一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，包括：市電旁路開關、控制開關、設備機芯及包含有進線端和出線端的接線端，所述進線端的一端、市電旁路開關與出線端的一端串聯連接，所述控制開關及設備機芯串聯后并聯到所述市電旁路開關兩側；所述進線端的另一端電連接變壓器二次進線端，所述出線端的另一端電連接負載設備；所述設備機芯包括依次電連接的并聯電容器、電抗器及三角形電抗濾波繞組，所述三角形電抗濾波繞組電連接所述控制開關；所述控制開關包括電連接的永磁機構調壓開關、有載調容開關及同步編碼開關。本實用新型具有調容調壓和遠程負載控制及精細無功補償功能，解決配電電網用戶普遍存在的電壓不穩定問題。
【專利說明】
一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及農村用電配電技術領域，特別是涉及一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備。
【背景技術】
[0002]電能質量的優劣取決于電壓偏差、電壓突升、斷電、電壓瞬變、過電壓、欠電壓、電壓切痕、穩態電壓擾動等。受以上各因素的影響，目前高低壓輸配電網絡或多或少的都存在電能質量較差的問題，特別是受電端(用戶端)變壓器低壓配電系統，受供電質量、系統內負載設備類型及運行狀態變化的影響，使其低壓配電系統內的電能質量嚴重降低，導致用戶端變壓器低壓配電系統內各項電力參數嚴重偏差，電污染(諧波、浪涌、瞬流)含量升高，造成系統內負載設備在電力品質極差的環境下工作，損耗和浪費增加。
[0003]現有技術中多采用抑制和補償裝置，比如高壓(TSC)無功補償裝置、靜止無功功率補償器、有源(無源)濾波器、穩壓(調壓)器及電壓恢復器等。
[0004]但以上裝置只能對電能質量中的某一項電力參數進行抑制或補償，屬于單一功能裝置，且現有裝置大多由電力電子元器件組成，穩定性、抗沖擊性及熱穩極限較低，使其自身壽命較短，誤動作和不動作問題突出，工作連續性難以保證。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型實施例中提供了一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，以解決配電電網用戶普遍存在的電壓不穩定問題，同時解決配電變壓器系統功率因數低、空載損耗大和配電變壓器三相負荷不平衡問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型實施例公開了如下技術方案:
[0007]本實用新型實施例提供了一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，包括:市電旁路開關、控制開關、設備機芯及包含有進線端和出線端的接線端，所述進線端的一端、市電旁路開關與出線端的一端串聯連接，所述控制開關及設備機芯串聯后并聯到所述市電旁路開關的兩側；
[0008]所述進線端的另一端電連接變壓器的二次進線端，所述出線端的另一端電連接負載設備；
[0009]所述設備機芯包括依次電連接的并聯電容器、電抗器及三角形電抗濾波繞組，所述三角形電抗濾波繞組電連接所述控制開關；
[0010]所述控制開關包括電連接的永磁機構調壓開關、有載調容開關及同步編碼開關。
[0011]優選地，所述永磁機構調壓開關包括調壓永磁操動機構和調壓盤狀開關，所述調壓盤裝開關的一端與所述調壓永磁操動機構電連接、另一端電連接變壓器的高壓繞組。
[0012]優選地，所述同步編碼開關包括電連接的無功補償控制器和磁保持式繼電器，所述無功補償控制器用于控制多路所述并聯電容器的電壓過零投入以及電流過零切斷。
[0013]優選地，所述電抗器由四柱鐵芯和繞組組成，所述繞組包括控制繞組和工作繞組，所述控制繞組上連接有可控硅。
[0014]優選地，所述有載調容開關電連接變壓器的高壓繞組和低壓繞組。
[0015]優選地，所述市電旁路開關的上端和下端分別有5根線連接。
[0016]優選地，所述節能設備還包括設備殼體，所述市電旁路開關、控制開關及設備機芯集裝于所述設備殼體內。
[0017]優選地，所述接線端設置于所述設備殼體的頂部或后上部。
[0018]本實用新型的有益效果包括:本實用新型具有調容調壓和遠程負載控制及精細無功補償功能，解決配電電網用戶普遍存在的電壓不穩定問題，同時解決配電變壓器系統功率因數低、空載損耗大和配電變壓器三相負荷不平衡問題，可以進行遠程可控操作，實現配電變壓器及低壓配電系統的經濟可靠運行，自動化控制和全面用電監控管理。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實用新型實施例提供的一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備的結構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型實施例提供的一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備的局部結構示意圖；
