用于三相变压器的节能装置及节能系统的制作方法

本发明涉及变压器技术领域，尤其是涉及一种用于三相变压器的节能装置及节能系统。

背景技术：

三相变压器在电力领域中占据重要地位，众所周知，三相变压器的空载损耗在三相变压器端电压不变的情况下实时存在，且大小恒定。

然而，当三相变压器所带负荷减少时，例如在晚上用电负荷极少的情况下，三相变压器的空载损耗仍旧不变，甚至还会由于用电量低、电压上升而增大。为了降低变压器损耗，现有技术中会采用三相调容变压器来替换原有变压器，然而所需投资巨大，成本高昂，不便于推广应用。

针对上述三相变压器空载损耗较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于三相变压器的节能装置及节能系统，以改善现有技术中存在的三相变压器空载损耗较大的问题，有效降低三相变压器的空载损耗。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于三相变压器的节能装置，包括至少三个节能转换开关，其中，一个节能转换开关为单刀单掷开关，用于控制三相变压器的高压侧进线相中的一相线路的通断；

另外两个节能转换开关为单刀双掷开关，用于分别控制三相变压器的低压侧出线相中的两相线路的通断，并在断开两相线路时，将单刀双掷开关的刀头置于低压侧出线相中除两相线路之外的另一相线路上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述节能装置还包括控制器，控制器分别与单刀单掷开关和两个单刀双掷开关的操作线圈连接，用于控制单刀单掷开关和两个单刀双掷开关的开合状态。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述节能装置还包括与控制器相连的无功自动补偿器，用于补偿三相变压器的无功功率；控制器还用于控制无功自动补偿器的运行状态。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述无功自动补偿器包括相电容器和补偿转换开关；其中，补偿转换开关用于控制相电容器与三相变压器的低压侧出线相线路的连接状态。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述节能装置还包括与控制器相连的相电流互感器，用于检测三相变压器连接的低压供电系统的相电流，生成并输出相电流信号；控制器还用于接收并检测相电流互感器输出的相电流信号；节能装置还包括与控制器相连的剩余电流互感器，用于检测三相变压器连接的低压供电系统的漏电流，生成并输出漏电流信号；控制器还用于接收并检测剩余电流互感器输出的漏电流信号；控制器还用于根据检测的结果确定出有异常情况时，进行远程报警。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述节能装置还包括与控制器相连的通信单元，通信单元包括GSM模块、GPRS模块或WIFI模块中的一种或多种，用于与外界的终端通信连接；控制器还用于通过通信单元向外界的终端发送报警信息。

结合第一方面至第一方面的第五种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，节能装置的顶端还设置有进线套管和出线套管；其中，进线套管用于供三相变压器的低压侧出线相线路接入节能装置；出线套管供三相变压器的低压侧出线相线路接出节能装置；节能装置的侧壁还设置有高压套管，用于供所述三相变压器的高压侧进线相线路接入所述节能装置，还用于供所述三相变压器的高压侧出线相线路引出所述节能装置。

第二方面，本发明实施例还提供一种三相变压器节能系统，包括三相变压器和第一方面的节能装置；单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的一相线路中；两个单刀双掷开关分别设置于三相变压器的低压侧出线相中的两相线路中。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述三相变压器的三相绕组联结方式为Dyn11，单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的A相线路上，两个单刀双掷开关的刀头分别设置于变压器的低压侧出线相中的a相线路和c相线路上。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述三相变压器的三相绕组联结方式为Dyn1，单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的C相线路上，两个单刀双掷开关的刀头分别设置于变压器的低压侧出线相中的a相线路上和c相线路上。

本发明实施例提供了一种用于三相变压器的节能装置及节能系统，通过节能装置中的三个节能转换开关来改变三相变压器的高压侧进线相线路以及低压侧出线相线路的通断，具体为一个节能转换开关控制高压侧进线相中的一相线路的通断，两个节能转换开关控制低压侧出线相中的两相线路的通断，并通过搭接于除了低压侧出线相中的两相线路之外的另一相线路上，能够将变压器所带的三相低压负荷均转换至该相线路上。采用本发明实施例提供的节能装置，能够在变压器需要节能运行时，有效断开变压器的一相高压进线，同时将三相低压负荷均转换至变压器的一相低压出线上，能够有效降低变压器的空载损耗。根据变压器原理，本发明实施例提供的用于三相变压器的节能装置及节能系统，可以实现将变压器的空载损耗降低至原来的1/3，而且实现方式简单可行，成本较低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种Dyn11联结的三相变压器应用节能转换开关的原理示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种正常运行状态下的变压器铁芯内磁通有效值分布示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种节能运行状态下的变压器铁芯内磁通有效值分布示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种用于三相变压器的节能装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种三相变压器节能系统在正常运行状态下的主接线图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种三相变压器节能系统在节能运行状态下的主接线图；

