三相不平衡調(diào)節(jié)裝置技術(shù)方案

1、三相不平衡調(diào)節(jié)裝置方案1產(chǎn)品研發(fā)背景目前，在國家電網(wǎng)公司中、低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在著大量的單相、 不對稱、非線性、沖擊性負(fù)荷，三相負(fù)荷系統(tǒng)是隨機(jī)變化的，這些負(fù)荷會 使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡，三相負(fù)荷不平衡會導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、 電流的不平衡，引起電網(wǎng)負(fù)序電壓和負(fù)序電流，影響供電質(zhì)量，進(jìn)而增加 線路損耗，降低供電可靠性。三相不平衡治理裝置是專門針對上述問題而研發(fā)的一款產(chǎn)品，不同于 傳統(tǒng)的治理裝置，它融合了半導(dǎo)體器件與接觸器開關(guān)的優(yōu)點，能夠避免接 觸器開關(guān)在負(fù)荷投切瞬間產(chǎn)生的較大涌流和開通、關(guān)斷時問問隔長的問題 使負(fù)載用戶在負(fù)載換相投切過程中可正常供電；也能避免半導(dǎo)體器件長期 運行帶來的發(fā)熱問題

2、。配網(wǎng)三相不平衡治理裝置的應(yīng)用，將大幅提高配網(wǎng) 運行穩(wěn)定性和智能化，可對國網(wǎng)公司提出的建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的要求起到 很好的支撐作用。2產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)三相不平衡調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)參數(shù)裝置標(biāo)準(zhǔn)配置主控制器*1 +換相開關(guān)*9接線方式三相四線制工作狀態(tài)正常運行，故障報警，電源供電冷卻方式自然散熱噪聲由5dB控制器供電電源220V/50Hz, 40W采樣精度4%通訊接口GPRS/RS485絕緣電阻> 1MQ絕緣強(qiáng)度2000VAC , 60s外殼防護(hù)等級IP54機(jī)械尺寸400*350*150（寬*高*深）mm10kg環(huán)境溫度-2545 C環(huán)境濕度095%,無凝露海拔4000m換相開關(guān)額定電壓AC380V額定

3、頻率50Hz額定電流100A取人幾許電流150A換相時間40ms通訊接口GPRS/RS485絕緣電阻> 1MQ絕緣強(qiáng)度2000VAC , 60s外殼防護(hù)等級IP54機(jī)械尺寸250*500*200（寬*高*深）mm15kg環(huán)境溫度-2545 C環(huán)境濕度095%,無凝露海拔4000m3技術(shù)方案3.1總體方案三相不平衡調(diào)節(jié)裝置主要由主控制器與換相開關(guān)組成。 主控制器是整個裝置的控制核心，換相開關(guān)是裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間通過 GPRS5線通訊進(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。裝置系統(tǒng)示意圖如下所示。換相開關(guān)換相開關(guān)換相開關(guān)主控制器是整個裝置的控制終端，每套裝置只有一個主控

4、制器。它負(fù)責(zé)采集 整個裝置的各種狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，通過邏輯運算發(fā)出各種指令完成整個裝置的操 控。它檢測配網(wǎng)總線的電壓信號；接收換相開關(guān)上傳的負(fù)載電流數(shù)據(jù)， 計算負(fù)載 平衡度及分布情況，通過分析計算給各個換相開關(guān)發(fā)出換相命令；接收換相開關(guān)上傳的運行狀態(tài)和故障信息，然后做出相應(yīng)的控制操作。換相開關(guān)是裝置的分支和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)配變的容量與負(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)，與自身的狀態(tài)信 息一起通過GPR優(yōu)線通訊上傳給主控制器；接收主控制器的換相命令進(jìn)行換相 操作；接收主控制器的故障保護(hù)命令進(jìn)行相應(yīng)的操作； 顯示自身的運行狀態(tài)信息。每套三相不平衡調(diào)節(jié)裝置只有一

