节能型三相有功电流全自动平衡电路结构的制作方法

本实用新型涉及电力行业技术领域，具体涉及一种节能型三相有功电流全自动平衡电路结构。

背景技术：

低压电网三相不平衡电流是一种普遍存在的现象。由于用户接入随机性和投入不同时性造成三相负荷不平衡，三相线路流过的电流有可能差别很大，造成零线流过的电流也很大，引起严重的供电电压质量及损耗。三相负荷不平衡将增加电网损耗，严重影响供电质量，三相不平衡是一直困扰供电单位的主要问题。

为了解决三相不平衡电流，现阶段对用户侧传统方案大多采用单相电容器分相补偿、通过换相装置、人工调相的办法。电容补偿是对电流较大的相多投补偿电容，对电流小的相少投甚至不投补偿电容，以达到平衡三相电流的目的，但是这种方法得不到良好的补偿，并且依然会有零序电流；换相装置需要在用户或线路上安装负荷切换开关，成本高，切换时会出现断电现象，对用户用电影响严重；人工调相难以获取用户负荷数据，调相工作量大，效果不明显。三种方式均不可取。目前一些治理三相不平衡设备再调节过程中会产生大量谐波，会增加配电变压器电能损耗及线路损耗等额外的能量损耗，同时对输电网络造成污染，提高了电力设备及负荷设备的损坏率，大大的降低了用电系统的安全性。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以解决供电网络三相有功电流严重不平衡的节能型三相有功电流全自动平衡电路结构。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

节能型三相有功电流全自动平衡电路结构，包括三相电压、零线、电流互感器、反相变压器、可调电抗器、可调电容器、接触器；

第一组反相变压器选相控制接触器的进线端分别与三相电压连接；第一组反相变压器选相控制接触器的出线端接在一起与第一组反向变压器的一次线圈上抽头连接；第一组反向变压器的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；第一组反向变压器二次线圈上抽头接第一组可调电抗器或第一组可调电容器的进线端；第一组可调电抗器或第一组可调电容器的出线端与第一组正向电压选相控制接触器的出线端连接；第一组正向电压选相控制接触器的进线端分别与三相电压连接；

第二组反相变压器选相控制接触器的进线端分别与三相电压连接；第二组反相变压器选相控制接触器的出线端接在一起与第二组反向变压器的一次线圈上抽头连接；第二组反向变压器的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；第二组反向变压器二次线圈上抽头接第二组可调电抗器或第二组可调电容器的进线端；第二组可调电抗器或第二组可调电容器的出线端与第二组正向电压选相控制接触器的出线端连接；第二组正向电压选相控制接触器的进线端分别与三相电压连接。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过控制电路结构中各接触器的闭合与断开，实现了实时、动态、精准地调整三相有功电流，提高动态电流的平衡性，并降低了产品功耗，节约能源，使配电变压器的三相负荷电流实现平衡、三相电压平衡、功率因数合格，符合国家要求。

本实用新型是节能型电路结构，无电子开关与高频量合成，运行过程中不产生谐波，不会对电网造成高频污染，也不会产生附加损耗和干扰等情况，并且产品自身功耗低，节约能源，提高了装置的扩展性，有较高的推广应用价值和社会经济效益。

本实用新型由于调整条件少，进入平衡状态较快，工作状态稳定，同时，维护量小，减少了运行成本，运行(使用期)结束，残值较高。

本实用新型节能型三相有功电流全自动平衡电路结构通过调节三相输入有功电流的平衡度，真正意义上实现了高低压电网三相电流平衡，并提高电能质量，降低线路损耗，降低配电变压器电能损耗，提高配电变压器的供电效率，延长配电变压器等电力设备使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型：

