專利名稱：一種三相負(fù)荷不平衡限制方法及調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓配網(wǎng)的安全、節(jié)能及提高電能質(zhì)量的方法及配電設(shè)備，即三 相負(fù)荷不平衡限制方法及調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器。
背景技術(shù)：
如所周知，低壓電網(wǎng)的三相不平衡一直就是困擾供電單位的主要問題之一，是一 個“世界小難題”。低壓配網(wǎng)是最直接最多給用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，三相用電與單相用電往往混 雜在一起，特別一些不可控增容，大功率單項(xiàng)負(fù)載接入低壓配網(wǎng)，再加各種單項(xiàng)負(fù)荷性質(zhì)不 同，使用的不同時性等因素造成低壓電網(wǎng)三相負(fù)載不平衡問題突出及普遍存在，三相電流 不平衡使電力系統(tǒng)或局部中性點(diǎn)發(fā)生偏移，低壓電網(wǎng)電壓質(zhì)量下降使得某些相電壓偏低， 用電器不能正常運(yùn)行，某些相電壓偏高甚至很高，損壞電器，負(fù)荷不平衡還顯著增加三相火 線和變壓器繞組上的損耗，形成的零線電流更加大低壓線路的損耗，尤其是負(fù)荷大、線路長 的配電變壓器其損失電量也更顯著；三相負(fù)荷不平衡，負(fù)荷集中于一、二相上，減少了配變 的出力，也容易損壞變壓器的某些相繞組或零線電流過載，燒斷零線，進(jìn)一步造成事故，危 及安全等。隨著社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，低壓用電急增，配電網(wǎng)絡(luò)也在飛速擴(kuò)大，而且變的更為 復(fù)雜，三相負(fù)荷不平衡問題也愈加突出，為此不少人對這個問題進(jìn)行了研究，目前在國外有 將先進(jìn)的電子技術(shù)應(yīng)用過來，把不平衡的三相電流經(jīng)過交流_直流_交流一系列變換，然后 得到穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、穩(wěn)相的交流電，相當(dāng)于一臺三相電動機(jī)拖動一臺三相發(fā)電機(jī)，雖可消除相 應(yīng)電網(wǎng)的不平衡電流，但成本高、價(jià)格昂貴，諧波污染比較嚴(yán)重，目前僅適用于某些精密儀 器和一些電子設(shè)備等較小范圍。在國內(nèi)有用單相電容器分相補(bǔ)償?shù)霓k法，這種辦法有時可 以使三相電流在大、小上近似相等，但由于負(fù)荷性質(zhì)不同，各相功率因數(shù)不同，三相電流的 向量和不為零，零線仍有一定電流流過，又由于單相負(fù)荷變化隨機(jī)性很大，中性點(diǎn)位移仍然 突出，三相電壓不對稱，自然效果不夠理想，近來雖出現(xiàn)一些改進(jìn)辦法，但也都存在這樣那 樣問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備，用來限制由于三相電力負(fù)荷不平衡而帶來 的“不平衡損耗”及非正常狀態(tài)或故障，提高安全狀況和電能質(zhì)量。本發(fā)明技術(shù)方案在低壓配網(wǎng)的負(fù)荷重要節(jié)點(diǎn)處，安裝略大于支線負(fù)荷容量的調(diào) 壓型三相負(fù)荷不平衡限制器。該三相負(fù)荷不平衡限制器在節(jié)點(diǎn)處與負(fù)荷構(gòu)成新的三相供電 系統(tǒng)并產(chǎn)生出新地中性線N’，就此把零序電流路徑限制在節(jié)點(diǎn)以下。同時在該系統(tǒng)上除設(shè) 有一般性過電流、過電壓保護(hù)外，在N’上裝有安全電壓(36V)保護(hù)器，當(dāng)N’線上出現(xiàn)高電 壓時，N’線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設(shè)置了相應(yīng)保護(hù)和信號裝 置。在上述技術(shù)方案中，所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器由或自耦式三相負(fù)荷不平衡器、或隔離式三相負(fù)荷不平衡器和調(diào)壓開關(guān)構(gòu)成；所述的自耦式三相負(fù)荷不平衡器是三相三柱式線圈，三相三柱式線圈分為共用線 圈和調(diào)壓線圈，三相三個共用線圈末端接成星型，中性點(diǎn)引出零線N’，A相調(diào)壓線圈與B相 共用線圈連接，B相調(diào)壓線圈與C相共用線圈連接，C相調(diào)壓線圈與A相共用線圈連接；所述的隔離式三相負(fù)荷不平衡器是三相三柱式線圈，由沒有電聯(lián)系的電源側(cè)線圈 與負(fù)荷側(cè)線圈構(gòu)成，負(fù)荷側(cè)線圈分為基本線圈和調(diào)壓線圈，三相基本線圈末端連成星型，中 點(diǎn)引出零線N，負(fù)荷側(cè)線圈連接方式為A相調(diào)壓線圈與B相基本線圈相連接，B相調(diào)壓線圈 與C相基本線圈相連接，C相調(diào)壓線圈與A相基本線圈相連接；