5、個主控制器，但換相開關(guān)的數(shù)量是不定的， 根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況的不同，配備數(shù)量不等的換相開關(guān)。換相開關(guān)與主控制器之間 通過GPRS6線通訊的方式實現(xiàn)信息交互，這樣現(xiàn)場應(yīng)用安裝靈活。三相不平衡 調(diào)節(jié)裝置的現(xiàn)場應(yīng)用情況比較復(fù)雜多樣，具體的應(yīng)用方案這里不一一列舉，下面 主要介紹主控制器和換相開關(guān)的技術(shù)方案和具體實現(xiàn)。3.2 硬件方案3.2.1 主控制器控制器外殼主控制器由開關(guān)電源、主控制器板卡、機(jī)殼結(jié)構(gòu)組成。示意圖如下圖所示開關(guān)電源結(jié)構(gòu)箱體控制器板卡IJ開關(guān)電源開關(guān)電源為主控制器提供電源，電源入口從配網(wǎng)取電，額定電壓為220V/50Hz,輸出為DC24V負(fù)載額定功率約為 20WW選取衡孚的HF-35W-S

6、E-24主控制器板卡主控制器板卡是主控制器的核心部件，電源輸入為 DC24V要具備電壓檢測功能、開入開出功能、通訊功能、邏輯運算功能。此部分外包給外協(xié)廠家設(shè)計生 產(chǎn)，具體技術(shù)指標(biāo)和功能需求參見外包技術(shù)協(xié)議。控制器板卡外殼對控制板起到一定的防護(hù)作用，正面設(shè)計有標(biāo)識區(qū)、指示燈區(qū)，手動設(shè)置區(qū) 控制器箱體結(jié)構(gòu)安裝控制器所有器件，可戶外、戶內(nèi)安裝使用，可柱上安裝。防護(hù)等級要求 達(dá)到IP54。主要功能參數(shù)采集變壓器出口三相電網(wǎng)電流；計算電網(wǎng)負(fù)載電流不平衡度，制定三相不平衡調(diào)節(jié)方案；裝置運行狀態(tài)指示功能；GPRSS訊功能、485通訊功能，與上位機(jī)通訊功能；防護(hù)等級：IP54;安裝方式：壁掛安裝；工作環(huán)境溫度

7、：-2545攝氏度；工作環(huán)境濕度：095%£凝露。3.2.2 換相開關(guān)換相開關(guān)主要由觸發(fā)板、晶閘管、接觸器、電流互感器、結(jié)構(gòu)機(jī)殼組成。組 成示意圖如下圖所示。換相開關(guān)外殼觸發(fā)板觸發(fā)板觸發(fā)板主要負(fù)責(zé)控制換相開關(guān)的換相操作，外包給外協(xié)廠家進(jìn)行設(shè)計生產(chǎn), 相機(jī)技術(shù)功能指標(biāo)可見技術(shù)協(xié)議。開關(guān)電源開關(guān)電源為觸發(fā)板提供電源，電源入口從配網(wǎng)取電，額定電壓為220V/50Hz, 輸出為DC24V負(fù)載額定功率約為20WW選取衡孚的HF-35W-SE-24品閘管品閘管型號為：塞米控的 SKKT-106-16E,臺基的MTX110-1800V兩種型號 互為備選，結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮兩種品閘管兼容使用。 首選塞

8、米控晶閘管，臺基作 為備選。接觸器接觸器型號：ABB的AX32-30-01-80電流互感器電流互感器型號：兵字的TA2739-01結(jié)構(gòu)箱體作為換相開關(guān)的結(jié)構(gòu)外殼，起到支撐、防護(hù)作用，正面設(shè)計有標(biāo)識區(qū)、指示 燈區(qū)、手動設(shè)置區(qū)。主要功能參數(shù)負(fù)載電流檢測功能；換相功能，接觸器驅(qū)動功能、晶閘管驅(qū)動功能；接觸器、晶閘管狀態(tài)檢測功能；GPRSS訊功能、485通訊功能，與控制器通訊功能；換相開關(guān)運行狀態(tài)指示功能；換相手動操作功能；換相開關(guān)物理地址定義功能；防護(hù)等級：IP54;安裝方式：壁掛安裝；工作環(huán)境溫度：-2545攝氏度；工作環(huán)境濕度：095%£凝露。3.3 軟件方案3.3.1 總體方案整套裝

