一種適用于低壓配電系統(tǒng)的智能換相開關(guān)

1、一種適用于低壓配電系統(tǒng)的智能換相開關(guān)摘要：我國的低壓配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著人們生活水平的不斷提高，負(fù)荷性質(zhì)日趨多樣化，使低壓臺區(qū)變?nèi)嗖黄胶鈫栴}越發(fā)突出。因此，提出一種 適用于低壓配電系統(tǒng)的智能換相開關(guān)，在低壓系統(tǒng)每條支路的始端均安裝一臺主 控開關(guān)，在每條支路沿線用戶前端安裝換相開關(guān)，主控開關(guān)下發(fā)的換相命令執(zhí)行 相應(yīng)換相操作。該系統(tǒng)可有效降低由三相負(fù)載不平衡所導(dǎo)致的變壓器損耗、線損， 克服末端低壓等情況。關(guān)鍵詞：低壓；配電系統(tǒng)；智能；換相開關(guān)、研究背景（1）低壓配電系統(tǒng)三相不平衡的危害 低壓配電網(wǎng)的三相不平衡一直是困擾供電系統(tǒng)的問題之一，我國的低壓配電 網(wǎng)點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著人們生

2、活水平的不斷提高，負(fù)荷性質(zhì)日趨多樣化、 負(fù)荷波動越發(fā)顯著，使低壓臺區(qū)變?nèi)嗖黄胶鈫栴}越發(fā)突出，對電力系統(tǒng)、用戶 供電都帶來了嚴(yán)重的危害。）增加線耗 在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，由于單相負(fù)載存在，容易造成三相負(fù)載不平衡。當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，中性線即有電流通過，相線和中性線均有損耗，增加了電 網(wǎng)線路的損耗。）配變產(chǎn)生零序電流、出力減少、損耗增加 配變在三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時，將產(chǎn)生零序電流，降低設(shè)備壽命。同時，低 電壓使其輸出的容量達(dá)不到額定值，過載能力也相應(yīng)降低。也會造成配變的損耗 增加。）影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行。配變在三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時，中性線產(chǎn)生阻抗壓降，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移 致使各相相電壓發(fā)生變

3、化，將危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行。）電動機(jī)效率降低。 配變在三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行，將引起輸出電壓三相不平衡，電動機(jī)起 制動作用。同時，電動機(jī)的溫升和無功損耗增大，影響電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。（2）治理三相不平衡的傳統(tǒng)措施 結(jié)合上述三相負(fù)載不平衡問題帶來的嚴(yán)重危害，總結(jié)出三種治理低壓配電系 統(tǒng)三相不平衡的傳統(tǒng)措施：）人工離線調(diào)整負(fù)荷 人工離線負(fù)荷調(diào)整是指管理人員通過用電信息采集系統(tǒng)，掌握配變臺區(qū)三相 負(fù)荷分布情況，制定用戶負(fù)荷調(diào)整方案。但實(shí)際情況難于實(shí)現(xiàn)，由于供電負(fù)荷對 象廣、隨機(jī)性大，人工操作存在安全隱患。2 ）SVG 靜止同步補(bǔ)償器補(bǔ)償非線性負(fù)荷常對公用電網(wǎng)注入大量諧波，并入SVG靜止同步補(bǔ)

4、償器，可有效 改善電能質(zhì)量。但這種措施成本高，只能做到變壓器低壓側(cè)三相電流平衡，不是 從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡。3）APF 有源濾波器補(bǔ)償APF 有源電力濾波器對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，可動態(tài)濾除各次諧波，對系統(tǒng)內(nèi)的諧波能夠完全吸收，不會產(chǎn)生諧振，對三相不 平衡起到一定的補(bǔ)償作用。但用這種措施成本高昂，受硬件限制，在大容量場合無法使用。、研究內(nèi)容 針對傳統(tǒng)治理三相不平衡方法的問題，提出一套用于治理三相不平衡的系統(tǒng) 智能換相開關(guān)。該系統(tǒng)適用于三相四線制的低壓配電系統(tǒng)，能夠在不中斷用 戶供電的情況下根據(jù)不平衡度自動調(diào)節(jié)三相負(fù)載，有效降低由三相負(fù)載不平衡所 導(dǎo)致的變壓器損耗、線損，

