无涌流无电弧换档的三相配电线路自动调压方法及其设备与流程

本发明属于电气工程领域，涉及到一种三相配电线路自动调压方法及设备，该方法适用于中低压配电线路。

背景技术：

随着我国城乡经济建设的发展，配电网的电力负荷呈现快速增长的态势，特别是城乡结合部，家用电器或农用设备的大量使用，加工作坊、商业铺面的大量增加，导致用电量急剧上升，加上部分配电线路布置不合理，线路过长，线径过细，造成线路阻抗增大，使配电线路中后段电压偏低，严重影响了用户的生产经营活动和日常生活。另外，部分配电线路负荷随季节或昼夜变化较大，引起电压时高时低，电压合格率降低，影响电网的安全运行。本发明针对部分配电线路电压合格率过低的问题，设计一种配电线路自动调压器，采用在初级绕组端设置多抽头调压档位、次级线圈串联配电线路输入输出端的自耦变压器结构，在切换调压档位时，初级绕组先断开输入电压并自我闭合后，再切换调压档位，实现无涌流、无电弧切换调压功能，使电压调整到合格要求，满足电网安全运行要求。同时，保证配电线路带载切换调压档位时能连续供电，不对用电负载造成冲击或引起用电设备重新启动。

技术实现要素：

本发明的目的是设计和制造一种无涌流、无电弧换档的配电线路三相自动调压方法和设备，以解决部分配电线路用户端三相电压过高或过低问题。适用于三相电压波动值很大，三相线路中后段电压很低或过高的配电线路。该发明创新点是克服了目前市场上调压变压器在带载切换调压档位时易引起涌流电弧，容易对用电负载造成冲击或引起用电设备重新启动，需跨接大功率电阻降低切换电流影响的现象，实现一种无涌流、无电弧调压档位切换。

无涌流无电弧换档的三相配电线路自动调压方法，其特征为：在三相配电线路输入端的各相接入三相自耦变压器，还接入控制器和三相有载分接开关，所述的三相自耦变压器包括三相的串联输出线圈和三相的并联调压线圈；其接入方式为：各相并联调压线圈并接在配电线路各相输入端作为初级绕组，具有一个以上调压抽头档位；各相串联输出线圈作为次级绕组串联在配电线路输入输出端之间，其同名端方向根据自耦感应电压使各相输出端电压升高或降低需要而连接，各相的并联调压线圈与串联输出线圈之间通过分接开关进行自耦接通与断开，各相的并联调压线圈通过分接开关进行自我接通闭合形成回路，分接开关的上述两种连接构成互锁关系；各相并联调压线圈的多个调压抽头档位均各自对应串接有分接开关进行接通与断开，且每次只能接通一个抽头档位，形成互锁关系；所述三相有载分接开关，为具有互锁功能的多个开关组合，各相的开关结构均相同并各自独立，各相并联调压线圈与对应串联输出线圈之间通过分接开关自耦接通与断开，该相并联调压线圈通过分接开关自我接通闭合形成回路，且两种连接构成互锁，各相并联调压线圈调压抽头档位通过分接开关接通与断开，且同一时刻只能接通其中一个抽头档位，其他抽头档位断开，形成互锁；分接开关的各组开关均各自连接有对应驱动继电器，通过控制器驱动模块输出驱动信号给所对应的驱动继电器，由驱动继电器启动对应的开关接通或断开；所述调压器控制器包括微处理器单元、三相电压采样模块、三相调压驱动模块，其中三相电压采样模块与微处理器输入管脚连接输入三相电压采样数据，三相调压驱动模块与微处理器输出管脚连接输出驱动信号，微处理器内固化有具体实施调压方案的嵌入式控制软件，用于控制三相电压采样接收和调压驱动操作。控制器设置三相电压采样，再根据各相的电压采样，通过控制器和三相有载分接开关在并联调压线圈的抽头上获得理想电压。