9、置的軟件控制系統(tǒng)由控制程序和換相程序組成，主控程序與換相程序 屬于主從關(guān)系，主控程序發(fā)出命令，接收換相程序上傳信息。換相程序接受命令， 上傳信息。它們之間分工不同互相配合，共同完成裝置的運行控制。下圖是軟件 控制系統(tǒng)示意圖。主控程序是裝置的核心控制部分，它負(fù)責(zé)裝置的核心算法與控制策略、信息 的匯總與分析運算。換相程序是裝置的具體執(zhí)行部分，它負(fù)責(zé)換相開關(guān)的換相邏輯控制；檢測負(fù) 載電流信號與裝置運行狀態(tài)信息并上傳給主控程序03.3.2 主控程序信息采集功能總線電壓信號采集功能，檢測配電變壓器低壓側(cè)電網(wǎng)電壓信號?？偩€電流信號采集功能，檢測配電變壓器三相輸出電流。通過GPRS無線通訊接收各換相開關(guān)上傳

10、的負(fù)載電流信息、 物理地址信息（如 08C,裝置的第8個開關(guān)、默認(rèn)運行相為C相）、運行狀態(tài)信息（含當(dāng)前運行 相）、故障信息?？筛鶕?jù)外部編碼器電路輸入的信號來設(shè)置換相等待時間?？刂朴嬎愎δ苎b置的主控功能。管理控制裝置的正常運行。三相電流不平衡度計算功能。各換相開關(guān)支路負(fù)載電流計算功能。各支路負(fù)載重新分配再平衡計算功能。通過專門的計算方法計算當(dāng)前所接支 路負(fù)載并重新分配到各單相，給需要調(diào)整的換相開關(guān)發(fā)出換相命令，使電網(wǎng) 三項電流達(dá)到平衡。根據(jù)換相開關(guān)上傳的物理地址，對各換相開關(guān)進(jìn)行分組定義功能。運行狀態(tài)指示功能。發(fā)出電平信號控制LED燈的亮、滅，指示電源供電、正常運行、故障報警三種狀態(tài)。故障信息發(fā)

11、送功能，發(fā)送故障代碼到手機(jī)和電腦中。通訊功能485通訊、GPRS無線通訊。裝置內(nèi)控制器與各換相開關(guān)采用 GPRS通訊傳輸數(shù)據(jù)。裝置通過GPRS向用戶的手機(jī)和電腦發(fā)送數(shù)據(jù)信息。設(shè)備檢修、重新設(shè)置參數(shù)或更新軟件程序時采用 485通訊。2）控制策略系統(tǒng)級控制框圖計算三相總電流有效值裝置級控制策略換相開關(guān)采集的每一路電流，I1.In,控制器采集的配電變壓器出口總電流,然后按各相總電流大小排序，由大到小分別為x, y, z求總平均值：k=X y z3LX = x - kLy = y -k lz =z-k其中Ax大于零，加小于零；若Ay大于零,則x、y相的換相開關(guān)中分別找出與 Ax、Ay接近的負(fù)荷切換到

12、z相,在動作之前，先進(jìn)線預(yù)判，如果預(yù)判結(jié)果比動作之前要差，則維持不動作;若Ay小于零，則x找出與Ay、Az接近的負(fù)荷切換到 y、z相，在動作之前，先進(jìn)線預(yù)判，如果預(yù)判結(jié)果比動作之前要差，則維持不動作;若Ay等于零,則x找出與Az接近的負(fù)荷切換到 V、z相，在動作之前，先進(jìn)線預(yù)判,如果預(yù)判結(jié)果比動作之前要差，則維持不動作；當(dāng)變壓器輕載時，不進(jìn)行不平衡調(diào)節(jié)，輕載定義為負(fù)載率小于等于30%3）控制算法不平衡判斷依據(jù)和計算方法以三相電流不平衡度超過15%乍為動作判據(jù)不平衡度計算三相四線制系統(tǒng)中：電流不平衡度& = IX二X 100%,其中1X為三相電流Ia、IIb、Ic,取自總進(jìn)線電流 CT,