所述的調(diào)壓開關(guān)由選擇開關(guān)和轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)為串接限流 電阻的無觸點(diǎn)晶閘管開關(guān)，調(diào)壓開關(guān)還設(shè)置有調(diào)壓控制器和無觸點(diǎn)晶閘管控制器。所述的調(diào)壓控制器由采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、輸出鎖定電路，驅(qū)動電路、定時允許 電路組成。所述的無觸點(diǎn)晶閘管控制器由光控元件、晶閘管、壓敏電阻、電壓保護(hù)電路、整流 電路及負(fù)載驅(qū)動電路組成。有益的效果1、把造成低壓系統(tǒng)不平衡的零序電流限制在安裝線路節(jié)點(diǎn)以下，使其節(jié)點(diǎn)以上線 路與配電變壓器相間負(fù)荷平衡，從而消除了這部分的可觀損耗。同時，消除了由于三相不平 衡帶來的多種危害，可使低壓配網(wǎng)安全水平大大提升。2、匹配支線負(fù)荷選用小容量負(fù)荷不平衡限制器，使用靈活；當(dāng)支線負(fù)荷增大時，可 并聯(lián)使用負(fù)荷不平衡限制器，用途廣、效果好。3、本發(fā)明調(diào)壓后，對保證用戶電壓質(zhì)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量及節(jié)電優(yōu)點(diǎn)非常明顯。4、具有多種全面保護(hù)功能。尤其有缺相、零線斷線、相線與零線錯接保護(hù)功能，大 大提升了電氣設(shè)備和人員安全水平。5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、可靠、壽命長、價(jià)格適宜。


圖1是本發(fā)明調(diào)壓型不平衡負(fù)荷限制器含自耦式三相負(fù)荷不平衡器時在低壓配 電系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)電原理示意圖。圖2是本發(fā)明調(diào)壓型不平衡負(fù)荷限制器含隔離式三相負(fù)荷不平衡器時在低壓配 電系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)電原理示意圖。圖3是自耦式三相負(fù)荷不平衡限制器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是隔離式三相負(fù)荷不平衡限制器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明含自耦式三相負(fù)荷不平衡器時調(diào)壓開關(guān)的轉(zhuǎn)換開關(guān)與選擇開關(guān)電 氣連接原理示意圖。圖6是本發(fā)明調(diào)壓開關(guān)的調(diào)壓控制器電路原理框圖。圖7是本發(fā)明調(diào)壓開關(guān)的無觸點(diǎn)晶閘管控制器電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，在低壓配電系統(tǒng)1的一個節(jié)點(diǎn)處，接有三相平衡負(fù)荷2的平衡支線，平衡負(fù)荷2的中性線接低壓配電系統(tǒng)1的零線N，零線N首端一點(diǎn)接地。而在節(jié)點(diǎn)處還接有 三相不平衡負(fù)荷3的支線4，在節(jié)點(diǎn)處支線4的末端裝設(shè)由自耦式三相負(fù)荷不平衡器和調(diào)壓 開關(guān)構(gòu)成的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器5，限制器5的上側(cè)裝設(shè)具有過流過壓保護(hù)的低 壓開關(guān)6，三相不平衡負(fù)荷3的中性線7與限制器5的零線N’連接在一起，構(gòu)成新系統(tǒng)的零 線，零線不接地。為防止某些因素導(dǎo)致N’線上有危險(xiǎn)過電壓，在N’線上裝設(shè)36V安全電壓 保護(hù)器8。