步進式電壓調整器的制造方法

步進式電壓調整器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種步進式電壓調整器，適用于電力輸配電線路供電半徑過長引起末端電壓低的電壓調整技術；其結構由三相自耦變壓器、三相有載分接開關和自動控制器組成；三相自耦變壓器與三相有載分接開關相連，三相有載分接開關與自動控制器相連；本實用新型采用自耦式變壓器結構，可在±20％的范圍內實現有載自動調壓；具有優良的控制性能和通信功能，實現了遙測、遙信、遙調和遙控“四遙”功能；采用了獨特的抗干擾措施，保證控制單元正常工作；采用串聯變壓器、調壓變壓器組成的自耦變壓器，降低了檔位卻換的電壓；采用全密封設計，防止空氣進入，降低油的劣化速度，從而大大降低其維護費用。體積小、容量大、重量輕、損耗低，易于安裝；具有顯著的降耗節能效果；性價比高、可靠性高。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電壓調整技術，尤其涉及一種步進式電壓調整器，適用于電 力輸配電線路供電半徑過長引起末端電壓低的電壓調整技術。 步進式電壓調整器

【背景技術】
[0002] 電力工業是國民經濟重要基礎行業，是國家經濟發展戰略中的重點先行產業。各 行各業以及居民用電需求不斷增加，而且對用電質量及可靠性要求也越來越高。保證良好 電能質量是電力系統基本要求，而電壓是電能的主要質量指標之一。電壓質量對電網的穩 定運行，降低線路損耗，保證生產安全正常運行等都有直接影響。
[0003] 雖然城農網改造以來，我國在農網建設和管理上對改善電壓質量做了大量工作， 基本實現了 "鄉鄉供電"。但是，還有很多地區，特別是偏遠山區，供電電壓低的問題并沒有 得到根本解決。一些地區仍存在著電網結構不盡合理、導線截面細、饋線線路長、供電半徑 大、無功補償能力弱等問題。特別是農村地區及城鄉結合部供電負荷隨季節、晝夜變化大， 導致了負荷重時電壓低，負荷輕時末端電壓抬高。這些問題直接影響了供電設備的出力和 供電可靠性，增大了線損，嚴重時會發生電壓崩潰、頻率下降和大面積停電，這已經成為部 分地區提高供電質量甚至是經濟發展的瓶頸，必須得到有效地解決。
[0004] 為了保證電壓質量，中低壓配電網中的主要調壓手段及措施有以下幾個方面： (1)變電站主變壓器的有載調壓；（2)改善線路的無功功率；（3)改變線路參數；（4)新建變 電站。下面對這幾種方法分別進行對比分析。
[0005] (1)變電站主變壓器有載調壓，農村電網的電源支撐點大多是35kv或66kv的小型 變電站，主變為降壓變壓器，低壓側為l〇kv出線至用戶；通過有載分接開關的動作，調整主 變壓器的變比，使輸出側的低壓母線電壓保持在一定的水平，就可以使用戶電壓在允許范 圍內波動。
[0006] (2)改變線路無功功率，在線路中并聯電容器，合理分配無功功率補嘗容量，改變 電網的無功潮流分布，從而可以降低線路損耗，提高電壓質量。
[0007] 農村6?10kV配電網多采用分支輻射式供電方式，供電半徑大、導線較細、配電變 壓器平均受載率低，線損大、功率因數低，末端壓降大。進行無功補償不僅可以提高線路的 功率因數，還能改善末端用戶的電壓水平，提高網絡傳輸能力，降損節能。
[0008] (3)改變線路參數，改變線路參數主要是增大導線截面積。對于用戶較分散，導線 截面積較小的線路，電壓損耗中的電阻分量所占比重較大，因此，減少導線的電阻能夠起到 一定的調壓效果。
[0009] (4)新建變電站，改建變電站，可以縮短供電半徑，提高較長線路的末端電壓，改善 供電質量。相對來說，這是解決電壓偏低問題的最妥善的一個方法。除了可以從根本上解 決電壓偏低的問題外，還可以提高供電的可靠性。