图1为本实用新型的主电路电抗器调节原理图；

其中：ct1和ct2为电流互感器，分别采集输入侧与负荷侧三相电流值；fsby1和fsby2分别为第一组反向变压器和第二组反向变压器，用来产生三相电压的反向电压；ktdk1和ktdk2分别为第一组可调电抗器和第二组可调电抗器，其中kx1到kxn为第一组可调电抗器电抗选择控制接触器，ky1到kyn为第二组可调电抗器电抗选择控制接触器；km1、km2、km3为第一组反相变压器选相控制接触器；km4、km5、km6为第一组正向电压选相控制接触器；km7、km8、km9为第二组反相变压器选相控制接触器；km10、km11、km12为第二组正向电压选相控制接触器；ua、ub、uc代表三相电压，un代表零线。

图2为本实用新型的主电路电容器调节原理图；

其中：ct3和ct4为电流互感器，分别采集输入侧与负荷侧三相电流值；fsby3和fsby4分别为第一组反向变压器和第二组反向变压器，用来产生三相电压的反向电压；ktdr1和ktdr2分别为第一组可调电容器和第二组可调电容器，其中kz1到kzn为第一组可调电容器电容选择控制接触器，kf1到kfn为第二组可调电容器电容选择控制接触器；km13、km14、km15为第一组反相变压器选相控制接触器；km16、km17、km18为第一组正向电压选相控制接触器；km19、km20、km21为第二组反相变压器选相控制接触器；km22、km23、km24为第二组正向电压选相控制接触器；ua、ub、uc代表三相电压，un代表零线。

图3为本实用新型的主电路电容器和电抗器共同调节原理图；

其中：ct5和ct6为电流互感器，分别采集输入侧与负荷侧三相电流值；fsby5和fsby6分别为第一组反向变压器和第二组反向变压器，用来产生三相电压的反向电压；ktdk3和ktdr3分别为第一组可调电抗器和第二组可调电容器，其中kj1到kjn为第一组可调电抗器电抗选择控制接触器，ks1到ksn为第二组可调电容器电容选择控制接触器；km25、km26、km27为第一组反相变压器选相控制接触器；km28、km29、km30为第一组正向电压选相控制接触器；km31、km32、km33为第二组反相变压器选相控制接触器；km34、km34、km36为第二组正向电压选相控制接触器；ua、ub、uc代表三相电压，un代表零线。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

实施例1：

如图1所示，其示出了本实用新型的一种节能型三相有功电流全自动平衡电路结构，包括三相电压(ua、ub、uc)、零线(un)和电流互感器(ct1、ct2)，反相变压器(fsby1、fsby2)、可调电抗器(ktdk1、ktdk2)、接触器(km1～km12)；

km1、km2、km3的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km1、km2、km3的出线端接在一起与反向变压器fsby1的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby1的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby1二次线圈上抽头接可调电抗器ktdk1的进线端；可调电抗器ktdk1的出线端与km4、km5、km6的出线端连接；km4、km5、km6的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；

km7、km8、km9的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km7、km8、km9的出线端接在一起与反向变压器fsby2的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby2的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby2二次线圈上抽头接可调电抗器ktdk2的进线端；可调电抗器ktdk2的出线端与km10、km11、km12的出线端连接；km10、km11、km12的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接。

调整有功电流方法一，利用可调电抗器调整：

当负荷侧负载启动后，此时平衡装置处于不调节状态，当负荷平稳运行并检测各环节没有故障后由人工或者系统自动进入调整阶段。如图1，通过电流互感器ct1采集的负荷侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出负荷侧三相电流的有功分量即三相有功电流ipa1、ipb1、ipc1。并计算得出三相有功电流的平均值ipar1。用三相有功电流ipa1、ipb1、ipc1减去三相有功电流的平均值ipar1，分别得出三相有功电流需要调整的有功电流值ipta1、iptb1、iptc1(ipta1、iptb1、iptc1为差值的绝对值)，其中小于平均值ipar1的相代表需要增加的量值，大于平均值ipar1的相代表需要减少的量值(增加的量之和等于减少的量之和)。判断得出12种可能调整的情况：

