电容型配网电能质量综合补偿器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及配电系统领域，具体涉及一种能应对三相不平衡、消除中性点零序电流和高次谐波的电容型配网电能质量综合补偿器。它包括设于主变压器和负荷之间的电抗器、电流互感器、星接电容器组、角接电容器组和控制器，电抗器接在中性线上，电流互感器接在三相火线上，还包括一用于调节零序电流流向的零序电流分流器，零序电流分流器与星接电容器组、角接电容器组并联接入配电系统，两组电容器分别设有复合开关，控制器与各复合开关连接。本实用新型通过控制电容量的投切和零序电流分流器对零序电流近乎短路的功能，使变压器的零序电流小，零序高次谐波得以基本抑制，有效消除三相不平衡及零序电流和零序高次谐波对变压器的破坏，保护用电设备，降低系统损耗。
【专利说明】电容型配网电能质量综合补偿器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及配电系统领域，具体涉及一种能应对三相不平衡、消除中性点零序电流和高次谐波的电容型配网电能质量综合补偿器。
【背景技术】
[0002]三相四线制是低压配电网中最主要的供电方式，配电网中的用电设备大都以单相负荷为主。工业用电以感性负荷为多，而民用用电中阻性及感性混合，以阻性为主。由于用电设备不同时性，变压器几乎都在三相不平衡状态下运行。配电变压器的联结组别一般是Dynll或YynO，三相不平衡时会造成中性点飘移及中性线零序电流加大，中性点飘移会产生三相电压的不平衡，一般电流大的相电压高，严重时相电压会达到380V，从而烧毁用电设备和变压器。由于零序电流的增加，会增加变压器的损耗，并在油箱夹件中产生大量的涡流损耗，有可能烧毁变压器。而用电设备中有很多会产生高次谐波，正、负序高次谐波在中性线会相互抵消，而零序高次谐波会在中性线叠加，从而使中性线高次谐波很大，高次谐波会对电网及变压器产生严重影响，大大增加线路损耗及对电网、变压器及用电设备损坏的机率。而感性负荷及中性点飘移会使变压器功率因数降低，大大降低变压器的效率。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本实用新型提供了一种电容型配网电能质量综合补偿器，能有效控制三相不平衡，并消除中性零序电流和高次谐波。
[0004]本实用新型采用的技术方案如下:一种电容型配网电能质量综合补偿器，包括设于主变压器和负荷之间的电抗器、电流互感器、星接电容器组、角接电容器组和控制器，电抗器接在中性线上，电流互感器接在三相火线上，还包括一用于调节零序电流流向的零序电流分流器，零序电流分流器与星接电容器组、角接电容器组并联接入配电系统，两组电容器分别设有复合开关，控制器与各复合开关连接。电流互感器用于采集三相电流信号发送给控制器，控制器通过控制复合开关的闭合控制电容的投切。
[0005]由于三相不平衡电流可分解为正序、负序和零序电流，零序电流已通过零序电流分流器来抵消。大部分负荷是阻感性负荷，控制器从电流互感器采集A、B、C三相电流大小和相位角，与电压参数一起进行计算，目标参数是功率因数和三相电流平衡率，采用一个系统感性为电感，电容器的电容值来建立平衡及电容补偿的数学模型进行推导，推导出在AB、BC、AC、AO、B0、CO之间投入的电容数，控制复合开关来实现消除负序电流的目的，从而使进入变压器的电流只是正序电流，达到三相平衡和功率因数为I的目的。
[0006]所述的零序电流分流器包括一“曰”字型铁芯和三个初级绕组，每个绕组分为两个线圈，分别绕在两个不同的芯柱上；每个芯柱上有内外两层线圈，线圈绕向相同，匝数相等，三个绕组的首部分别连接A、B、C三相火线，其尾部相连共同接零线。
[0007]上述装置中，初级绕组采用圆筒式。该零序电流分流器为干式浸溃式，采用风冷却。[0008]零序电流分流器采用上述接线方式后，零序电流和正负序电流流入线圈。由于零序电流的相位角是相同的、大小相等，在每一柱上两个线圈产生的磁通大小相等、相位角相同、方向相反，从而使合成磁通为O。由于A、B、C三相零序电流通过时并未产生磁通，因此阻抗非常小。正、负序电流通过该变压器时，A柱上外线圈通过A相电流，内线圈通过C相电流，由于内、外线圈流入电流相反，且相位角相差120度，磁场是矢量叠加。
[0009]ΦΑ 总=1.732ΦΑ
[0010]磁通密度增加1.732倍，这样正、负序阻抗很大，从正、负序侧看相当于一个空载运行的变压器，通过分流器的电流，只有非常小的激磁电流。这样大部分零序电流和零序高次谐波通过零序电流分流器流回Α、B、C三相，零序电流流回火线后与原零序电流分量相互抵消，而零序电流不流入变压器，可消除零序电流和零序高次谐波对变压器的影响。
[0011]进一步，所述的复合开关由磁保持器和电子交流开关构成，采用磁保持继电器编组。可实现电容器可在相与相及相与零之间任意连接，并能完成过零投切，不但达到了充分灵活地利用电容器的功能，同时也有效地降低了装置自身的耗电量。