无涌流无电弧换档的三相配电线路自动调压设备，其特征为：包括三相自耦变压器、控制器、三相有载分接开关，所述的三相自耦变压器包括三相的串联输出线圈和三相的并联调压线圈；各相的串联输出线圈一端分别连接配电线路输入端各相，另一端与配电线路输入端各相连接，各相的并联调压线圈与串联输出线圈之间通过分接开关进行自耦接通与断开，并联调压线圈通过分接开关自我接通闭合形成回路，且两种连接构成互锁，各相并联调压线圈调压抽头档位通过分接开关接通与断开，且同一时刻只能接通其中一个抽头档位，其他抽头档位断开，形成互锁；控制器的三相电压采样输入端与配电线路输出端各相连接，控制器的调压驱动输出端各相与三相有载分接开关相连，分别连接相应的分接开关；三相有载分接开关各开关分别连接并联调压线圈的各调压抽头档位用于接通与断开，连接并联调压线圈与串联输出线圈之间用于自耦接通与断开。

控制器调压软件流程为：“开始”后进入“采样A相电压”，然后进入“ A相电压是否大于基准电压允许上限差值”，是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则进入“ A相电压是否小于基准电压允许下限差值”， 是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则A相电压小于基准电压允许上限差值并且大于基准电压允许下限差值，则进入“采样B相电压”， 进入“选定最接近基准电压的调压档位”后，再进入“发驱动信号给A 相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关”，再进入到“发驱动信号给A 相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构”，接着，进入“发驱动信号给A相调压驱动模块,断开A相并联调压线圈原来连接的调压档位”，进入“发驱动信号给A相调压驱动模块,接通A相并联调压线圈新选定的调压档位”，进入“发驱动信号给A相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路”，进入“发驱动信号给A相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构”，然后进入“采样B相电压”，进入“ B相电压是否大于基准电压允许上限差值”，是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则进入“ B相电压是否小于基准电压允许下限差值”， 是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则B相电压小于基准电压允许上限差值并且大于基准电压允许下限差值，则进入“采样C相电压”， 进入“选定最接近基准电压的调压档位”后，再进入“发驱动信号给B相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关”，再进入到“发驱动信号给B相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构”，接着，进入“发驱动信号给B相调压驱动模块,断开B相并联调压线圈原来连接的调压档位”，进入“发驱动信号给B相调压驱动模块,接通B相并联调压线圈新选定的调压档位”，进入“发驱动信号给B相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路”，进入“发驱动信号给B相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构”，然后进入“采样C相电压”，然后进入“ C相电压是否大于基准电压允许上限差值”，是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则进入“ C相电压是否小于基准电压允许下限差值”， 是则直接进入“选定最接近基准电压的调压档位”，否则C相电压小于基准电压允许上限差值并且大于基准电压允许下限差值，则返回进入“采样A相电压”， 进入“选定最接近基准电压的调压档位”后，再进入“发驱动信号给C 相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关”，再进入到“发驱动信号给C 相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构”，接着，进入“发驱动信号给C相调压驱动模块,断开C相并联调压线圈原来连接的调压档位”，进入“发驱动信号给C相调压驱动模块,接通C相并联调压线圈新选定的调压档位”，进入“发驱动信号给C相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路”，进入“发驱动信号给C相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构”，再返回“采样A相电压”。

采取以上措施的本发明，克服了目前市场上调压变压器在带载切换调压档位时易引起涌流电弧，容易对用电负载造成冲击或引起用电设备重新启动，需跨接大功率电阻降低切换电流影响的现象，实现一种无涌流、无电弧调压档位切换。