1.a相不变、b相需增加、c相需减少

2.a相不变、b相需减少、c相需增加

3.a相需增加、b相不变、c相需减少

4.a相需减少、b相不变、c相需增加

5.a相需减少、b相需增加、c相不变

6.a相需增加、b相需减少、c相不变

7.a相需增加、b相需增加、c相需减少

8.a相需增加、b相需减少、c相需增加

9.a相需增加、b相需减少、c相需减少

10.a相需减少、b相需增加、c相需增加

11.a相需减少、b相需减少、c相需增加

12.a相需减少、b相需增加、c相需减少

利用可调电抗器调整的方式，分为三种模式，即a相有功电流增加c相有功电流减少、b相有功电流增加a相有功电流减少、c相有功电流增加b相有功电流减少。当计算好三相有功电流需要调整的有功电流后，判断ipta1、iptb1、iptc1绝对值的大小以及三相分别调整的方向(增加或者减少)。

举例一种情况(a相需增加、b相需增加、c相需减少)进行调整，选取需要调整值最大的相为基准，其中c相调整的值等于a相、b相调整值之和，所以以c相调整为基准，上述三种模式中选择a相有功电流增加c相有功电流减少的模式，将图1中km1、km6接触器吸合，再根据c相减少电流的值，计算出可调电抗器ktdk1需要输出的电流值i1(i1＝iptc1/cos30°)，并调整对应的接触器(kx1到kxn)吸合与断开，接触器动作完成后c相有功电流调整完毕。调整后会变成c相不变、a相需减少、b相需增加，增加和减少的有功电流值为iptb1，再利用三种模式中b相有功电流增加a相有功电流减少的模式，将图1中km8、km10接触器吸合，再根据b相减少电流的值，计算出可调电抗器ktdk2需要输出的电流值i2(i2＝iptb1/cos30°)，并调整对应的接触器(ky1到kyn)吸合与断开，接触器动作完成后a相与b相有功电流也调整完毕。调整完成后，通过电流互感器ct2采集的输入侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出输入侧三相有功电流，判断是否达到平衡标准，没达到继续以上动作进行微调直至达到平衡标准，达到后保持当前状态并实时监测有功电流，实时调整。

根据以上举例，利用上述可调电抗器方式中的三种模式，可以解决任意一种三相有功电流不平衡状态，其中需要减少有功电流的相接正向电压选相控制接触器选择对应的相线、需要增加有功电流的相接反相变压器选相控制接触器选择对应的相线。

实施例2：

如图2所示，其示出了本实用新型的一种节能型三相有功电流全自动平衡电路结构，包括三相电压(ua、ub、uc)、零线(un)和电流互感器(ct3、ct4)，反相变压器(fsby3、fsby4)、可调电容器(ktdr1、ktdr2)、接触器km13～km24)；

km13、km14、km15的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km13、km14、km15的出线端接在一起与反向变压器fsby3的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby3的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby3二次线圈上抽头接可调电容器ktdr1的进线端；可调电容器ktdr1的出线端与km16、km17、km18的出线端连接；km16、km17、km18的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；

km19、km20、km21的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km19、km20、km21的出线端接在一起与反向变压器fsby4的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby4的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby4二次线圈上抽头接可调电容器ktdr2的进线端；可调电容器ktdr2的出线端与km22、km23、km24的出线端连接；km22、km23、km24的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接。

调整有功电流方法二，利用可调电容器调整：

当负荷侧负载启动后，此时平衡装置处于不调节状态，当负荷平稳运行并检测各环节没有故障后由人工或者系统自动进入调整阶段。如图2，通过电流互感器ct3采集的负荷侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出负荷侧三相电流的有功分量即三相有功电流ipa2、ipb2、ipc2。并计算得出三相有功电流的平均值ipar2。用三相有功电流ipa2、ipb2、ipc2减去三相有功电流的平均值ipar2，分别得出三相有功电流需要调整的有功电流值ipta2、iptb2、iptc2(ipta2、iptb2、iptc2为差值的绝对值)，其中小于平均值ipar2的相代表需要增加的量值，大于平均值ipar2的相代表需要减少的量值(增加的量之和等于减少的量之和)。判断得出12种可能调整的情况：