如圖2所示，在三相不平衡負(fù)荷3的支線4節(jié)點(diǎn)處裝設(shè)由隔離式三相不平衡負(fù)荷 限制器和調(diào)壓開關(guān)構(gòu)成的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器5，不平衡負(fù)荷3的中性點(diǎn)引線7和 限制器5的零線N連接起來構(gòu)成新的電路系統(tǒng)的零線N，因?yàn)榕c原配網(wǎng)在電方面的隔離，為 了安全需要，N線可在調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡器5安裝處一點(diǎn)直接接地。另外負(fù)荷端還裝 有過壓保護(hù)器9。由上述可知，在低壓配網(wǎng)的負(fù)荷重要節(jié)點(diǎn)處，安裝略大于支線負(fù)荷容量的調(diào)壓型 三相負(fù)荷不平衡限制器。該調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器在節(jié)點(diǎn)處與負(fù)荷構(gòu)成新的三相供 電系統(tǒng)并產(chǎn)生出新地中性線N’，就此把零序電流路徑限制在節(jié)點(diǎn)以下。同時在該系統(tǒng)上除 設(shè)有一般性過電流、過電壓保護(hù)外，在N’上裝有安全電壓(36V)保護(hù)器，當(dāng)N’線上出現(xiàn)高電 壓時，N’線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設(shè)置了相應(yīng)保護(hù)和信號裝 置。也即是在節(jié)點(diǎn)處調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器5切斷了原配網(wǎng)零線N與負(fù)荷的連接， 調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器5與不平衡負(fù)荷3等構(gòu)成了新的三相四線系統(tǒng)，零序電流不 再流經(jīng)原配網(wǎng)零線回到配電變壓器，而是流經(jīng)新的很短的零線N’，與調(diào)壓型三相負(fù)荷不平 衡限制器5自成回路，零序電流回到限制器后零序磁通被限制器5的消零磁通線圈抵消，零 序電流引起的限制器本身損耗也被消除。如圖3所示，自耦式三相負(fù)荷不平衡器為三相三柱式線圈，由共用線圈10和調(diào)壓 線圈11構(gòu)成，三相三個共用線圈末端接成星型，中性點(diǎn)引出零線N’，A相調(diào)壓線圈11與B 相共用線圈10連接，B相調(diào)壓線圈11與C相共用線圈10連接，C相調(diào)壓線圈11與A相共 用線圈10連接；調(diào)壓線圈11與另一相共用線圈10連接后，必須讓零序電流產(chǎn)生的磁通互 相抵消，從而減少零序電流給限制器帶來的損耗及影響，這種連接方式連接的線圈可稱為 消零磁通線圈；A、B、C為自耦式三相負(fù)荷不平衡器輸入端，接低壓配網(wǎng)，a、b、c、N為輸出端， 接三相不平衡負(fù)荷。如圖4所示，隔離式三相負(fù)荷不平衡限制器亦是三相三柱式線圈，由電源側(cè)線圈 12與負(fù)荷側(cè)線圈構(gòu)成，負(fù)荷側(cè)線圈分為基本線圈13和調(diào)壓線圈14 ；電源側(cè)線圈12與負(fù)荷 側(cè)線圈額定電壓相同，但沒有電的聯(lián)系，電源側(cè)線圈12中性點(diǎn)不引出，負(fù)荷側(cè)線圈分為基 本線圈13和調(diào)壓線圈14，三相三個基本線圈13末端連成星型，中點(diǎn)引出零線N"。負(fù)荷側(cè) 線圈連接方式為A相調(diào)壓線圈14與B相基本線圈13相連接，B相調(diào)壓線圈14與C相基本 線圈13相連接，C相調(diào)壓線圈14與A相基本線圈13相連接。兩種線圈連接也必須使零序 磁通相抵消；A、B、C為隔離式三相負(fù)荷不平衡器輸入端，接低壓配網(wǎng)，a、b、c、N為輸出端， 接三相不平衡負(fù)荷。本發(fā)明由于設(shè)置有消除零序磁通繞組，從而抵消了零序電流在本限制器中的影 響；三相負(fù)荷不平衡限制器在負(fù)荷增長較大等狀況時，三相負(fù)荷不平衡限制器可并聯(lián)使用。由圖3、圖4、圖5可以看出，調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器輸出端設(shè)置有多個調(diào)壓抽頭供自動調(diào)壓開關(guān)調(diào)整輸出電壓大小。