[0010] 上述四種調壓方法不盡相同，下面針對其特點和適用范圍局限性進行了比較分 析。 toon] 調節主變壓器的輸出電壓既可以改變電壓水平又可以改變系統的功率分配，目前 大多數變電站的主變壓器都采用這種調壓方式。在這種方式下，根據系統負荷情況來調節 主變的分接頭，使變電站出線電壓要求滿足預定的要求。由于調節的依據只能是變電站母 線為基準，即將母線電壓水平限制在一個預定的范圍之內，以期在以母線為基準的一定輸 電半徑內滿足電壓偏差要求，但無法滿足長距離供電線路末端電壓要求，而變電站母線又 會有多條出線，各條出線的負荷曲線也各不相同，壓降也不同，不能保證所有線路的電壓都 滿足要求，因此這種調壓方式靈活性、針對性差，當饋線復雜時往往會造成距離變電站近的 地方電壓偏高，距離變電站遠的地方電壓偏低。而且，目前農村35kV或66kV小型變電站的 主變壓器很多不具備有載調壓能力，將其改造為有載調壓變壓器投資較大，也限制了這種 調壓方式的應用。
[0012] 采用無功補償改善系統的無功功率，可以提高末端用戶的電壓質量。戶外電容器 補償是目前唯一廣泛應用在農網系統的電壓調整措施，體積小，安裝方便，實現了分散補 償。但是，農村配電網上安裝的電容器大多需要人工操作，不能自動投切。而且有些地區低 谷負荷運行時，投入補償電容器后使電壓過高，進一步增加配電變壓器的鐵損，從而增加了 線損。更為關鍵的是，電容器補償主要是提高線路的功率因數，調壓效果很有限，僅僅依靠 電容器補償并不能解決由于線路長、截面細、電阻較大、電阻壓降引起的電壓損失問題。
[0013] 改變電路參數，增大導線截面，合理減少系統的阻抗也是電壓調整的有效途徑之 一。例如盡量縮短供電距離，采用粗截面導線，在某些情況下用電纜代替架空線路等都可以 降低線路上的壓降。但是，縮短線路長度顯然是有困難的，特別是對于農村電網，重新規劃 和施工很不經濟。而加大導線的截面意味著增加材料消耗和建設成本。另外，電壓損失不僅 與線路電阻有關，而且與線路的電抗有關，但導線截面的加大對電抗的減小作用卻不明顯。 這種方法只是在負荷功率因數較高、原有導線截面偏小的配電線路中才比較有效。
[0014] 新建變電站雖然可以從根本上解決電壓偏低的情況，但是工程造價高，而且，一般 電壓偏低的情況都發生在比較偏遠的地方，這些地區負荷比較小，負荷增長的潛力小，所以 投資建設新的變電站要耗費大量資金，得不到好的經濟效益，就我國目前情況，建設大量變 電站不太實際。
[0015] 經過以上的比較分析，一種安裝方便、技術上可行、經濟實用的適合農網供電特征 的線路電壓調整設備是偏遠地區農網改造的迫切要求。


【發明內容】

[0016] 本實用新型針對上述現有技術中存在的問題，提供一種步進式電壓調整器，解決 現有技術中由于供電半徑過長引起后端線路電壓偏低的問題。
[0017] 本實用新型的技術方案如下：
[0018] 步進式電壓調整器，由三相自耦變壓器、三相有載分接開關和自動控制器組成； 三相自耦變壓器與三相有載分接開關相連，三相有載分接開關與自動控制器相連；
[0019] 所述三相自耦變壓器包括串聯變壓器、調整變壓器、控制電壓線圈和電流互感器； 其中，串聯變壓器是變比為1 :1的變壓器，調整變壓器的副邊是一個有多個抽頭的繞組，上 述多個抽頭通過三相有載分接開關的不同接點來調節調整變壓器的變比；控制電壓線圈繞 在調整變壓器的一個線圈上作為調整變壓器的另一個副邊來提供控制器和電機工作電壓 以及輸出測量用電壓；
[0020] 所述三相有載分接開關是可在帶負載的情況下轉換接點的開關；
[0021] 所述自動控制器包括中央處理芯片、顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存 儲電路、輸入電路、輸出電路，所述的顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存儲電路、 輸入電路、輸出電路分別與中央處理芯片連接。
[0022] 所述的控制電壓線圈設定有不同檔位。
[0023] 所述的自動控制器設有RS232、GPRS通訊接口。
[0024] 本實用新型的有益效果是：
[0025] 本實用新型改變了傳統自耦變壓器結構，串聯變壓器是一個變比為1 :1的變壓 器，調整變壓器的副邊是一個有多個抽頭的繞組，這些抽頭通過分接開關的不同接點來調 節調整變壓器的變比，使串聯變壓器上所承受的電壓發生變化，從而來穩定輸出電壓。工 作過程中施壓在調整變壓器上的電壓明顯降低，從而在開關過程中切換電壓，避免了油浸 式有載分接開關存在的諸多缺陷，如：油浸式分接開關頻繁動作必然加速絕緣油老化導致 絕緣強度降低，嚴重時還會引起相間短路，這就需要根據分接開關的動作情況定期濾油、換 油，加大了設備的維護，而采用本實用新型采用串聯變壓器、調整變壓器組成的自耦變壓 器，將分接開關切換時的電壓由l〇kV變成了幾百伏，大大較少了變壓器油的炭化程度提高 了設備的使用壽命，可以實現設備的免維護操作。可避免了分接開關油的碳化，大大提高了 整套裝置的安全性和可靠性。本實用新型結合微型計算機技術，開發了自動控制器以完成 對電網的實時檢測，控制有載分接開關動作達到自動調整電壓的目的，對長線路更具有明 顯的調壓性能。既能提高供電電壓質量，又能節能減排、降耗。