1.a相不变、b相需增加、c相需减少

2.a相不变、b相需减少、c相需增加

3.a相需增加、b相不变、c相需减少

4.a相需减少、b相不变、c相需增加

5.a相需减少、b相需增加、c相不变

6.a相需增加、b相需减少、c相不变

7.a相需增加、b相需增加、c相需减少

8.a相需增加、b相需减少、c相需增加

9.a相需增加、b相需减少、c相需减少

10.a相需减少、b相需增加、c相需增加

11.a相需减少、b相需减少、c相需增加

12.a相需减少、b相需增加、c相需减少

利用可调电容器调整的方式，分为三种模式，即a相有功电流减少c相有功电流增加、b相有功电流减少a相有功电流增加、c相有功电流减少b相有功电流增加。当计算好三相有功电流需要调整的有功电流后，判断ipta2、iptb2、iptc2绝对值的大小以及三相分别调整的方向(增加或者减少)。

举例一种情况(a相需增加、b相需增加、c相需减少)进行调整，选取需要调整值最大的相为基准，其中c相调整的值等于a相、b相调整值之和，所以以c相调整为基准，上述三种模式中选择c相有功电流减少b相有功电流增加的模式，将图2中km15、km17接触器吸合，再根据c相减少电流的值，计算出可调电容器ktdr1需要输出的电流值i3(i3＝iptc2/cos30°)，并调整对应的接触器(kz1到kzn)吸合与断开，接触器动作完成后c相有功电流调整完毕。调整后会变成c相不变、a相需增加、b相需减少，增加和减少的有功电流值为ipta2，再利用三种模式中b相有功电流减少a相有功电流增加的模式，将图2中km20、km22接触器吸合，再根据a相减少电流的值，计算出可调电容器ktdr2需要输出的电流值i4(i4＝ipta2/cos30°)，并调整对应的接触器(kf1到kfn)吸合与断开，接触器动作完成后a相与b相有功电流也调整完毕。调整完成后，通过电流互感器ct4采集的输入侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出输入侧三相有功电流，判断是否达到平衡标准，没达到继续以上动作进行微调直至达到平衡标准，达到后保持当前状态并实时监测有功电流，实时调整。

根据以上举例，利用上述可调电容器方式中的三种模式，可以解决任意一种三相有功电流不平衡状态，其中需要增加有功电流的相接正向电压选相控制接触器选择对应的相线、需要减少有功电流的相接反相变压器选相控制接触器选择对应的相线。

实施例3：

如图3所示，其示出了本实用新型的一种节能型三相有功电流全自动平衡电路结构，包括三相电压(ua、ub、uc)、零线(un)和电流互感器(ct5、ct6)，反相变压器(fsby5、fsby6)、可调电抗器(ktdk3)、可调电容器(ktdr3)、接触器km25～km36)；

km25、km26、km27的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km25、km26、km27的出线端接在一起与反向变压器fsby5的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby5的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby5二次线圈上抽头接可调电抗器ktdk3的进线端；可调电抗器ktdk3的出线端与km28、km29、km30的出线端连接；km28、km29、km30的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；

km31、km32、km33的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接；km31、km32、km33的出线端接在一起与反向变压器fsby6的一次线圈上抽头连接；反向变压器fsby6的一次线圈下抽头和二次线圈的下抽头连接共同接到零线上；反向变压器fsby6二次线圈上抽头接可调电容器ktdr3的进线端；可调电容器ktdr3的出线端与km34、km35、km36的出线端连接；km34、km35、km36的进线端分别与三相电压ua、ub、uc连接。