調(diào)壓開關(guān)由選擇開關(guān)15和轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)構(gòu)成，由 圖5可以看出其中轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)為串接有限流電阻17的無觸點(diǎn)晶閘管開關(guān)16，在轉(zhuǎn)換過程 中不產(chǎn)生電??；選擇開關(guān)采用帶有緩沖壓縮彈簧的橋型動觸頭，觸點(diǎn)鍍銀開關(guān)，操動機(jī)構(gòu)為 直流雙向直動式電磁機(jī)構(gòu)，制動采用永久磁鐵，整個調(diào)壓過程為無弧調(diào)壓。如圖5所示，本發(fā)明調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器調(diào)壓開關(guān)的轉(zhuǎn)換開關(guān)與選擇開 關(guān)15并聯(lián)使用完成調(diào)壓。其中轉(zhuǎn)換開關(guān)為串接限流電阻17的無觸點(diǎn)晶閘管開關(guān)16，每次 進(jìn)行調(diào)壓、轉(zhuǎn)換開關(guān)首先接通，待調(diào)壓過程結(jié)束，轉(zhuǎn)換開關(guān)立刻斷開，由此實(shí)現(xiàn)無電弧調(diào)壓， 調(diào)壓開關(guān)還設(shè)置有調(diào)壓控制器和無觸點(diǎn)晶間管控制器。如圖6所示，調(diào)壓控制器由采樣電路18、A/D轉(zhuǎn)換19、輸出鎖定電路20，驅(qū)動電路 21、定時允許電路22組成。定時允許電路22是為了減少調(diào)壓開關(guān)一些頻繁動作而特別設(shè) 定的每次調(diào)壓開關(guān)動作5分鐘(或10分鐘)后才能再次調(diào)壓的定時電路；23為過壓過流 保護(hù)電路；調(diào)壓控制器控制調(diào)壓開關(guān)即轉(zhuǎn)換開關(guān)和選擇開關(guān)15的開通，也即是控制無觸點(diǎn) 晶閘管控制器的開通。如圖7所示，調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器調(diào)壓開關(guān)的選擇開關(guān)的無觸點(diǎn)晶閘管 控制器由光控元件24、晶閘管25、壓敏電阻28、電阻29、電容30、整流電路26及負(fù)載驅(qū)動電 路27組成。壓敏電阻28是晶閘管25和光控元件24的電壓保護(hù)器，而電阻29和電容30 組成的吸收電路則是整流電路26和負(fù)載27的電壓保護(hù)電路，負(fù)載驅(qū)動電路27是選擇開關(guān) 15的線包，無觸點(diǎn)晶閘管控制器實(shí)現(xiàn)每次進(jìn)行調(diào)壓、轉(zhuǎn)換開關(guān)(晶閘管)首先接通，選擇開 關(guān)15的線包后接通，待調(diào)壓過程結(jié)束，轉(zhuǎn)換開關(guān)立刻斷開，選擇開關(guān)15保持接通狀態(tài)，由此 實(shí)現(xiàn)無電弧調(diào)壓。本發(fā)明通過對低壓配網(wǎng)的運(yùn)行分析和電力配電變壓器結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)的研究，盡可 能消除產(chǎn)生三相負(fù)荷不平衡的因素，即零序電流的影響，把零序電流流通的路徑切斷并限 制在最小范圍內(nèi)。這就是我們的零序電流限制器，亦叫三相負(fù)荷不平衡限制器，在它的內(nèi)部 采取措施來抵消零序電流所產(chǎn)生的零序磁通，沒有了零序電流的作用，也就沒有了零序電 流在三相負(fù)荷不平衡限制器內(nèi)的損耗。與此同時，調(diào)壓裝置可根據(jù)線路電壓變化調(diào)整用戶 電壓，以保證電能質(zhì)量和保護(hù)電氣設(shè)備安全。
權(quán)利要求
一種三相負(fù)荷不平衡限制方法，其特征在于在低壓配網(wǎng)的負(fù)荷重要節(jié)點(diǎn)處，安裝略大于支線負(fù)荷容量的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，該調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器在節(jié)點(diǎn)處與負(fù)荷構(gòu)成新的三相供電系統(tǒng)并產(chǎn)生出新地中性線N’，就此把零序電流路徑限制在節(jié)點(diǎn)以下，同時在該系統(tǒng)上除設(shè)有一般性過電流、過電壓保護(hù)外，在N’上裝有安全電壓36V的保護(hù)器，當(dāng)N’線上出現(xiàn)高電壓時，N’線接地或供電線路掉閘，為了防止零線斷線及缺相故障，設(shè)置了相應(yīng)保護(hù)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于其由或自耦式 