[0026] 自動控制器采用了微型計算機技術、微電子技術、采用軍用級中央處理芯片、可靠 性高、抗干擾能力強，可適應戶外境惡劣環。其智能自動控制單元完成電網參數的實時監 測、控制真空有載分接開關動作，實現電壓質量檢測、控制與綜合治理。
[0027] 其最大優點是：
[0028] 采用自耦式變壓器結構，可在±20 %的范圍內實現有載自動調壓；
[0029] 2、具有優良的控制性能和通信功能，實現了遙測、遙信、遙調和遙控"四遙"功能； [0030] 3、采用了獨特的抗干擾措施，保證控制單元正常工作；
[0031] 4、采用串聯變壓器、調壓變壓器組成的自耦變壓器，降低了檔位卻換的電壓；
[0032] 5、采用全密封設計，防止空氣進入，降低油的劣化速度，從而大大降低其維護費 用。
[0033] 6、體積小、容量大、重量輕、損耗低，易于安裝；
[0034] 7、具有顯著的降耗節能效果；
[0035] 8、性價比高、可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為本實用新型的結構示意框圖。
[0037] 圖2為本實用新型三相自耦變壓器原理結構示意圖。
[0038] 圖3為本實用新型自動控制器結構示意框圖。
[0039] 圖4為本實用新型調壓效果示意圖。

【具體實施方式】
[0040] 下面參照附圖，結合具體實施例，對本實用新型做進一步說明。
[0041] 實施例
[0042] 如圖1所示，步進式電壓調整器，由三相自耦變壓器、三相有載分接開關和自動控 制器組成；三相自耦變壓器與三相有載分接開關相連，三相有載分接開關與自動控制器相 連。
[0043] 如圖 2所示，圖中：P0-P1-P2 電壓采樣PT ;C1，C2 電流采樣CT ;A1-A7，B1-B7，C1-C7 分別為A，B，C三相的七個分接頭。A，B，C分別為三相進線；a，b，c分別為三相出線。
[0044] 所述三相自耦式變壓器是一種帶有三相有載分接開關的自耦式調壓變壓器，其三 相結構原理圖如圖2所示。整個結構包括串聯變壓器、調整變壓器、控制電壓線圈及電流互 感器輸出。
[0045] 其中，串聯壓器是一個變比為1 :1的變壓器，調整變壓器的副邊是一個有多個抽 頭的繞組，這些抽頭通過分接開關的不同接點來調節調整變壓器的變比，使串聯變壓器上 所承受的電壓發生變化，從而來穩定輸出電壓；控制電壓線圈繞在調整變壓器的一個線圈 上作為調整變壓器的另一個副邊來提供控制器和電機工作電壓以及輸出測量用電壓。考慮 到運行范圍的大小和制精度要求，控制電壓線圈也設定不同檔位來校正不同變化范圍的輸 出偏差。圖中大寫A為輸入端，小寫a為輸出端。
[0046] 通過上述結構使有載分接開關轉換的電壓降低到幾百伏，電流也相應的減少，從 而使有載分接開關所需的條件降低價格也隨之降低，從而使自耦調壓器的容量可以進一步 的增大。需要維護的次數減少，可以做到真正的少維護、免維護。
[0047] 三相有載分接開關是可在帶負載的情況下轉換接點的開關。在自動調壓器中，調 整變壓器的抽頭接在分接開關的不同檔位上，通過轉換分接開關的接點可以調節調整變壓 器的變比改變其輸出電壓。根據不同的調壓要求，一般有載開關的檔位設為7、9檔兩種，用 戶可根據實際的調壓要求進行選擇。