下面再结合附图和实施例对本发明作进一步的详述。

附图说明

附图1是本发明的总体功能结构图；

附图2是控制器结构功能方框图；

附图3是微处理器单元电路图；

附图4是三相电压采样电路图；

附图5是三相调压驱动模块电路图；

附图6是控制器调压软件流程图。

附图6附图标记说明：

1、A相电压是否大于基准电压允许上限差值；

2、A相电压是否小于基准电压允许下限差值；

3、选定最接近基准电压的调压档位；

4、发驱动信号给A 相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关；

5、发驱动信号给A 相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构；

6、发驱动信号给A相调压驱动模块,断开A相并联调压线圈原来连接的调压档位；

7、发驱动信号给A相调压驱动模块,接通A相并联调压线圈新选定的调压档位；

8、发驱动信号给A相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路；

9、发驱动信号给A相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构；

10、B相电压是否大于基准电压允许上限差值；

11、B相电压是否小于基准电压允许下限差值；

12、选定最接近基准电压的调压档位；

13、发驱动信号给B 相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关；

14、发驱动信号给B 相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构；

15、发驱动信号给B相调压驱动模块,断开B相并联调压线圈原来连接的调压档位；

16、发驱动信号给B相调压驱动模块,接通B相并联调压线圈新选定的调压档位；

17、发驱动信号给B相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路；

18、发驱动信号给B相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构；

19、C相电压是否大于基准电压允许上限差值；

20、C相电压是否小于基准电压允许下限差值；

21、选定最接近基准电压的调压档位；

22、发驱动信号给C 相调压驱动模块，断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关；

23、发驱动信号给C 相调压驱动模块，接通并联调压线圈接零开关形成无外来电压输入闭合回路，构成电流互感器结构；

24、发驱动信号给C相调压驱动模块,断开C相并联调压线圈原来连接的调压档位；

25、发驱动信号给C相调压驱动模块,接通C相并联调压线圈新选定的调压档位；

26、发驱动信号给C相调压驱动模块，断开并联调压线圈接零开关闭合回路；

27、发驱动信号给C相调压驱动模块，接通并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接开关，重新构成自耦变压器结构。

具体实施方式

附图1是是本发明的总体功能结构图，参考附图1。

下面结合附图1对配电线路三相自动调压器的功能作进一步的详述。本调压器包括三相自耦变压器、三相有载分接开关和调压控制器三部分。其中，所述三相自耦变压器属于一种自耦串联调压变压器，每一相均由并联调压线圈、串联输出线圈组成，三相结构与功能完全相同。本实例以自耦变压器A相单元为例详述自耦变压器的功能，B相、C相单元的功能与A相相同。A相并联调压线圈为自耦变压器的公共绕组，并接在变压器输入端作为初级绕组，可设置多个抽头，本实例为3个抽头的线圈，通过具有互锁功能的有载分接开关K_1A、K_2A、K_3A分别连接3个抽头档位中的一个档位。A相串联输出线圈作为次级绕组串联在配电线路A相输入输出之间，产生自耦感应电压，串联输出线圈同名端按电压升高方向串接时，具有升压功能，按电压降低方向串接时，具有降压功能。有载分接开关K_1A、K_2A、K_3A连接A相并联调压线圈的不同档位时，会使A相并联调压线圈与A相串联输出线圈之间的变比产生变化，所产生的自耦感应电压与配电线路A相输入电压串联形成不同的输出端电压，达到配电线路A相输出端按不同档位提升电压或降低电压的目的。例如，要连接K_1A所在的A相并联调压线圈档位调压时，先将互锁开关K_0A由1端打到2端，这时，A相并联调压线圈与串联输出线圈之间断开，并联调压线圈无外来输入电压，自我闭合形成回路，构成电流互感器结构，并联调压线圈相当于电流互感器二次侧，为了进一步减少连接可能产生的过渡电流，在A相并联调压线圈并联一个电容C_A，可起到消除谐波和涌流的作用。这时，串联在配电线路输入输出之间的A相串联输出线圈不产生自耦电压，配电线路保持直通，只流过线路电流，相当于电流互感器一次侧，配电线路电压输出与输入基本保持不变，不影响后面负载的正常运行。然后，通过具有互锁功能的有载分接开关，控制K_1A闭合，K_2A、K_3A断开，切换A相并联调压线圈到K_1A所在的档位，实现调压档位的调整。再后，将互锁开关K_0A由2端打回到1端，这时，A相并联调压线圈与A相串联输出线圈之间重新接通，并联调压线圈自我闭合回路断开，重新构成自耦变压器结构，新调整的K_1A所在并联调压线圈档位成为初级绕组，并联调压线圈与串联输出线圈之间的变比发生变化，串联输出线圈所产生的自耦感应电压与配电线路A相输入端电压叠加得到A相输出端电压，达到按该档位调整电压的目的。