13、 I為三相總進(jìn)線電流有效值的平均值。計算電流不平衡度時三相電流都需要計算，要保證三相電流不平衡度均不超過15%系統(tǒng)級控制需要采集數(shù)據(jù)在舁 廳P信息名稱信息內(nèi)容備注1各換相升關(guān)物理地址信息換相升關(guān)的物理地址編號，由換相升關(guān)上傳。2各換相開關(guān)的默認(rèn)導(dǎo)通相信息默認(rèn)導(dǎo)通相是哪一相，由換相開關(guān)上傳。3各換相開關(guān)的當(dāng)前導(dǎo)通相信息換相開關(guān)的當(dāng)前導(dǎo)通相是哪一相，由換相 開關(guān)上傳。4各換相開關(guān)的運行狀態(tài)信息換相開關(guān)當(dāng)前的運行狀態(tài)，正常運行、故 障報警，由換相開關(guān)上傳5各換相開關(guān)的負(fù)載電流信息實時的負(fù)裁電流數(shù)值，由換相開關(guān)上傳6各換相力夫的手動換相命令信息手動換相命令信息，由換相開關(guān)上傳7三相電網(wǎng)電流信息實時三相

14、電網(wǎng)電壓數(shù)值，由控制板采集。8換相等待時間由控制器硬件（撥碼開關(guān)）進(jìn)行手動設(shè)置， 定義當(dāng)/、平衡度超過限制后等待多久下達(dá) 換相操作命令。5）故障保護(hù)原則當(dāng)裝置內(nèi)的控制器或裝置內(nèi)的換相開關(guān)出現(xiàn)故障時，裝置的保護(hù)原則有兩條在不會發(fā)生事故的情況下，優(yōu)先確保用戶用電暢通。設(shè)備可帶故障運行。當(dāng)三相不平衡調(diào)節(jié)功能失效時，同樣要保證用戶供電。3.3.3 換相程序信息采集功能負(fù)載電流采集功能。硬件地址編碼功能。根據(jù)外部輸入編碼器信號定義開關(guān)的物理地址手動換相功能。接收外部手動控制信號，控制開關(guān)進(jìn)行換相操作。通過GPRS無線通訊接收控制器發(fā)送的信息?？刂朴嬎愎δ軗Q相開關(guān)換相操作的邏輯控制功能。品閘管和接觸器的驅(qū)

15、動控制功能。品閘管和接觸器的狀態(tài)信息檢測功能。運行狀態(tài)指示功能。發(fā)出電平信號控制 LED燈的亮、滅，指示電源供電、 正常運行、故障報警三種狀態(tài)。工作相指示功能。發(fā)出電平信號控制 LED燈的亮、滅，指示負(fù)載接通在哪 一相。數(shù)據(jù)上傳給控制器功能，實時上傳運行的狀態(tài)信息和電流參數(shù)。通訊功能485通訊，GPRS無線通訊。裝置內(nèi)與控制器間采用 GPRS無線通訊輸出信息。設(shè)備檢修、重新設(shè)置參數(shù)或更新軟件程序時采用485通訊。2）換相操作流程圖設(shè)備上電程序初始化選擇默認(rèn)相X,并 閉合默認(rèn)接觸器X檢測接觸器X是否否閉合_1是正常運行，并向主控制器上傳信息閉合接觸器Y檢測接觸器Y否二是否閉合I是報接觸器X閉合故

16、障閉合接觸器Z檢測接觸器左-+1 否閉合是報接觸器X、Y閉合故障報接觸器X、Y、Z閉合故障，換相開關(guān)停止工作，等待檢修是否接到換相否檢測晶閘管X是 否否導(dǎo)通是到壩葩閘官X驅(qū)切信號，保持接觸器X閉合，報晶閘管X導(dǎo)通故障，等待檢修，不再執(zhí)行換相命令命令照到曲目,并導(dǎo)通晶 閘管X斷開接觸器X檢測接觸器X是否斷開斷開晶閘管X,保 持接觸器X閉合， 報接觸器海開故 障，等待檢修不再執(zhí)行換相命令斷開晶閘管X檢測晶閘管X是 否否斷開一1是1閉合接觸器X,報障，等待檢修報接觸器X閉合故障，需要緊急檢修導(dǎo)通晶閘管Y保持接觸器X不不，不再執(zhí)行換相命令封鎖所有接觸器、管閘管的驅(qū)動信號，報換相開關(guān)失效故障，等待維修開