调整有功电流方法三，利用可调电容器和可调电抗器调整：

当负荷侧负载启动后，此时平衡装置处于不调节状态，当负荷平稳运行并检测各环节没有故障后由人工或者系统自动进入调整阶段。如图3，通过电流互感器ct5采集的负荷侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出负荷侧三相电流的有功分量即三相有功电流ipa3、ipb3、ipc3。并计算得出三相有功电流的平均值ipar3。用三相有功电流ipa3、ipb3、ipc3减去三相有功电流的平均值ipar3，分别得出三相有功电流需要调整的有功电流值ipta3、iptb3、iptc3(ipta3、iptb3、iptc3为差值的绝对值)，其中小于平均值ipar3的相代表需要增加的量值，大于平均值ipar3的相代表需要减少的量值(增加的量之和等于减少的量之和)。判断得出12种可能调整的情况：

1.a相不变、b相需增加、c相需减少

2.a相不变、b相需减少、c相需增加

3.a相需增加、b相不变、c相需减少

4.a相需减少、b相不变、c相需增加

5.a相需减少、b相需增加、c相不变

6.a相需增加、b相需减少、c相不变

7.a相需增加、b相需增加、c相需减少

8.a相需增加、b相需减少、c相需增加

9.a相需增加、b相需减少、c相需减少

10.a相需减少、b相需增加、c相需增加

11.a相需减少、b相需减少、c相需增加

12.a相需减少、b相需增加、c相需减少

利用可调电容器和可调电抗器调整的方式，分为六种模式，即可调电容器三种a相有功电流减少c相有功电流增加、b相有功电流减少a相有功电流增加、c相有功电流减少b相有功电流增加；可调电抗器三种a相有功电流增加c相有功电流减少、b相有功电流增加a相有功电流减少、c相有功电流增加b相有功电流减少。当计算好三相有功电流需要调整的有功电流后，判断ipta3、iptb3、iptc3绝对值的大小以及三相分别调整的方向(增加或者减少)。

举例一种情况(a相需增加、b相需增加、c相需减少)进行调整，选取需要调整值最大的相为基准，其中c相调整的值等于a相、b相调整值之和，所以以c相调整为基准，上述六种模式中选择可调电抗器c相有功电流减少a相有功电流增加的模式，将图3中km25、km30接触器吸合，再根据a相增加电流的值，计算出可调电容器ktdk3需要输出的电流值i5(i5＝ipta3/cos30°)，并调整对应的接触器(kj1到kjn)吸合与断开，接触器动作完成后a相有功电流调整完毕。调整后会变成c相需减少、a相不变、b相需增加，增加和减少的有功电流值为iptb3，再利用六种模式中可调电容器c相有功电流减少b相有功电流增加的模式，将图3中km32、km36接触器吸合，再根据b相增加电流的值，计算出可调电容器ktdr3需要输出的电流值i6(i6＝iptb3/cos30°)，并调整对应的接触器(ks1到ksn)吸合与断开，接触器动作完成后c相与b相有功电流也调整完毕。调整完成后，通过电流互感器ct6采集的输入侧三相电流，通过仪表采集的三相电压和三相有功功率等电参数，计算出输入侧三相有功电流，判断是否达到平衡标准，没达到继续以上动作进行微调直至达到平衡标准，达到后保持当前状态并实时监测有功电流，实时调整。

根据以上举例，利用上述可调电容器方式中的三种模式和可调电抗器方式中的三种模式，可以解决任意一种三相有功电流不平衡状态，其中可调电容器方式中需要增加有功电流的相接正向电压选相控制接触器选择对应的相线、需要减少有功电流的相接反相变压器选相控制接触器选择对应的相线；其中可调电抗器方式中需要减少有功电流的相接正向电压选相控制接触器选择对应的相线、需要增加有功电流的相接反相变压器选相控制接触器选择对应的相线。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。