三相有载分接开关，是具有互锁功能的开关组合，每一相的开关结构均相同并各自独立，可以使用交流接触器开关、复合开关或其他具有自动控制接通或断开的电力负荷开关，下面结合附图1对配电线路三相有载分接开关的功能作进一步的详述。以A相分接开关为例，K_0A为并联调压线圈与串联输出线圈之间连接及并联调压线圈自我闭合形成回路的开关组合, 本实例A相并联调压线圈设置3个抽头档位，K_1A、K_2A、K_3A为对应各抽头档位连接开关，由对应的继电器驱动通断，继电器驱动电路与微处理器A相调压驱动模块连接。例如，要切换连接到K_1A所在的A相并联调压线圈档位进行调压时，由微处理器A相调压驱动模块发送驱动信号到继电器驱动电路，先将互锁开关K_0A由1端打到2端，这时，A相并联调压线圈与串联输出线圈之间断开，并联调压线圈自我闭合形成无外来电压的回路，构成电流互感器结构，相当于电流互感器二次侧，A相串联输出线圈串联在配电线路输入输出之间，配电线路保持直通，只流过线路电流，无自耦感应电压产生，相当于电流互感器一次侧，配电线路电压输出与输入基本保持不变，不影响后面负载的正常运行。然后，由微处理器A相调压驱动模块发送驱动信号到继电器驱动电路，控制K_1A闭合，K_2A、K_3A断开，切换A相并联调压线圈到K_1A所在的档位，实现调压档位的调整。再后，由微处理器A相调压驱动模块发送驱动信号到继电器驱动电路，将互锁开关K_0A由2端打回到1端，这时，A相并联调压线圈与A相串联输出线圈之间重新接通，并联调压线圈自我闭合回路断开，重新构成自耦变压器结构，并将新调整的K_1A所在并联调压线圈档位作为变压器初级绕组，通过并联调压线圈与串联输出线圈之间的变比变化所产生的自耦感应电压，达到配电线路A相输出端按该档位调整电压的目的。

附图2是控制器结构功能方框图。参考附图2。

所述的控制器包括：微处理器单元、A相电压采样模块、B相电压采样模块、C相电压采样模块、A相调压驱动模块、B相调压驱动模块、C相调压驱动模块，其中A相电压采样模块、B相电压采样模块、C相电压采样模块结构功能完全相同，分别与微处理器输入管脚连接，A相调压驱动模块、B相调压驱动模块、C相调压驱动模块结构功能完全相同，与微处理器输出管脚连接，微处理器内固化有具体实施调压方案的嵌入式控制软件，用于控制三相电压数据采样接收和调压驱动。

下面再结合附图2、附图3、附图4、附图5、附图6，以A相调压控制为例详述控制器的功能, B相、C相调压控制功能与Ａ相相同。A相电压采样模块由电压模拟输入单元、A/D转换单元组成， A相电压经电压模拟输入单元的电压互感器变换电路按比例变换成低电压信号，进入电压信号放大电路整理成为标准低电压信号，经由A/D转换电路变成数字信号供微处理器采样。A相调压驱动模块用于将微处理器输出的调压驱动信号进行功率放大，驱动电路对应A相的全部分接开关组合，通过将驱动信号进行功率放大，经过继电器对应驱动A相有载分接开关的各个开关动作。其工作流程为：微处理器循环采样三相电压，在采样到A相电压时，将采样值与设定的基准电压相比较，若在基准电压上下限差值范围内，不发控制命令，继续依次循环采样三相电压。若A相采样电压超过基准电压允许的上限差值，或小于基准电压允许的下限差值，则选定A相并联调压线圈调压效果最接近基准电压的调压档位，然后执行调压控制操作，微处理器先发驱动信号经A相调压驱动模块功率放大，驱动继电器断开A相并联调压线圈与A相串联输出线圈之间的连接开关，接着发驱动信号经功率放大，驱动继电器将A相并联调压线圈的接零开关闭合形成无外来电压输入回路，构成电流互感器结构，接着发驱动信号经功率放大，驱动继电器断开A相并联调压线圈原来连接的调压档位，再发驱动信号经功率放大，驱动继电器接通A相并联调压线圈新选定的调压档位，达到调压档位切换目的。然后发驱动信号经功率放大，驱动继电器断开A相并联调压线圈的接零开关回路，重新接通A相并联调压线圈与串联输出线圈之间的连接，重新构成自耦变压器结构，实现调压档位的调整。

