配变三相不平衡治理系统的制作方法

本实用新型属于电力配电技术领域，具体涉及一种配变三相不平衡治理系统。

背景技术：

目前，在广大的城乡中广泛地使用配电变压器将10kV变压后以380/220V的三相四线制系统向用户供电。由于用户的多种不一样的特点，在生产、生活用电中，配电变压器所供应的用户的用电特点不同，加上负载变化大等因素，配电变压器在运行中常出现三相负载不平衡的情况。三配电变压器长期处于三相不平衡运行状态将会影响变压器的寿命，增加变压器的损耗，同时导致一系列诸如电网电压下降、闪变、功率因数低、线路损耗增加的问题。三相负荷不平衡对配电台区的影响主要有四个方面：

1)造成配电变压器和负荷线路损耗增加；

2)配电台区重载相的电压质量下降；

3)配电变压器处理降低，电能转换效率下降；

4)三相不平衡运行造成配电变压器零序电流增大，引起的涡流损耗使配电变压器运行温度升高，危及变压器安全和寿命。

通过分析三相不平衡的根本原因实质上就是负荷网络不对称造成的，只要将负荷网络对称化，就可以使变压器对称运行。变压器不对称的三相负荷电流可采用对称分量法分解为正序、负序和零序三组对称分量，如果消除掉负序和零序，三相电流就会对称，但实施较为困难，需额外增加电力电子器件。实际上，在低压配电网特别是农网中，由于配电变压器众多，在每台变压器端安装负荷调补网络设备并不现实，所以该调整三相不平衡的方式都存在着实现成本过大的问题。通常采取将造成三相不平衡的单相负荷断电后，投切到另一相的方式来调整三相负荷平衡。但如果采取传统手动切换的方式，那么负荷的停电时间往往要超过30分钟，这大大降低了用户的供电可靠性。

专利一套配电三相不平衡的自动调平系统(公开号：CN204947606U)公开了一种包括数据集中器和自动调平装置，所述数据集中器安装在台站的出线端口，而台站通过导线连接自动调平装置的输入端。此系统只通过在出线端口处安装自动调平装置进行三相不平衡治理，数据集中器只是起到数据采集作用，但由于早期线路规划不周造成三相负荷分配不平衡的问题，并不需要对三相负荷进行经常性的快速调整，往往只需调整一次便可以保证较长时间的三相平衡，该装置无法实现实时灵活选择负荷换相切换，避免无谓的换相。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种配变三相不平衡治理系统，实施简单，成本低，能在保证供电可靠性的同时从根源上解决了负荷不平衡的问题，对配电变压器起到了很好的保护作用，能有效降低因不平衡带来的危害。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种配变三相不平衡治理系统，包括配变终端和换相开关，所述配变终端连接于配变的出线口端，所述换相开关连接于配变与用户负荷之间，所述配变终端通过无线或电力载波的方式与所述换相开关通信连接，所述配变终端通过GPRS或光纤的方式与监控中心通信连接；

所述配变终端包括第一CPU和分别与所述第一CPU连接的采集模块、通讯模块、后台通讯模块和数码管，所述采集模块连接连接配变的出线口端，所述通讯模块连接所述换相开关，所述后台通讯模块与监控中心通信连接；

所述换相开关包括电源模块、第二CPU和分别与所述第二CPU相互连接的电气量采集模块、通讯模块、分相开关状态采集模块和换相切换模块，所述电源模块供电给所述第二CPU，所述电气量采集模块与配变的出线连接，所述第二CPU通过所述通讯模块与所述配变终端通信连接，所述分相开关状态采集模块与所述换相切换模块连接。

优选的，所述配变终端还包括按键处理模块，所述按键处理模块连接所述第一CPU，可直接手动对配变终端进行参数设定，方便维修和控制。

优选的，所述采集模块采用电流互感器，所述电流互感器分别连接所述第一CPU和配变的出线口端，采集配电变压器低压侧三相电流。

优选的，所述换相开关还包括LED数码管，所述LED数码管与所述电气量采集模块连接，可显示电压、负荷电流值以及当前运行相别，同时结合下部按键可设置相关参数，也可人工手动换相。