[0022]圖3為本實用新型實施例提供的一種電抗器的結構示意圖；
[0023]圖4為本實用新型實施例提供的一種有載調容變壓器容量轉換示意圖；
[0024]圖5為本實用新型實施例提供的一種低壓繞組與有載調容開關連接圖；
[0025]圖6為本實用新型實施例提供的一種調壓原理圖；
[0026]圖1-圖6，符號表不:
[0027]1-進線端，2-市電旁路開關，3-設備機芯，4-控制開關，5-設備殼體，6_接線端，7_出線端，31-并聯電容器，32-電抗器，33-三角形電抗濾波繞組。
【具體實施方式】
[0028]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
[0029]參見圖1和圖2，圖1為本實用新型實施例提供的一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備的局部結構示意圖。所述節能設備包括:市電旁路開關2、控制開關
4、設備機芯3及包含有進線端I和出線端7的接線端6，所述進線端I的一端、市電旁路開關2與出線端7的一端串聯連接，所述控制開關4及設備機芯3串聯后并聯到所述市電旁路開關2的兩側;所述進線端I的另一端電連接變壓器的二次進線端，所述出線端7的另一端電連接負載設備;所述設備機芯3包括依次電連接的并聯電容器31、電抗器32及三角形電抗濾波繞組33，所述三角形電抗濾波繞組33電連接所述控制開關4;所述控制開關4包括電連接的永磁機構調壓開關、有載調容開關及同步編碼開關。
[0030]所述永磁機構調壓開關包括調壓永磁操動機構和調壓盤狀開關，所述調壓盤裝開關的一端與所述調壓永磁操動機構電連接、另一端電連接變壓器的高壓繞組。
[0031]所述同步編碼開關包括電連接的無功補償控制器和磁保持式繼電器，所述無功補償控制器用于控制多路所述并聯電容器31的電壓過零投入以及電流過零切斷。
[0032]如圖3所示，所述電抗器32由四柱鐵芯和繞組組成，所述繞組包括控制繞組和工作繞組，所述控制繞組上連接有可控硅。中間兩個鐵芯柱為工作鐵芯，Nk為控制繞組，N為工作繞組。由于可控硅接于控制繞組上，其電壓很低，約為系統額定電壓的I %左右，從而大大提高了運行可靠性。當工作繞組兩端接上交流電壓時，控制繞組上就會感應出相應的電壓，以Nk的匝數為N的I %計，可控硅Tl和T2上的電壓僅為工作電壓的I %，在電壓的正半周Tl導通，在電壓的負半周T2導通，通過控制T1、T2的導通角即可控制直流激磁，從而控制輸出容量的連續調節。
[0033]所述有載調容開關電連接變壓器的高壓繞組和低壓繞組。
[0034]所述市電旁路開關2的上端和下端分別有5根線連接。
[0035]所述節能設備還包括設備殼體5，所述市電旁路開關2、控制開關4及設備機芯3集裝于所述設備殼體5內，所述接線端6設置于所述設備殼體5的頂部或后上部。
[0036]有載調容變壓器兩種容量的轉換主要依靠改變高、低壓繞組的接線方式來實現。如圖4所示，在大容量方式時，高壓繞組為三角形(D)接線，低壓繞組為并聯結構，接線組別為Dynll;在小容量方式時，高壓繞組接成星形(Y)接線，低壓繞組為串聯結構，接線組別為YynO ο高壓繞組與有載調容開關連接如圖4所示，大容量方式時，S1、S3及S5處于開斷狀態，S2、S4和S6處于閉合狀態；小容量方式時S2、S4及S6處于開斷狀態，S1、S3和S5處于閉合狀態。因此高壓繞組需要抽出9個接點與有載調容開關進行連接，以實現D-Y轉換。
[0037]低壓繞組與有載調容開關連接如圖5所示，每相低壓繞組由少數線匝部分(占27%)1段和多數線匝部分(占73%)11、111段組成，11、111兩段繞組導線的截面積約為1段繞組導線截面積的一半。大容量方式時，ΙΙ、ΠΙ段并聯后再與I段串聯，S7、S8、S10、S13及S14處于閉合狀態，S9、S12及S15處于斷開狀態;小容量方式時，1、I1、III段全部串聯，S9、312及315處于閉合狀態，開關37、38、310、311、313和314處于斷開狀態。因此低壓繞組需要抽出12個接點與有載調容開關連接，以實現并聯和串聯轉換。
[0038]設大容量方式時，U2 = N2/N1，式中，N1、N2分別為此方式下高壓、低壓繞組線匝數。當調容變壓器由大容量調為小容量方式時，高壓繞組連接方式由三角形接線改為星形接線，相電壓相應地減少為大容量時的1/1.732;低壓繞組中并聯的I1、111段部分轉為串聯(線匝數增至146%)，再與I段的線匝串聯起來，線匝數增至原來的173%。由于高壓繞組電壓降低和低壓繞組線匝增加的倍數相同，從而保證輸出電壓穩定不變。但此時線圈匝數增加了 1.73倍，鐵芯磁通密度又大幅度降低，硅鋼片單位損耗減少，空載損耗和空載電流也大幅下降，從而大大降低了變壓器的空載無功損耗(小容量方式時的空載無功損耗小于大容量方式時損耗的1/10和有功損耗(小容量方式時的空載有功損耗小于大容量方式時損耗的1/3)，達到節能降耗的目的。