[0048] 如圖3所示，包括中央處理芯片、顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存儲 電路、輸入電路、輸出電路，所述的顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存儲電路、輸 入電路、輸出電路分別與中央處理芯片連接。采樣電路采集線路電壓、電流、以及分接開關 的檔位信號，通過中央處理芯片進行處理，由顯示電路進行顯示，通過在存儲電路的設定值 與采樣電壓、電流進行比較，控制輸出電路對分接開關進行換擋操作。其中輸入電路是為了 對中央處理芯片里的參數修改而設計的。通訊電路是為了進行數據傳輸而設計的。應用了 計算機技術、電子技術、采用軍品級控制芯片、可靠性高，抗干擾能力強可適應戶外境惡劣 環。它采P0-P1-P2電壓信號和Cl，C2電流信號然后與設定值進行比較：當電壓在規定的時 間內高于電壓上限，自動控制器發出下降的指令控制分接開關降低檔位，反之當電壓在規 定的時間內低于電壓下限，自動控制器發出上升的指令控制分接開關升高檔位；如果電壓 在電壓上限和電壓下限之間。控制器認為電壓合格不動作；當電壓超過快速返回電壓值時， 智能控制器發出下降指令，迅速讓分接開關降檔。
[0049]自動控制器自動控制電壓調整器調整線路電壓，改善電壓質量提高電壓合格率。 控制參數設置靈活，有RS232、GPRS通訊接口，可以用短距離無線數據傳輸模塊通過掌上電 腦在短距離內對自動控制器進行數據監測和控制參數的修改，還可以通過GPRS遠距離進 行數據監測和控制參數的修改。控制參數可根據實際情況及時調整，調試好后再無需人工 操作。自動跟蹤輸入電壓變化穩定輸出電壓、具有輸出電壓、電流、動作次數、當前檔位、最 高檔位、最低檔位指示。保護功能完善，有：檔位上限、檔位下限、過流保護、溫度保護、瓦斯 保護、欠壓保護、過壓保護等。
[0050] 如圖4所示，SVR步進式電壓調整器串接在線路中，通過自動控制器控制有載分接 開關動作，實時解決長線路中后端電壓過低、電壓波動大、線損高、變電站站點稀疏等問題。 如圖4所示：（實線部分)當線路傳輸到30KM處時電壓降到9KV以下，已經低于國家標準，電 壓質量難以保證；這時在A點25KM安裝SVR線路自動調壓器將這點的電壓提高到10. 5KV (虛線部分)，這樣就增加或延長了供電范圍。
[0051] 本實用新型突破傳統的有載調壓變壓器的控制原則，實現配電線路電壓質量的最 優控制。
[0052] 按照逆調壓原則自動改變電壓。調壓控制靈敏度在大范圍內任意可調，用戶可自 己兼顧電壓合格率和動作次數的矛盾。采用模糊控制，在電壓波動不大時自動延長調壓時 間；波動較大時，加速動作。采取獨特實用合理的優化控制方案，最大限度地減少動作，提高 整個產品的使用壽命。
【權利要求】
1. 步進式電壓調整器，其特征在于由三相自耦變壓器、三相有載分接開關和自動控 制器組成；三相自耦變壓器與三相有載分接開關相連，三相有載分接開關與自動控制器相 連； 所述三相自耦變壓器包括串聯變壓器、調整變壓器、控制電壓線圈和電流互感器；其 中，串聯變壓器是變比為1 :1的變壓器，調整變壓器的副邊是一個有多個抽頭的繞組，上述 多個抽頭通過三相有載分接開關的不同接點來調節調整變壓器的變比；控制電壓線圈繞在 調整變壓器的一個線圈上作為調整變壓器的另一個副邊來提供控制器和電機工作電壓以 及輸出測量用電壓； 所述三相有載分接開關是可在帶負載的情況下轉換接點的開關； 所述自動控制器包括中央處理芯片、顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存儲電 路、輸入電路、輸出電路，所述的顯示電路、采樣電路、保護電路、通訊電路、存儲電路、輸入 電路、輸出電路分別與中央處理芯片連接。
2. 根據權利要求1所述的步進式電壓調整器，其特征在于所述的控制電壓線圈設定有 不同檔位。
3. 根據權利要求1所述的步進式電壓調整器，其特征在于所述的三相有載分接開關的 檔位設為7、9檔兩種。
4. 根據權利要求1所述的步進式電壓調整器，其特征在于所述的自動控制器設有 RS232、GPRS 通訊接口。
【文檔編號】H02J3/12GK203883477SQ201420264159
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】索威武, 龍宣辰, 翟鐵軍, 高源 , 陳令宏, 孫媛, 張妍妍, 劉玲, 孫迪 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司, 沈陽華巖電力技術有限公司