优选的，所述电源模块采用交直流逆变封装电源，防尘防潮防氧化，交、直流两用，外部输入电压经抗干扰滤波回路后,利用逆变原理输出本装置需要的直流电压,即5V。

优选的，所述电气量采集模块包括电压互感器、电流互感器、低通滤波电路、定时器、信号采样电路、A/D转换器和频率跟踪采样电路，所述电压互感器和所述电流互感器的输入端与配变的出线连接，所述电压互感器和所述电流互感器的输出端与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路分别与所述信号采样电路和所述定时器连接，所述定时器连接所述第二CPU，所述信号采样电路与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器与所述频率跟踪采样电路连接，所述频率跟踪采集电路与所述LED数码管连接。

优选的，所述分相开关状态采集模块包括依次连接的光电隔离器和数据缓冲器，所述光电隔离器连接所述换相切换模块，所述数据缓冲器连接所述第二CPU，所述数据缓冲器与所述第二CPU之间设有软件去抖，可在软件的定时中断中读取开关量输入状态，经过适当时间的延时去抖，确认信号状态稳定。

本实用新型的有益效果是：利用带电换相装置来完成三相负荷自动平衡调整，换相装置接入A、B、C三相电压，通过内部转换机构仅提供某一单相给负荷使用，当配变出现三相不平衡时带电换相装置接收指令进行换相以达到负荷平衡的目的；精确的过零移相控制，与全可控硅模块过零投切开关的投切波形相同，全正弦波切换，无谐波产生，投切无涌流；与复合开关相比，去除了脆弱的可控硅，可靠性高；反应时间快速，投入时间小于60分钟；投入无涌流、分断无拉弧，不需要维护；安装简便，与各种接触器及复合开关安装类似。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型结构原理示意图；

图2是本实用新型的配变终端结构原理示意图；

图3是本实用新型的换相开关结构原理示意图；

图4是本实用新型的电气量采集模块结构原理示意图；

图5是本实用新型的分相开关状态采集模块结构原理示意图；

图6是本实用新型的换相开关工作原理示意图；

图7是本实用新型的换相开关工作步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，配变三相不平衡治理系统，包括配变终端和换相开关，配变终端连接于配变的出线口端，换相开关连接于配变与用户负荷之间，配变终端通过无线或电力载波的方式与换相开关通信连接，配变终端通过GPRS或光纤的方式与监控中心通信连接。在配电变侧安装一套配变智能终端，通过配变智能终端实时监测配电变压器的运行工况，在三相负荷不平衡越限的情况下，配变终端以通讯的方式(无线或电力载波)，选择性地遥控终端负荷的换相开关，将挂在重载相别的负荷，切换到轻载相别，以达到负荷平衡的目的。

如图2所示，配变终端包括第一CPU和分别与第一CPU连接的采集模块、通讯模块、后台通讯模块和数码管，采集模块连接连接配变的出线口端，通讯模块连接换相开关，后台通讯模块与监控中心通信连接；配变终端还包括按键处理模块，按键处理模块连接第一CPU，可直接手动对配变终端进行参数设定，方便维修和控制。采集模块采用电流互感器，电流互感器分别连接第一CPU和配变的出线口端，采集配电变压器低压侧三相电流计算三相不平衡率，同时实时与所有换相开关通讯获取每个支路的当前电流。在三相负荷不平衡越限的情况下，配变终端选择性地遥控终端负荷的换相开关，将挂在重载相别的负荷，切换到轻载相别。换相开关在规定时间内完成换相，同时将新的相别接入信息将上送配变终端。此时配变终端的CPU换相控制，结合切换后的负荷情况，复核负荷切换后的三相负荷平衡状态，并形成反馈加修正机制，最终达到负荷侧的三相负荷平衡。配变终端内嵌负荷CPU，可实时灵活选择负荷换相切换，并通过相应措施有效控制换相频率，避免无谓的换相。进一步地，数码管可实时显示电压、电流值以及当前运行相别，并可通过GPRS或光纤的方式与监控中心通信连接，实现实时监控状态，保证供电正常。

如图3所示，换相开关包括电源模块、第二CPU和分别与第二CPU相互连接的电气量采集模块、通讯模块、分相开关状态采集模块和换相切换模块，电源模块供电给第二CPU，电气量采集模块与配变的出线连接，第二CPU通过通讯模块与配变终端通信连接，分相开关状态采集模块与换相切换模块连接。换相开关可靠执行配变终端的换相命令，不误触发换相操作，且换相时间尽可能短，能使终端用户感受不到换相的切换过程，同时可以最大限度地保护用电设备。进一步地，换相开关还包括LED数码管，LED数码管可显示电压、负荷电流值以及当前运行相别，同时结合下部按键可设置相关参数，也可人工手动换相。正常状态下，换相开关以电力载波的形式与配变终端通讯，上送负荷所连接的相别(A/B/C)，以及当前实时负荷情况。