图7示出了本发明实施例所提供的另一种三相变压器节能系统在节能运行状态下的主接线图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种用于三相变压器的节能装置的正视图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种用于三相变压器的节能装置的侧视图；

图10示出了本发明实施例所提供的一种三相变压器节能系统的正视图；

图11示出了本发明实施例所提供的一种三相变压器节能系统的侧视图；

图12示出了本发明实施例所提供的一种三相变压器节能系统的俯视图；

图标：

10-节能转换开关；20-控制器；30-无功自动补偿器；40-相电流互感器；

50-剩余电流互感器；60-通信单元；1-压力释放阀

2-出线护罩；3-出线护套；4-高压套管；5-低压进线套管；

6-低压出线套管；100-节能装置；200-三相变压器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前三相变压器所带负荷减少时，例如在晚上用电负荷极少的情况下，三相变压器的空载损耗仍旧不变，甚至还会由于用电量低、电压上升而增大的问题，基于此，本发明实施例提供的一种用于三相变压器的节能装置及节能系统。，可以改善现有技术中存在的三相变压器空载损耗较大的问题，有效降低三相变压器的空载损耗。

为便于对本实施例进行理解，以下对本发明实施例所公开的一种用于三相变压器的节能装置及节能系统进行详细说明。

实施例一：

本发明实施例提供了一种用于三相变压器的节能装置，包括至少三个节能转换开关，其中，一个节能转换开关为单刀单掷开关，用于控制三相变压器的高压侧进线相中的一相线路的通断；

另外两个节能转换开关为单刀双掷开关，用于分别控制三相变压器的低压侧出线相中的两相线路的通断，并在断开两相线路时，将单刀双掷开关的刀头置于低压侧出线相中除两相线路之外的另一相线路上。

本发明实施例提供了一种用于三相变压器的节能装置，通过节能装置中的三个节能转换开关来改变三相变压器的高压侧进线相线路以及低压侧出线相线路的通断，具体为一个节能转换开关控制高压侧进线相中的一相线路的通断，两个节能转换开关控制低压侧出线相中的两相线路的通断，并通过搭接于除了低压侧出线相中的两相线路之外的另一相线路上，能够将变压器所带的三相低压负荷均转换至该相线路上。采用本发明实施例提供的节能装置，能够在变压器需要节能运行时，有效断开变压器的一相高压进线，同时将三相低压负荷均转换至变压器的一相低压出线上，能够有效降低变压器的空载损耗。根据变压器原理，本发明实施例提供的用于三相变压器的节能装置及节能系统，可以实现将变压器的空载损耗降低至原来的1/3，而且实现方式简单可行，成本较低。

本实施例提供的用于三相变压器的节能装置，节能原理主要为断开变压器的一相高压进线，同时将三相低压负荷均转换至变压器的一相低压出线上，可实现变压器的空载损耗和空载电流降低为原来约1/3。

为了便于理解，以三相变压器的联结组别为Dyn11为例进行说明，具体参见图1所示的Dyn11联结的三相变压器应用节能转换开关的原理示意图，图1示出了三相变压器高压侧A相、B相和C相，低压侧a相、b相、c相以及中性线n，还示出开关K1、K2和K3；其中，开关K1用于控制三相变压器高压侧A相进线的通断，开关K2和开关K3分别用于控制三相变压器低压侧a相及c相出线的通断。正常供电时K1、K2、K3开关均闭合，正常运行状态下的变压器铁芯内磁通有效值分布可参见图2所示，当需要节能运行时，K1、K2、K3均打开，此时该三相变压器的高压侧A相进线被K1断开，低压侧a相及c相出线分别被K2和K3断开，该三相变压器的低压侧b相正常供电。此时，该三相变压器铁芯内磁通有效值分布可参见图3所示。

根据三相变压器铁芯损耗及空载电流基本同铁芯内磁通约成平方关系，可知三相变压器除B相磁通在开关变化后保持不变外，其它处铁芯内磁通有效值均变为原来1/2，损耗及空载电流均约为原来1/4，根据三相变压器铁芯及芯柱信息，常用三相变压器整体损耗及空载电流平均降低为了原来的1/3左右，因此节能效果明显。

以S11型800kVA变压器为例，其额定空载损耗为980W，空载电流为0.6％，采用此发明技术后，其空载损耗仅约为330W，空载电流为0.2％，假设一天内其变压器有40％时间处于节能运行状态，变压器无功经济当量按0.1，该变压器一年可节能3400度。

