1.概述
節(jié)能降耗是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，降低配電網(wǎng)線損對節(jié)能減排及電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行具有深遠(yuǎn)的意義。因此有效的低壓配網(wǎng)降損措施及治理方法已成為供電企業(yè)關(guān)注的熱點。
目前，在廣大的城鄉(xiāng)中廣泛地使用配電變壓器將10kV變壓后以380/220V的三相四線制系統(tǒng)向用戶供電。由于用戶的多種不一樣的特點，在生產(chǎn)、生活用電中，配電變壓器所供應(yīng)的用戶的用電特點不同，加上負(fù)載變化大等因素，配電變壓器在運行中常出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡的情況。三配電變壓器長期處于三相不平衡運行狀態(tài)將會影響變壓器的壽命,增加變壓器的損耗,同時導(dǎo)致一系列諸如電網(wǎng)電壓下降、閃變、功率因數(shù)低、線路損耗增加的問題。三相負(fù)荷不平衡對配電臺區(qū)的影響主要有四個方面：
1)造成配電變壓器和負(fù)荷線路損耗增加;
2)配電臺區(qū)重載相的電壓質(zhì)量下降;
3)配電變壓器處理降低，電能轉(zhuǎn)換效率下降;
4)三相不平衡運行造成配電變壓器零序電流增大，引起的渦流損耗使配電變壓器運行溫度升高，危及變壓器安全和壽命。
鑒于此本公司研發(fā)出一套新型智能三相不平衡治理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用帶電換相裝置來完成三相負(fù)荷自動平衡調(diào)整，帶電換相裝置接線示意圖如下圖1所示，換相裝置接入A、B、C三相電壓，通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)僅提供某一單相給負(fù)荷使用，當(dāng)配變出現(xiàn)三相不平衡時帶電換相裝置接收指令進(jìn)行換相以達(dá)到負(fù)荷平衡的目的。該系統(tǒng)從根源上解決了負(fù)荷不平衡的問題，對配電變壓器起到了很好的保護(hù)作用，也能有效降低前述因不平衡帶來的危害。
2.原理介紹
三相不平衡治理系統(tǒng)的基本原理是在配電變側(cè)安裝一套臺區(qū)配變智能終端，通過配變智能終端實時監(jiān)測配電變壓器的運行工況，在三相負(fù)荷不平衡越限的情況下，臺區(qū)配變智能終端KYYJ-2000以通訊的方式(無線或電力載波)，選擇性地遙控終端負(fù)荷的智能換相開關(guān)，將掛在重載相別的負(fù)荷，切換到輕載相別，以達(dá)到負(fù)荷平衡的目的，其原理示意圖如下圖所示。
圖2三相不平衡治理系統(tǒng)原理圖
主控單元采集配電變壓器低壓側(cè)三相電流計算三相不平衡率，同時實時與所有智能換相開關(guān)通訊獲取每個支路的當(dāng)前電流。在三相負(fù)荷不平衡越限的情況下，主控單元選擇性地遙控終端負(fù)荷的智能換相開關(guān)，將掛在重載相別的負(fù)荷，切換到輕載相別。智能換相開關(guān)在規(guī)定時間內(nèi)完成換相，同時將新的相別接入信息將上送配變智能終端。此時主控單元的換相控制策略模塊，結(jié)合切換后的負(fù)荷情況，復(fù)核負(fù)荷切換后的三相負(fù)荷平衡狀態(tài)，并形成反饋加修正機(jī)制，最終達(dá)到負(fù)荷側(cè)的三相負(fù)荷平衡。
主控單元內(nèi)嵌負(fù)荷智能分析策略模塊，可實時靈活選擇負(fù)荷換相切換，并通過相應(yīng)措施有效控制換相頻率，避免無謂的換相。軟件系統(tǒng)同時對終端負(fù)荷引入負(fù)荷重要性分級，對重要負(fù)荷或有特殊要求的負(fù)荷，可不換相或盡量避免換相。
主控單元主要特點如下：
● 以高性能的浮點MCU處理器為核心的硬件平臺，可靠、高效;
● 全漢化OLED顯示，友善的人機(jī)界面，操作方便;
● 換相自動控制功能動作過程透明化，信息記錄完備;
● 裝置采用全密封嵌入式結(jié)構(gòu)，其抗震能力、抗電磁干擾能力能全面滿足GB/T 14598規(guī)定的抗電磁干擾性能試驗和GB/T 7261-2000種規(guī)定的各種機(jī)械性能試驗;
● 軟、硬件冗余設(shè)計，完善的軟、硬件自檢，二級看門狗，抗干擾性能強(qiáng);
3.智能換相開關(guān)
目前常規(guī)的換相開關(guān)，是基于機(jī)械式的分合操作，切換期間有短時的供電中斷。智能換相開關(guān)采用智能投切技術(shù)，在切換過程中可以保證供電可靠性，能實現(xiàn)精確的過零移相控制、全正弦波切換，確保切換過程盡量無諧波產(chǎn)生，投切無涌流。
