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農電網用的三相交流自動調壓器

發布時間: 2021-04-22       作者:王鴻鈺       來源:上海極東神港自控工程有限公司      點擊數:

1概述

按照國網運檢部2105年組織編制的《配網“低電壓”治理技術原則(試行)》中的規定,供電網絡的低電壓”是指用戶計量裝置處電壓值低于國家標準所規定的電壓下限值,即20千伏及以下三相供電用戶的計量裝置處電壓值低于標稱電壓的7%,220伏單相供電用戶的計量裝置處電壓值低于標稱電壓的10%。目前,國內許多農村邊遠地區和山區,經濟相對落后,用電負荷分散,變電站分布較為稀疏,長距離送電導致線路末端電壓過低或大幅度波動,“點多面廣”的低電壓問題不同程度地影響了當地居民的日常生活和生產用電。農電網發展的相對滯后,也阻礙了一些地區用電負荷迅速增長的需求。本文針對當前農電網的許多末端電壓不能滿足用戶需要的現狀,提出一種以自動調節技術升壓的三相交流自動調壓設備。

2自動調壓器的工作原理

 

1以集成電路和晶閘管開關構成的自動調壓器的原理電路圖

以集成電路和無觸點晶閘管開關構成的單相自動調壓器的原理電路圖見圖1。它基于自耦變壓器原理調壓。與同容量的變壓器比,自耦調壓不但耗材少、尺寸小、造價低、效率高、損耗低,而且,便于運輸和安裝。不過,因為自耦調壓器一次和二次繞組之間有電的直接聯系,當高壓側過電壓時會引起低壓側也過電壓。為了避免這種危險,自耦調壓器必須裝設過電壓防護器。

1所示的自動調壓器包括自耦變壓器、大功率晶閘管開關和控制電路三個部分。其中控制電路由取樣電路、直流基準電壓電路、比較電路、編碼電路、過零控制電路和IC開關電路等幾部分組成?;鶞孰妷弘娐酚山祲鹤儔浩?span lang="EN-US">T2降壓、VD橋堆整流、電容濾波器濾波、IC8穩壓模塊穩壓和電阻分壓后產生?;鶞孰妷悍謩e接比較器IC7的“+”輸入端。與交流輸入電壓對應的取樣電壓經二極管整流、電容濾波和降壓后產生,分別接比較器的另一輸入端。當交流輸入電壓低于某一電壓(比如低于(1-7%)標稱電壓,而略高于調節電壓范圍的下限值)時,比較器IC7都輸出高電平,以異或門構成的編碼器IC611腳輸出高電平,驅動開關電路IC1和晶閘管VS1導通,切換自耦變壓器T1的輸出抽頭,令其升壓。當交流輸入電壓高于某一電壓(比如高于且在(1±7%)標稱電壓內變化)時,比較器IC7都輸出低電平,IC63腳輸出高電平,驅動開關電路IC4和晶閘管VS4導通,切換自耦變壓器T1的輸出抽頭,令輸入輸出直通。此時,調壓器的效率接近100%。通過調節,允許輸入的交流電壓在調節電壓范圍的下限值標稱電壓(1+7%)之間變化,而將輸出電壓穩定在(1±7%)標稱電壓值上。圖1IC5為過零輸出控制信號的電路。

1中的控制電路也可MCU、電壓采樣電路、電流采樣電路、狀態輸入電路、通信端口、控制輸出電路、數據存儲器、顯示電路、按鍵電路等電路組成,構成具有較強智能的自動控制器。

3 三相交流自動調壓器

文中介紹的三相交流自動調壓器由U、V、W三相構成,基于自耦變壓器原理進行調壓。圖2三相交流自動調壓器的原理結構圖。它由具有多個分接頭的自耦變壓器、調壓開關和自動控制器組成。自耦變壓器的整個線圈分為三部分:主線圈、調壓線圈,控制線圈。其中調壓線圈是一個有多個抽頭的繞組,這些抽頭通過功率開關的不同接點串聯在輸入輸出之間,通過改變分接位置,從而改變自耦變壓器變比,達到調整電壓的目的;主線圈為自耦變壓器的公共繞組,產生傳遞能量的磁場; 控制線圈為控制器提供工作電源和采樣信號。

功率開關是可在控制電路的控制之下帶負載轉換調壓線圈分接頭的開關。分接頭的檔位按用戶要求的調壓精度和調壓范圍等設置。

2中,電源側主接線可以通過調壓開關在分接頭1到分接頭5之間切換。負荷側主接線根據用戶需要的調壓范圍確定(固定接線)。如用戶需求的調壓范圍為0+20%(25%)時,負荷側主接線固定接在分接頭1上,此時1檔為調壓器直通檔;用戶需求的調壓范圍為-5%+15%(20%)時,負荷側主接線固定接在分接頭2上,此時2檔為調壓器直通檔。

自動控制器是整個裝置的核心部分,它通過電壓互感器采集交流電壓信號和通過電流互感器采集交流電流信號,然后與電路中設置的或程序里設定的參考值進行比較,按照比較結果,發出指令控制分接開關下調或上調,進行調壓操作。    

                   2 三相交流自動調壓器的原理結構圖

 

4  SZT三相無觸點農電網自動調壓器

SZT三相系列自動調壓器是上海潘登新電源公司專門為提升三相低電壓而設計的調壓器,它是SBW5B系列無觸點免維護穩壓器的衍生產品,結構簡單,體積輕巧,安裝方便,特別適用于農村和山區電網終端三相負荷分散的場所,解決農村電網末端的低電壓和波動頻繁的問題。