综上所述，基于上述节能原理的节能装置，能够有效降低变压器的空载损耗及空载电流，达到变压器节能目的，而且该节能装置结构简单，便于实现，且成本较低，适于大范围推广应用。

实施例二：

基于上述实施例一，本发明实施例提供了一种具有多功能的用于三相变压器的节能装置，除了上述节能转换开关，该节能装置包括还包括控制器，该控制器分别与节能转换开关中的单刀单掷开关和两个单刀双掷开关的操作线圈连接，用于控制单刀单掷开关和两个单刀双掷开关的开合状态。

控制器可以通过节能转换开关中的各个开关对应的操作线圈来控制开关开合状态，无需人为控制，更简单便捷。

为了能够补偿变压器的无功损耗，具体为在变压器正常运行时补偿其自身空载无功损耗，节能装置还包括与控制器相连的无功自动补偿器，用于补偿三相变压器的无功功率；该控制器还用于控制无功自动补偿器的运行状态。

进一步，上述无功自动补偿器可以包括相电容器和补偿转换开关；其中，补偿转换开关用于控制相电容器与三相变压器的低压侧出线相线路的连接状态。在三相变压器需要节能运行时，补偿转换开关的开合状态也发生变化，以Dyn11联结的三相变压器为例，此时与三相变压器低压侧b相仍与相电容器相连接，而c相和a相则不再与相电容器连接。

进一步，节能装置还包括与控制器相连的相电流互感器，用于检测三相变压器连接的低压供电系统的相电流，生成并输出相电流信号；控制器还用于接收并检测相电流互感器输出的相电流信号；

除此之外，节能装置还可以包括与控制器相连的剩余电流互感器，用于检测三相变压器连接的低压供电系统的漏电流，生成并输出漏电流信号；控制器还用于接收并检测剩余电流互感器输出的漏电流信号。

控制器还用于根据检测的结果确定出有异常情况时，进行远程报警。具体的，控制器可以根据相电流信号、漏电流信号来进行过电流、漏电流等异常判断，还可以根据电压信号进行高电压、低电压等异常判断，并通过通信单元报警给用户。

相电流互感器和剩余电流互感器能够在控制器的控制下有效对变压器连接的低压供电系统的电流情况进行监测，该控制器还可以通过相电流互感器和剩余电流互感器方便获知相电流与漏电流的具体数据，实现良好的监控作用。

为了能够使相关人员及时获知变压器的异常情况，上述节能装置还包括与控制器相连的通信单元，通信单元包括GSM模块、GPRS模块或WIFI模块中的一种或多种，用于与外界的终端通信连接。控制器可以将三相变压器的运行参数或者警报信息发送至关联的用户终端(诸如手机、iPad、电脑等)，用户可以通过用户终端而方便的了解变压器的运行状况以及相关电能情况。控制器还用于通过通信单元向外界的终端发送报警信息，从而使用户及时得知变压器的异常情况，控制器可根据检测到的电压信号、电流信号或漏电流信号来发现电能异常情况，比如高电压、低电压、过电流或漏电等，并通过通讯模块报警给用户。

具体可参见图4所示的一种用于三相变压器的节能装置的结构示意图，该节能装置包括节能转换开关10，还包括与节能转换开关10相连接的控制器20，以及均与控制器20相连的无功自动补偿器30、相电流互感器40、剩余电流互感器50和通信单元60。该具有多功能的节能装置能够实现变压器监测、变压器节能，以及变压器运行异常报警等功能，极大的提升了用户的体验度。

实施例三：

基于实施例二，本发明实施例提供了一种三相变压器节能系统，包括三相变压器和实施例一或实施例二中的任一项的节能装置；其中，单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的一相线路中；两个单刀双掷开关分别设置于三相变压器的低压侧出线相中的两相线路中。

当三相变压器的三相绕组联结方式为Dyn11时，单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的A相线路上，两个单刀双掷开关的刀头分别设置于变压器的低压侧出线相中的a相线路和c相线路上。

当三相变压器的三相绕组联结方式为Dyn1时，单刀单掷开关设置于三相变压器的高压侧进线相中的C相线路上，两个单刀双掷开关的刀头分别设置于变压器的低压侧出线相中的a相线路上和c相线路上。

由于常用的配电变压器的三相绕组联结方式大多为Dyn11，因此为了便于理解，以联结方式大多为Dyn11的节能系统为例进行说明，可参见图5所示的一种三相变压器节能系统在正常运行状态下的主接线图，其中，K1、K2和K3为节能装置的节能转换开关，具体的，K1为设置于三相变压器高压侧A相进线侧的单刀单掷开关，在正常运行状态下保持闭合状态，K2和K3分别为设置于三相变压器低压侧a相及c相出线侧的单刀双掷开关，在正常运行状态下，K2的刀头置于a相上，K3的刀头置于c相上。图5中该三相变压器的高压侧A相、B相、C相以及低压侧a相、b相、c相均为通路，同时图5还示出了该三相变压器低压侧的中性线n。