KYYJ智能換相開關(guān)以高性能的MCU處理器為核心的硬件平臺，它兼具高效率數(shù)字信號處理能力和微程序控制器的實時控制能力，軟、硬件冗余設(shè)計，完善的軟、硬件自檢，可靠、高效，二級看門狗，抗干擾性能強(qiáng)。KYYJ智能換相開關(guān)采用全密封嵌入式結(jié)構(gòu)，其抗震能力、抗電磁干擾能力能全面滿足GB/T 14598規(guī)定的抗電磁干擾性能試驗和GB/T 7261-2000種規(guī)定的各種機(jī)械性能試驗。
與傳統(tǒng)切換開關(guān)相比較，KYYJ智能換相開關(guān)具有以下優(yōu)點：
● 完整緊湊的結(jié)構(gòu)，模塊內(nèi)含有控制電路、電力開關(guān)元件;
● 內(nèi)置智能觸發(fā)電路，實現(xiàn)電力開關(guān)元件智能控制，
● 內(nèi)置保護(hù)電路，完成過壓、欠壓、缺相保護(hù)等功能;
● 精確的過零移相控制，與全可控硅模塊過零投切開關(guān)的投切波形相同，全正弦波切換，無諧波產(chǎn)生，投切無涌流;
● 與可控硅模塊投切開關(guān)相比無導(dǎo)通壓降及損耗，無需散熱部件;
● 與復(fù)合開關(guān)相比，去除了脆弱的可控硅，可靠性高;
● 反應(yīng)時間快速，投入時間小于25ms;
● 投入無涌流、分?jǐn)酂o拉弧，不需要維護(hù);
● 安裝簡便，與各種接觸器及復(fù)合開關(guān)安裝類似;
4.外形及尺寸
主控單元外形尺寸
換相開關(guān)外形尺寸(安裝)
6.智能換相開關(guān)參數(shù)
1)電氣參數(shù)
額定工作電壓:360V-440VAC
工作頻率：50Hz ±3Hz
模塊工作功耗：3VA
回路導(dǎo)通損耗：0 W/A
切換導(dǎo)通時間：≤25mS
投退額定壽命：100000
2)安裝方式
安裝：垂直安裝，上下部爬電距離≧150mm
接線：采用M6環(huán)形端子
連接螺絲力矩：3Nm
3)載波通訊參數(shù)
通訊距離：1000m
電力線載波頻率：110kHz
電力線通信速率：600、1200、2400、4800BPS可程序配置
調(diào)制解調(diào)方式：FSK
4) 射頻通信
通訊距離：1000m
頻率：433MHz
頻點可調(diào)
7.典型案例
以一個10kV柱上臺區(qū)變配變系統(tǒng)(如下圖)為例，該臺區(qū)變有20多個終端用戶。在配電箱安裝一套配變智能終端，其可實時監(jiān)視配變低壓出線三相電流負(fù)載的變化情況。
在若干個用戶終端引入三相電纜，并接入KYYJ智能換相開關(guān)，用戶電源由三相開關(guān)引入(如下圖所示)，這樣用戶終端可使用三相電源中的任意一相，具體使用三相中的哪一相可由智能換相切換開關(guān)實時進(jìn)行控制。
8.安裝與存儲注意事項
本章主要針對安裝，調(diào)試和維護(hù)人員，要求安裝人員應(yīng)具備基本的電氣操作知識以及測試裝置及保護(hù)功能的豐富經(jīng)驗。
▲ 警告!
■ 嚴(yán)格遵守企業(yè)和國家安全規(guī)范。工作在高電壓環(huán)境下要求嚴(yán)格的安全措施，以避免人員傷害和裝置損壞。
■ 裝置運行期間不要聯(lián)接電路，因為存在有危及安全的高電壓和大電流。
■ 打開包裝后，不要直接接觸電路。因為人與電路間可能存在有及安全靜電電位差，可能會導(dǎo)致人員傷害和裝置損壞。
■ 當(dāng)開路測量信號時要使用合適的絕緣測試端子。存在危險的電壓和電流。
■ 禁止在開關(guān)運行期間插拔插件或拆除和連接電纜，危險的電壓和電流可也許是致命的。保護(hù)裝置的運行可能會被終止，測量回路可能會被損壞。
■ 裝置及測試裝置均應(yīng)始終可靠接地，否則也許會損壞裝置，或引起人身傷害事故。
■ 禁止在裝置帶電時打開開關(guān)的前后面板。
▲ 警示!
■ 使用合格運輸包裝運送插件。處理插件時要始終佩戴防靜電護(hù)腕。防靜電護(hù)腕應(yīng)與裝置地可靠連接。
■ 停電更換插件時要始終佩戴防靜電護(hù)腕。防靜電護(hù)腕應(yīng)與裝置地可靠連接。
■ 在斷開和開關(guān)模塊相連接的電源電纜前，必須確認(rèn)外部的電源開關(guān)已經(jīng)斷開，以免危險發(fā)生。
■ 當(dāng)相鄰的其他設(shè)備在運行時，必須嚴(yán)格確認(rèn)被拆除裝置和其它運行裝置之間的安全距離，尤其對于一個不熟練的專業(yè)人員。
■ 更換插件后，必須檢查確保插件更換前后裝置配置及外部接線和更換前完全相同。一旦出現(xiàn)不同，斷路器意外動作或保護(hù)不正確動作都會帶來危險，同時現(xiàn)場人員也可能處于危險中。
■ 存儲
備用換相開關(guān)或插件應(yīng)置于原有裝置包裝內(nèi)或存放在干燥并清潔的房間里。存儲溫度范圍應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)要求，長期存儲推薦溫度范圍在-10°C ~40°C。