[0012]该装置所采用的控制器可根据现场不同的设备容量进行参数设定，并具有实时运行数据的采集和整点运行数据的保存功能，可通过串口或加装通讯模块，将所有数据传至后台管理系统。该控制器和能智能编组的复合开关采用了电磁隔离和光电隔离设计，并配置硬件狗、软件管理、硬件容错和软件容错等手段，满足各种恶劣运行环境的要求，具有超强抗干扰性能，杜绝误动作和拒动，确保装置可靠运行。该控制器通过对有功不平衡状况和负荷无功量的准确测量和计算、控制策略采用功率变化增量来确定补偿器的补偿容量和电容器的编组方式，并辅以动作间隔的设定，所以装置不会出现轻载投切振荡现象。
[0013]本实用新型根据目标控制算法控制电容量的投切和零序电流分流器对零序电流近乎短路的功能，使变压器的零序电流小，负序电流为零，零序闻次谐波得以基本抑制，有效消除三相不平衡及零序电流和零序高次谐波对变压器的破坏，保护用电设备，降低系统损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的系统构成图；
[0015]图2是零序电流分流器的接线原理图；
[0016]图中，1、主变压器，2、电流互感器，3、负荷，4、控制器，5、电抗器，6、第一复合开关，
7、第二复合开关，8、星接电容器组，9、角接电容器组，10、零序电流分流器，11、A柱，12、B柱，13、C柱，14、第一绕组，15、第二绕组，16、第三绕组。
【具体实施方式】
[0017]一种电容型配网电能质量综合补偿器，如图1所示，包括电抗器5、电流互感器2、零序电流分流器10、星接电容器组8、角接电容器组9，上述器件位于主变压器I和负荷3之间，其中电抗器5接在中性线上，电流互感器2接在三相火线上，用于采集三相电流信号发送给控制器4，零序电流分流器10用于调节零序电流流向，减少通过主变压器的零序电流，其与星接电容器组8、角接电容器组9并联接入配电系统；星接电容器组8设有第一复合开关6，角接电容器组9设有第二复合开关7，控制器4与两复合开关连接，通过控制复合开关的闭合控制电容的投切。两复合开关由磁保持器和电子交流开关构成。所述的零序电流分流器10包括一“曰”字型铁芯和三个初级绕组，铁芯包括A柱11、B柱12、C柱13三个芯柱，每个绕组分为两个线圈，分别绕在两个不同的芯柱上，每个芯柱上有内外两层线圈，同一绕组及同一芯柱上的线圈绕向都相同，同一芯柱上的内外线圈匝数相等，具体的，第一绕组14的前端线圈绕在A柱11的外侧，后端线圈绕在B柱12的内侧，其首部与A相火线连接。第二绕组15的前端线圈绕在B柱12的外侧，后端线圈绕在C柱13的内侧，其首部与B相火线连接。第三绕组16的前端线圈绕在C柱13的外侧，后端线圈绕在A柱11的内侧，其首部与C相火线连接。三个绕组的尾部相连共同连接零线。初级绕组采用圆筒式。该零序电流分流器为干式浸溃式，采用风冷却。
[0018]配电系统装入上述装置后，运行过程如下:
[0019]1、系统三相平衡，且无高次谐波
[0020]零序电流分流器不工作，电容部分只起智能电容补偿作用，能使系统功率因数补偿至0.98以上。
[0021 ] 2、系统三相平衡，有高次谐波。
[0022]闻次谐波在零线上正负序相互抵消，而零序闻次谐波是置加。因此，零线上零序闻次谐波电流较大，零序高次谐波电流从零序电流分流器分为三份流向A、B、C三相，因大小相等，方向相反，零序闻次谐波相互抵消，从而消除零序闻次谐波。
[0023]电容部分在此情况下只起智能电容补偿作用。
[0024]3、系统三相不平衡
[0025]该情况下零序电流较大，零序电流通过零序电流分流器分为三份流向A、B、C三相，在A、B、C三相中抵消。因三相不平衡负荷电流可分解为正序电流分量、负序电流分量和零序电流分量。零序电流分量通过零序电流分流器已抵消，这样只剩下正负序电流分量。由于负荷大部分是阻感混合型，而纯电阻型和阻容混合型较少。故大部分变电站可以用电容来抵消负序电流分量。我们的数学模型就是通过计算负序分量的大小来计算共分补电容的量来抵消负序电流。这样进入变压器的电流就只有平衡的正序电流，变压器的功率因数为1，负荷不平衡率不超过5%。
【权利要求】
1.一种电容型配网电能质量综合补偿器，包括设于主变压器(I)和负荷(3)之间的电抗器(5)、电流互感器(2)、星接电容器组(8)、角接电容器组(9)和控制器(4)，电抗器(5)接在中性线上，电流互感器(2)接在三相火线上，其特征在于:还包括一用于调节零序电流流向的零序电流分流器(10 )，零序电流分流器(10 )与星接电容器组(8 )、角接电容器组(9 )并联接入配电系统，两组电容器分别设有复合开关，控制器(4)与各复合开关连接。
2.根据权利要求1所述的电容型配网电能质量综合补偿器，其特征在于:所述的零序电流分流器(10)包括一“曰”字型铁芯和三个初级绕组，每个绕组分为两个线圈，分别绕在两个不同的芯柱上；每个芯柱上有内外两层线圈，线圈绕向相同，匝数相等，三个绕组的首部分别连接A、B、C三相火线，其尾部相连共同接零线。
3.根据权利要求1所述的电容型配网电能质量综合补偿器，其特征在于:所述的复合开关由磁保持器和电子交流开关构成，采用磁保持继电器编组。
【文档编号】H02J3/18GK203574369SQ201320721611
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】刘季宏, 白露, 肖军明, 李博, 魏玉荣, 林祺蔚, 李建 申请人:济南供电公司电力经济技术研究所