17、始計時，40mS內(nèi)晶閘管Y、是否導(dǎo)通封鎖晶閘管Y 驅(qū)動信號， 導(dǎo)通晶閘管X閉合接觸器Y檢測接觸器丫是否閉合報接觸 器丫閉 合故障，關(guān) 斷晶閘管Y關(guān)斷晶閘管Y是下合接觸器X檢測晶閘管婕 否導(dǎo)通閉合接觸器X閉合接 觸器丫檢測接觸器X是 否閉合檢測接觸器丫是否閉合閉合接觸器Z否.檢測接觸器Z是 否閉合J縣完成換相操作檢測晶閘管丫是否否關(guān)斷否 僉測接觸器X是 否閉合 一詈保持接觸磊X閉合狀態(tài)，不再執(zhí)行換相命令，并斷開晶閘管X斷開晶 閘管X保持接觸器X閉合狀態(tài)，不再執(zhí)行換相命令，報晶閘管得通故障報接觸器X閉合故 障和晶閘管X斷開 故障，等待維修保持接觸器丫閉合 狀態(tài)，不再執(zhí)行換 相命令，報晶閘管X導(dǎo)通故

18、障、接觸器X閉合故障保持接觸器丫閉合狀態(tài)，不再執(zhí)行換相命令，報晶閘管X通通故障、接觸器X閉合故障、接觸器丫閉合故障3）故障信息列表在舁 廳P故障名稱故障內(nèi)容故障代碼1XX接觸器A閉合故障命令接觸器A閉合，但沒有閉合2XX接觸器A斷開故障命令接觸器A斷開，但沒有斷開3XX接觸器B閉合故障命令接觸器B閉合，但沒有閉合4XX接觸器B斷開故命令接觸器B斷開，但沒有斷開障5XX接觸器C閉合故障命令接觸器C閉合，但沒有閉合6XX接觸器C斷開故障命令接觸器C斷開，但沒有斷開7XX晶閘管A導(dǎo)通故障命令品閘管A導(dǎo)通，但沒有導(dǎo)逋或單方向?qū)?XX晶閘管A關(guān)斷故障命令品閘管A關(guān)斷，但沒有美斷或單方向關(guān)斷9XX晶閘管

19、B導(dǎo)通故障命令品閘管B導(dǎo)通，但沒有導(dǎo)逋或單方向?qū)?0XX晶閘管B關(guān)斷故障命令品閘管B關(guān)斷，但沒有美斷或單方向關(guān)斷11XX晶閘管C導(dǎo)通故障命令品閘管C導(dǎo)通，但沒有導(dǎo)逋或單方向?qū)?2XX晶閘管C關(guān)斷故障命令品閘管C關(guān)斷，但沒有美斷或單方向關(guān)斷13XX換相開關(guān)裝置故障換相開關(guān)的綜合故障信息4）上傳信息列表在舁 廳P信息名稱信息內(nèi)容備注1物理地址信息換相開關(guān)的物理地址編號，由撥碼開關(guān)設(shè)止2默認(rèn)導(dǎo)通相信息默認(rèn)導(dǎo)通相是哪一相，由旋鈕開關(guān)設(shè)定3當(dāng)前導(dǎo)通相信息換相開關(guān)的當(dāng)前導(dǎo)通相是哪一相4運行狀態(tài)信息換相開關(guān)當(dāng)前的運行狀態(tài)，正常運行、故 障報警5負(fù)裁電流信息實時的負(fù)裁電流數(shù)值6手動換相命令信息手動換相命令信息，由旋鈕開關(guān)設(shè)定7換相開關(guān)裝置故障換相開關(guān)的故障信息5） 一次接線圖ABCVTa A相晶閘管KMA A相接觸器VTb）: A相晶閘管KMB A相接觸器VTc： A相晶閘管KMC A相接觸器3.3.4 裝