4.1  SZT三相系列自動調壓器的工作原理

SZT三相系列自動調壓器的原理框圖如圖3所示。它的主電路為自耦變壓器線路。調壓器由控制電路、自耦式調壓電路、輸出電路和直通電路等部分組成。它采用大功率無觸點晶閘管開關進行調壓抽頭的切換,使實際的輸出電壓保持在(1±5%)額定值范圍內。調壓器的原理結構圖同圖2。調壓器工作時,控制電路對輸入電壓進行采樣,并與基準電壓進行比較,根據比較結果輸出控制信號控制自耦調壓電路的工作狀態:當輸入電壓較低(偏離標稱值5%以上)時,通過接通某個晶閘管開關使自耦調壓電路進入升壓工作狀態;當輸入電壓接近標稱電壓(約360 V以上)時,自耦調壓電路退出升壓,進入直通工作狀態。


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3  SZT三相調壓器原理框圖

SZT三相自動調壓器的升壓調節范圍20%、30%、40%3種規格,額定容量從20kVA250kVA20、30、50、80、100、125、160、200、250kVA9種類型。三相無觸點分相調壓。

4.2 直通電路和過流指示

當電網電壓高于調壓范圍的上限值(約360 V)時,調壓器直通供電。

當用戶負載電流大于110%額定電流時,調壓器并不斷電;它在控制電路的控制之下將自動轉入直通供電狀態,并點亮紅色指示燈。直到用戶負載電流恢復正常后,熄滅紅色指示燈。SZT三相調壓器比普通三相調壓器有更強的過載能力。

4.3 三相浪涌保護器

考慮系統的接地形式,三相浪涌保護器的安裝模式有共模接線模式、差模接線模式、3+1接線模式和全模接線模式。前3種模式由34塊模塊組合而成(圖4a));共模接線模式保護設備內電路和器件對地的絕緣,差模接線模式保護兩個輸入端之間的電路和器件。全模保護模式的接線使用了更多模塊,對浪涌經過的所有可能的線路進行保護,保護的效果更好;SZT系列自動調壓器輸入端裝設的浪涌保護器就是這種保護器(圖4b),三相40kA),它能有效防止沿電力線路侵入的浪涌電壓對調壓器和調壓器后面負載造成的傷害。按照需要,它的容量可以進一步增大。

                       (b)全模保護接線模式

                     4 保護模式

5 選型、性能和使用

5.1 選型

按調壓范圍分,SZT系列自動調壓器有20%、30%、40%3種規格,實際輸出電壓為(1±5%)×380V正弦波;效率≥99%,防護等級IP45,使用環境溫度-20~50℃。選用SZT系列自動調壓器的具體型號規格時,可根據負載電壓、波動范圍和容量,以如下方法進行:實測使用區域的最低電壓,若高于304 V的,可選用升壓范圍為20%的規格;若最低電壓高于266 V的,可選用升壓范圍為30%的規格;而最低電壓高于228V的,可選用升壓范圍為40%的規格;然后再根據負載電流并留有一定余量來確定調壓器的額定容量。

  1  SZT系列自動調壓器選型表

    只要末端電壓低于380V5%以上(≤360V),調壓器就自動升壓。當電壓低于調壓器升壓范圍的下限值時,建議選用大一檔升壓范圍的產品。如前所述,當負載電流超過調壓器的額定值10%以上時,調壓器自動轉旁路直通運行,但是,若長時間超載,則建議換容量大一檔產品。

5.2 性能和使用

與傳統的線路調壓器比,SZT三相自動調壓器采用無觸點晶閘管開關調壓,使用壽命長達15年以上;它能快速響應,帶載調壓,保證了供電的連續性和輸出電壓的100%合格率;SZT三相自動調壓器專為治理農電網末端低電壓設計,直接補償線路電壓的差值,故體積小、質量輕,成本也低。SZT三相自動調壓器能方便地加裝智能電容器,實現線路無功就地補償,減少線路無功輸送。此外,調壓器內也可加裝遠程監測控制器,與電網智能配變監測系統聯網,分析調壓器工作狀況和用電指標,使系統主站能實時監測自動調壓器的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、無功功率、有功功率、功率因數、運行檔位數據;與此同時,還可區別過壓、欠壓、過載超載等故障和自動轉旁路運行。

SZT三相自動調壓器串接在低壓配電變壓器與其負載之間,調壓器的輸出接負載。因為這種調壓器體積小、質量輕,20、30、50kVA產品的外形尺寸不超過700mmx500mmx850mm,質量小于185kg,故可方便地安裝在電桿上; 80kVA以上的產品則可安裝在地面基礎上或安裝在變壓器旁邊。

安裝完成后通電,即進入正常運行狀態。

我們在一條供電半徑超過國家規定的遠距離山區線路上安裝了調壓器,原來末端單相用戶電壓只能達到180190V,線損率高,現在,末端用戶各相電壓都已達到約220V,三相線電壓達到1±5%)×380V,線損率也明顯下降;取得了良好的效果,達到了預期的目的。

6  結束語

專為農電網研發生產的SZT三相調壓器,它采用無觸點晶閘管開關切換自耦變壓器抽頭進行調壓,通過仔細設計,保證了供電的質量和連續性,而且使用壽命長,體積小、質量輕,成本低,因此,能夠以“投資少、周期短、見效快”的方式,有效地解決農電網末端電壓過低和負荷波動頻繁的問題。 

參考文獻

[1] 潘勝利, 王鴻鈺. 有效提升末端低電壓的自動調壓器 [J]. 農村電氣化,2016,X   

[2] 上海潘登新電源有限公司. D(S)ZT自動調壓器系列產品技術資料[Z].2015.

標簽:   農電網   

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