三相自耦变压器，属于一种自耦串联调压变压器，该变压器采用这样的一种结构，每相均由各自独立的并联调压线圈、串联输出线圈组成。其中，并联调压线圈为自耦变压器的公共绕组，并接在变压器输入端作为初级绕组，产生交变电磁场，并联调压线圈为一个多个抽头档位的线圈，通过切换该线圈的不同档位进行调压。串联输出线圈作为次级绕组串联在配电线路输入输出端之间，产生自耦感应电压，按照串联输出线圈同名端方向的不同，可以调高或调低输出端电压。所有调压操作的开关组合，均设置在并联调压线圈，串联输出线圈无开关组合，通过自动控制开关组合的一系列接通和断开动作，切换并联调压线圈不同抽头档位，使并联调压线圈与串联输出线圈之间的变比产生变化，达到配电线路输出端按不同档位提升或降低电压的目的。三相自耦变压器每相均采用一种独特的结构：通过具有互锁功能的开关组合实现并联调压线圈与串联输出线圈之间自耦连接与断开，并且在并联调压线圈与串联输出线圈之间自耦断开时，并联调压线圈自动自我闭合形成回路，在并联调压线圈与串联输出线圈之间自耦连接时，并联调压线圈闭合回路自动断开。采用这样的一种结构后，当要对配电线路某一相进行调压时，先断开并联调压线圈与串联输出线圈之间的自耦连接，这时，并联调压线圈与配电线路输入端断开，自我闭合形成回路，构成电流互感器。并联调压线圈处于无电压输入的近似短路状态，相当于电流互感器二次侧，串联输出线圈无自耦感应电压产生，配电线路输入输出端保持直通，只流过线路电流，电压输出基本保持不变，不会产生电压跌落或闪变，不会出现涌流和电弧，对输出端后面的负载不产生影响，相当于电流互感器一次侧。这样，并联调压线圈在断开自耦连接的情况下通过构成电流互感器结构，保持了配电输出端的电压稳定和无涌流无电弧产生。然后，通过具有互锁功能的有载分接开关不同接点，切换并联调压线圈抽头档位，实现电压档位的调整，切换过程由于并联调压线圈处于无外来输入电压的闭合状态，不产生影响配电输出端的涌流和电弧。切换动作完成后，并联调压线圈与串联输出线圈之间自耦连接重新接通，并联调压线圈自我闭合回路同时断开，重新成为自耦变压器结构，这时，并联调压线圈按新调整的抽头档位成为变压器初级绕组，串联输出线圈所产生的自耦感应电压按调整后的变比变化，达到配电线路输出端按不同档位提升电压或降低电压的目的。三相有载分接开关，为具有互锁功能的开关组合，每一相的开关结构均相同并各自独立。可以使用交流接触器开关、复合开关或其他具有自动控制接通或断开的电力负荷开关，用于并联调压线圈与串联输出线圈之间的自耦连接断开时，并联调压线圈自我闭合形成回路，构成电流互感器结构；用于并联调压线圈与串联输出线圈之间自耦连接恢复接通时，并联调压线圈自我闭合回路断开，构成自耦变压器结构；用于构成电流互感器结构时，在并联调压线圈自我闭合回路中接通或断开不同抽头，实现电压档位的调整。分接开关的各组开关均各自连接有对应驱动继电器，通过控制器驱动模块输出驱动信号给所对应的驱动继电器，由驱动继电器启动对应的开关接通或断开。所述调压器控制器采用单片机控制电路组成，包括：微处理器单元、三相电压采样模块、三相调压驱动模块，其中：三相电压采样模块与微处理器输入管脚连接，分别采样各相电压数值，三相调压驱动模块与与微处理器输出管脚连接，分别输出各相调压驱动信号。微处理器内固化有具体实施调压方案的嵌入式控制软件，用于控制三相电压采样接收和调压操作。微处理器依序循环采样三相电压，与设定的某一基准电压值比较，若某一相采样电压大于基准电压且超过允许上限差值范围，则发出控制命令，通过三相调压驱动模块驱动控制驱动其中某一相有载分接开关动作切换对应该相并联调压线圈的降压档位，使该相并联调压线圈与串联输出线圈之间的变比变小，达到降低某一相电压的目的；若某一相采样电压小于基准电压且超过允许下限差值范围，则发出控制命令，通过三相调压驱动模块驱动控制驱动其中某一相有载分接开关动作切换对应该相并联调压线圈的升压档位，使该相并联调压线圈与串联输出线圈之间的变比变大，达到提升某一相电压的目的。

当某一相电压驱动控制各相分接开关组合按顺序接通和断开，交替构成自耦变压器结构或电流互感器结构，切换并联调压线圈不同抽头，达到调整电压的目的。