互感器、過壓保護(hù)用避雷器，還設(shè)有不平衡補(bǔ)償裝置及監(jiān)測(cè)控制器，所述的不平衡補(bǔ)償裝置為相線和相線之間跨接電阻，所述的不平衡補(bǔ)償裝置為在相線和相線之間跨接電容和電感，還設(shè)有不平衡報(bào)警指示燈。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在補(bǔ)償功率因數(shù)的同時(shí)調(diào)整不平衡的有功電流，具體可以將三相的功率因數(shù)均補(bǔ)償?shù)?.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(nèi)，可在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201345546SQ200820180980
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者于增強(qiáng), 姜永立, 雷 孫, 季昆玉, 浩 張, 李世剛, 楊玉祥, 謝欽富 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司興化市供電公司;北京電聯(lián)力光電氣有限公司