图6所示的一种三相变压器节能系统在节能运行状态下的主接线图，与图5的区别在于，图6中的K1为打开状态，使得A相断开，同时K2和K3的刀头均转换至b相。

进一步，图7示出了另一种三相变压器节能系统在节能运行状态下的主接线图，与图6的区别在于，图7中还示出了电流互感器(三个)、剩余电流互感器、相电容器以及补偿转换开关K4。在图7中，无功自动补偿器具体为相电容器。

以下对K4的状态进行详细解释：当上述三相变压器节能系统在正常运行状态时，正常供电时K1、K2、K3开关均闭合，其中，K2和K3将a相和c相负荷分别接在三相变压器的低压侧a相输出和低压侧c相输出上，与此同时b相上的负载不通过开关而接在变压器b相输出上。b相对应的相电容器直接在变压器b相输出上，a、c相对应的相电容器共同的补偿转换开关K4闭合，用于补偿变压器的固有空载无功损耗。当负载较小需要转换为节能模式时，如图7所示：开关K1断开，变压器进线侧仅有B相带电，K2和K3动作将a相和c相负荷转接在变压器的低压b相输出上。此时变压器处于单相运行状态。

在本发明实施例中，节能装置的顶端还设置有进线套管和出线套管；其中，进线套管用于供三相变压器的低压侧出线相线路接入节能装置；出线套管供三相变压器的低压侧出线相线路接出节能装置；

节能装置的侧壁还设置有高压套管，用于供三相变压器的高压侧进线相线路接入节能装置，还用于供三相变压器的高压侧出线相线路引出节能装置。即，用于供三相变压器的高压侧进线相线路和出线相线路接入和引出节能装置。

具体可参见图8所示的该用于三相变压器的节能装置的正视图和图9所示的该节能装置的侧视图，其中，图8较好的示出了该节能装置还配置有压力释放阀1，同时示出了出线护罩2、出线护套3和高压套管4，图9则较好的示出了低压进线套管5、低压出线套管6、相电流互感器40、剩余电流互感器50以及节能转换开关10；其中，诸如压力释放阀1、出线护罩2等为节能装置的可选配置，压力释放阀可以更好的起到对变压器的防护作用，而护罩是为了防护内部的套管，当套管为诸如瓷瓶等时，可无需护罩防护。图8-图9仅为一种节能装置的示意图，在实际应用中可以根据需求灵活设置节能装置的结构。

参见图10所示的三相变压器节能系统的正视图，图10中较好的示出了将节能装置100安装于三相变压器200后的整体结构，进一步还可参见图11所示的三相变压器节能系统的侧视图，同样示出了节能装置100和三相变压器200，还可再参见图12所示的三相变压器节能系统的俯视图，在示出节能装置100和三相变压器200的基础上，还示出了节能装置高压进线101和节能装置高压出线102，以及变压器低压出线a、b和c，以及变压侧低压侧的中性线n，与此同时还示出了变压器高压进线A、B和C。

综上所述，本发明实施例提供的一种用于三相变压器的节能装置及节能系统，通过节能装置中的三个节能转换开关来改变三相变压器的高压侧进线相线路以及低压侧出线相线路的通断，具体为一个节能转换开关控制高压侧进线相中的一相线路的通断，两个节能转换开关控制低压侧出线相中的两相线路的通断，并通过搭接于除了低压侧出线相中的两相线路之外的另一相线路上，能够将变压器所带的三相低压负荷均转换至该相线路上。采用本发明实施例提供的节能装置，能够在变压器需要节能运行时，有效断开变压器的一相高压进线，同时将三相低压负荷均转换至变压器的一相低压出线上，能够有效降低变压器的空载损耗。根据变压器原理，本发明实施例提供的用于三相变压器的节能装置及节能系统，可以实现将变压器的空载损耗降低至原来的1/3，而且实现方式简单可行，成本较低。此外，该节能装置还可以安装有控制器、无功自动补偿器、相电流互感器、剩余电流互感器等，同时还可以具备GSM/GPRS通讯功能、近距离WIFI无线通讯功能等的通信单元，通过控制器对各个器件的控制，能够实现对变压器的节能控制、电能监测、电能异常报警等功能。无功自动补偿器安装在变压器台区线杆上或其它靠近节能装置的柜体内，同节能装置分体安装。与此同时，用户可以通过用户终端方便的查看装置运行参数及接受报警信息。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。