如图4所示，电气量采集模块包括电压互感器、电流互感器、低通滤波电路、定时器、信号采样电路、A/D转换器和频率跟踪采样电路，电压互感器和电流互感器的输入端与配变的出线连接，电压互感器和电流互感器的输出端与低通滤波电路连接，低通滤波电路分别与信号采样电路和定时器连接，定时器连接第二CPU，信号采样电路与A/D转换器连接，A/D转换器与频率跟踪采样电路连接，频率跟踪采集电路与LED数码管连接。采集量包括电压输入和电流输入两个部分，包含三相电压(Ua、Ub、Uc)、负荷电流(If)。换相开关将交流相电压Ua进行方波整形后接入定时器，利用边沿触发中断完成频率测量，交流通道示意图如下图所示，采用频率跟踪技术，实时监视系统频率的变化，然后实时调整数据采样的时间间隔，彻底消除了基频波动引起的计算误差，能保证在基频偏离工频50Hz的情况下准确计算出当时系统的基频分量。

如图5所示，分相开关状态量经过光电隔离，再经数据缓冲器，输入到第二CPU上，当输入信号为高电平时读到的数据为“1”，反之，当输入信号为低电平时读到得数据为“0”。可在软件的定时中断中读取开关量输入状态，经过适当时间的延时去抖，确认信号状态稳定。

如图6所示，当换相开关接收到换相指令后，其内部集成的控制电路先打开导通相的电力开关元件，于电流过零时实现关断，然后触发目标相的电力开关元件,并在电压到达零位时导通。这种工作模式可以抑制作用在系统上的暂态效应，减小分合过程对回路部件的冲击。电气量采集模块采集的模拟量和分相开关状态采集模块采集的数字量最终经过数据缓冲器进入第二CPU进行数据交互计算，从而发出相应换相指令且与配变终端通过电力载波进行通信连接。

如图7所示，当配变低压侧三相电流不平衡越限时，配变终端通过换相策略，确定对本换相开关进行换相操作后，以载波通讯形式对本换相开关下发换相命令。换相开关首先会进行上电自检，自检通过后进行频率测量和实时调整采样间隔，计算模拟量复制和相值，对配变终端的通信任务进行处理并且上送实时数据接收控制命令，如果需要进行换相判断电流过零点，断开当前相开关，进一步判断目标相过零点，合上目标相开关。通过通讯模块上送切换结果，可按下读取按键状态通过LED数码管指示刷新进行运行自检，重复进行换相工作。

如图1-7所示，配变三相不平衡治理系统采用配变终端采集配电变压器低压侧三相电流计算三相不平衡率，同时实时与所有换相开关通讯获取每个支路的当前电流。在三相负荷不平衡越限的情况下，配变终端选择性地遥控终端负荷的换相开关，将挂在重载相别的负荷，切换到轻载相别。换相开关在规定时间内完成换相，同时将新的相别接入信息将上送配变终端。此时配变终端的换相控制策略模块，结合切换后的负荷情况，复核负荷切换后的三相负荷平衡状态，并形成反馈加修正机制，最终达到负荷侧的三相负荷平衡。配变智能终端内嵌负荷分析策略模块，可实时灵活选择负荷换相切换，并通过相应措施有效控制换相频率，避免无谓的换相。软件系统同时对终端负荷引入负荷重要性分级，对重要负荷或有特殊要求的负荷，可不换相或尽量避免换相。

以一个10kV柱上台区变配变系统为例，该台区变有20多个终端用户。在配电箱安装一套配变终端，其可实时监视配变低压出线三相电流负载的变化情况。在若干个用户终端引入三相电缆，并接入换相开关，用户电源由三相开关引入，这样用户终端可使用三相电源中的任意一相，具体使用三相中的哪一项可由换相切换开关实时进行控制。在某一时刻，该台区变配变系统的负荷表1所示，其中带*号的用户加装了换相开关:

表1

如在此时将三相不平衡治理系统投入工作，系统可根据目前台区变三相不平衡情况，对装有换相开关的用户的负载相进行切换，以平衡配变的三相负载，如表2所示：

表2

三相不平衡治理系统将用户2和用户3的负载从B相切换到了A相，该配变系统的三相不平衡度有了明显的改善，如加装换相开关的用户越多，对于配变系统的负载控制会更加精确。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。