[0039]調壓原理如圖6所示，進行調壓時，變壓器的高壓繞組(以A相為例)分為N1、N2和N3三段，Kl、K2為調壓開關，Kl、K2均由永磁操動機構和盤形開關組成，Kl與K2的一個觸點串聯起來，當綜合監測控制器根據監測結果判斷需要調壓時，發出調壓指令給Kl和(或)Κ2的永磁機構，永磁機構動作推動盤形開關動作進行觸點轉換，將高壓繞組各段以不同方式串入帶電回路，從而實現高、中、低三擋調壓。當Kl-1接通、Κ2-2接通時，高壓繞組僅NI段進入帶電回路，則Ua = UA*N0/Nl，此時Ua為最大值；當Κ1-2接通、Κ2-1接通時，高壓繞組NI段、Ν2段串聯進入帶電回路，則Ua = UA*N0/(Nl+N2)，此時Ua變小；當K2-2接通時，高壓繞組NI段、N2段、N3段均串聯進入帶電回路，則Ua = UA*N0/(Nl+N2)，此時Ua為最小值，
[0040]實現36級低壓精細補償單元的難點，一是元件小型化、集成化;二是即達到“過零投切”的要求，又要將成本控制在合理的范圍內。鑒于精細補償的電容級差極小(不大于2Kvar)，單只電容器電流不大于8A，摒棄了常規的投切開關模式，篩選體積小、價格低廉動作特性穩定的磁保護繼電器，開發了同步編碼開關。得益于控制器技術的發展，采用高速CPU逐只標定同步編碼開關的動作時間，通過控制器的檢測電壓和電流的過零點，按同步編碼開關的固有動作時間提前發出動作指令，實現“過零投切”的目標，達到電容投入無涌流，切除無弧光的目的。省去了常規每只投切開關均配置可控硅作為過零投切檢測單元的方法，避免了可控硅發熱的損耗和頻發故障，同時大大縮小了投切開關體積，降低了成本，為實現精細補償提供了技術支撐。
[0041]將無功補償控制器、同步編碼開關組合36只并聯電容器31集成為一個獨立的精細補償單元，固定于配電變壓器二次出現端，采用串聯或并聯方式，用戶現場安裝時不對用戶原有配電線路進行改變。
[0042]依據在“相線與相線之間跨接電容或電感可以轉移有功的原理”，通過地在各相與相之間及各相與零線之間接入不同數量電容器的方法，將三相的功率因數均補償到0.95以上，同時將三相間的不平衡有功電流校正到變壓器合格范圍以內。
[0043]由以上實施例可見，本實用新型實施所提供的節能設備具有對電壓、電流質量問題統一補償、含有儲能單元的串、并聯組合、降低三相不平衡度、抑制電壓波動和閃變、提高電壓穩定性、提高輸電系統的輸送容量、提高輸送容量的熱穩極限等功能，屬于綜合的補償設備。
[0044]需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0045]以上所述僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領域技術人員能夠理解或實現本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，包括:市電旁路開關(2)、控制開關(4)、設備機芯(3)及包含有進線端(I)和出線端(7)的接線端(6)，所述進線端(I)的一端、市電旁路開關(2)與出線端(7)的一端串聯連接，所述控制開關(4)及設備機芯(3)串聯后并聯到所述市電旁路開關(2)的兩側； 所述進線端(I)的另一端電連接變壓器的二次進線端，所述出線端(7)的另一端電連接負載設備； 所述設備機芯(3)包括依次電連接的并聯電容器(31)、電抗器(32)及三角形電抗濾波繞組(33)，所述三角形電抗濾波繞組(33)電連接所述控制開關(4); 所述控制開關(4)包括電連接的永磁機構調壓開關、有載調容開關及同步編碼開關。2.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述永磁機構調壓開關包括調壓永磁操動機構和調壓盤狀開關，所述調壓盤裝開關的一端與所述調壓永磁操動機構電連接、另一端電連接變壓器的高壓繞組。3.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述同步編碼開關包括電連接的無功補償控制器和磁保持式繼電器，所述無功補償控制器用于控制多路所述并聯電容器(31)的電壓過零投入以及電流過零切斷。4.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述電抗器(32)由四柱鐵芯和繞組組成，所述繞組包括控制繞組和工作繞組，所述控制繞組上連接有可控硅。5.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述有載調容開關電連接變壓器的高壓繞組和低壓繞組。6.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述市電旁路開關(2)的上端和下端分別有5根線連接。7.根據權利要求1所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述節能設備還包括設備殼體(5)，所述市電旁路開關(2)、控制開關(4)及設備機芯(3)集裝于所述設備殼體(5)內。8.根據權利要求7所述的自動調容調壓配電變壓器低壓系統節能設備，其特征在于，所述接線端(6)設置于所述設備殼體(5)的頂部或后上部。
【文檔編號】H02J3/26GK205565730SQ201620339413
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】陳惠美, 陳傳斌
【申請人】四川凈網節能科技有限公司