5、克服末端低壓等情況。（1）系統(tǒng)組成 智能換相開關(guān)由主控開關(guān)和換相開關(guān)兩部分組成，主控開關(guān)是整個系統(tǒng)的控 制核心，換相開關(guān)是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主控開關(guān)需要通過三相電流互感器采集變 壓器出口端或分支始端的電流信號。主控開關(guān)和換相開關(guān)之間通過電力載波通訊 進(jìn)行信息交互，相互配合完成對配網(wǎng)三相不平衡問題的治理。1 ）主控開關(guān) 主控開關(guān)是檢測三相不平衡電流及各個換相開關(guān)的故障信息、當(dāng)前相位、當(dāng) 前負(fù)載電流，通過不平衡計算策略，計算得到各個開關(guān)調(diào)節(jié)目標(biāo)及調(diào)節(jié)相位，從 而下發(fā)換相命令。）換相開關(guān) 換相開關(guān)根據(jù)支路的容量與負(fù)載的分布情況不同可靈活選擇換相開關(guān)的容量 和數(shù)量。它負(fù)責(zé)采集負(fù)載電流數(shù)據(jù)，連同自身的狀態(tài)

6、信息一起通過通訊上傳給主 控開關(guān)；接收主控開關(guān)的換相命令執(zhí)行換相操作；接收主控開關(guān)的故障保護(hù)命令 執(zhí)行相應(yīng)的操作；顯示換相開關(guān)自身的運(yùn)行狀態(tài)信息。（2）系統(tǒng)功能1 ）實(shí)現(xiàn)自動平衡三相負(fù)載。 智能換相開關(guān)可實(shí)時監(jiān)測低壓系統(tǒng)三相不平衡度，并根據(jù)不平衡度自動調(diào)節(jié) 三相負(fù)載。2 ）有效降低變壓器和線損。 智能換相開關(guān)通過各條支路實(shí)現(xiàn)三相平衡，進(jìn)而使得始端變壓器一直處于對 稱運(yùn)行狀態(tài)，有效降低了變壓器的損耗。同時可有效減小中性線電流，減小中性 線的損耗及相線的損耗。）解決低壓、過壓問題。 智能換相開關(guān)可解決由三相不平衡所導(dǎo)致的低壓、過壓的問題，避免因過壓 燒壞用電設(shè)備或因低壓影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。（3

7、）系統(tǒng)優(yōu)勢1 ）免維護(hù)、免管理 智能換相開關(guān)投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)智能切換，無需專人維護(hù)和管理，節(jié)省人力物力 提高工作效率。2 ）自動換相，不需中斷用戶供電智能換相開關(guān)可實(shí)現(xiàn)自動換相，無需人工切換。換相時間20ms，低于30ms 的用電設(shè)備掉電時間，不會導(dǎo)致用電設(shè)備供電中斷。3）可靠的相間防短路技術(shù) 智能換相開關(guān)采用可靠的硬件閉鎖技術(shù)，防止多個相序同時接通，從而出現(xiàn) 相間短路故障。、系統(tǒng)原理（1）三相平衡原理 在低壓系統(tǒng)每條支路的始端均安裝一臺主控開關(guān)，負(fù)責(zé)監(jiān)測支路三相不平衡 的信息，并根據(jù)信息邏輯轉(zhuǎn)換下發(fā)換相命令；在每條支路沿線用戶前端安裝換相 開關(guān)，用于監(jiān)測本條線路負(fù)荷回路的負(fù)荷信息情況，并根據(jù)主控

8、開關(guān)下發(fā)的 換相命令執(zhí)行相應(yīng)換相操作。原理結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。圖 1 原理結(jié)構(gòu)圖（2）不掉電換相原理 換相開關(guān)采用永磁繼電器作為動作元件，永磁繼電器的特性可實(shí)現(xiàn)換相開關(guān) 不掉電換相的功能。換相過程中不會導(dǎo)致用戶供電的中斷，保證了供電的可靠性。 換相開關(guān)采用過零投切技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將投切對動作元件的損傷降到最小，延長換相 開關(guān)的使用壽命。、結(jié)束語 本文針對傳統(tǒng)治理低壓配電系統(tǒng)三相不平衡方法的問題，提出一種智能換相 開關(guān)，能夠在不中斷用戶供電的情況下根據(jù)不平衡度自動調(diào)節(jié)三相負(fù)載，該產(chǎn)品 可有效降低由三相負(fù)載不平衡所導(dǎo)致的變壓器損耗、線損，克服末端低壓等情況 適用性強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：1 趙東元 .配電網(wǎng)低壓負(fù)荷不平衡機(jī)理及治理措施研究 J. 電力電容器與無功 補(bǔ)償，2016，37（6）