三相負(fù)荷不平衡器、或隔離式三相負(fù)荷不平衡器和調(diào)壓開關(guān)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于所述的自耦式 三相負(fù)荷不平衡器是三相三柱式線圈，三相三柱式線圈由共用線圈(10)和調(diào)壓線圈(11) 構(gòu)成，三相三個共用線圈(10)末端接成星型，中性點(diǎn)引出零線N’，A相調(diào)壓線圈(11)與B 相共用線圈(10)連接，B相調(diào)壓線圈(11)與C相共用線圈(10)連接，C相調(diào)壓線圈(11) 與A相共用線圈(10)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于所述的隔離式 三相負(fù)荷不平衡器是三相三柱式線圈，由沒有電聯(lián)系的電源側(cè)線圈(12)與負(fù)荷側(cè)線圈構(gòu) 成，負(fù)荷側(cè)線圈分為基本線圈(13)和調(diào)壓線圈(14)，三相基本線圈(13)末端連成星型，中 點(diǎn)引出零線N，負(fù)荷側(cè)線圈連接方式為A相調(diào)壓線圈(14)與C相基本線圈(13)相連接，B 相調(diào)壓線圈(14)與A相基本線圈(13)相連接，C相調(diào)壓線圈(14)與B相基本線圈(13)相 連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于所述的調(diào)壓開 關(guān)由選擇開關(guān)(15)和轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)換過渡開關(guān)為串接限流電阻(17)的無觸 點(diǎn)晶閘管開關(guān)(16)，調(diào)壓開關(guān)還設(shè)置有調(diào)壓控制器和無觸點(diǎn)晶閘管控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于所述的調(diào)壓控 制器由采樣電路(18)、A/D轉(zhuǎn)換電路(19)、輸出鎖定電路(20)，驅(qū)動電路(21)、定時允許電 路(22)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器，其特征在于所述的無觸點(diǎn) 晶閘管控制器由光控元件(24)、晶閘管(25)、壓敏電阻(28)、電壓保護(hù)電路、整流電路(26) 及負(fù)載驅(qū)動電路(27)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及低壓配網(wǎng)安全、節(jié)能及提高電能質(zhì)量的方法及配電設(shè)備，即一種三相負(fù)荷不平衡限制方法及調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器。本發(fā)明是在低壓配網(wǎng)的負(fù)荷重要節(jié)點(diǎn)處，安裝略大于支線負(fù)荷容量的調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器。該三相負(fù)荷不平衡限制器在節(jié)點(diǎn)處與負(fù)荷構(gòu)成新的三相供電系統(tǒng)并產(chǎn)生出新地中性線N’，就此把零序電流路徑限制在節(jié)點(diǎn)以下；調(diào)壓型三相負(fù)荷不平衡限制器由或自耦式三相負(fù)荷不平衡器、或隔離式三相負(fù)荷不平衡器和調(diào)壓開關(guān)構(gòu)成；本發(fā)明把造成低壓系統(tǒng)不平衡的零序電流限制在安裝線路節(jié)點(diǎn)以下，使其節(jié)點(diǎn)以上線路與配電變壓器相間負(fù)荷平衡，從而消除了這部分的可觀損耗，消除了三相不平衡帶來的危害，提升了低壓配網(wǎng)的安全水平。
文檔編號H02J3/00GK101826726SQ20101017152
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者喬立華, 余翔, 季鋼, 易保華, 李志學(xué), 李明明, 汪華, 沈雷, 王柳, 王鋼鐵, 田洪亮, 秦宇翔, 管華, 褚新民, 黃新峰 申請人:余翔;李志學(xué);汪華;李明明;秦宇翔;易保華