三相不平稳调剂装置技术方案汇总.docx
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三相不平稳调剂装置技术方案汇总
三相不平稳调剂装置方案
1产品研发背景
目前，在国家电网公司中、低压配电网系统中，存在着大量的单相、不对称、非线性、冲击性负荷，三相负荷系统是随机转变的，这些负荷会使配电系统产生三相不平稳，三相负荷不平稳会致使供电系统三相电压、电流的不平稳，引发电网负序电压和负序电流，阻碍供电质量，进而增加线路损耗，降低供电靠得住性。
三相不平稳治理装置是专门针对上述问题而研发的一款产品，不同于传统的治理装置，它融合了半导体器件与接触器开关的优势，能够幸免接触器开关在负荷投切刹时产生的较大涌流和开通、关断时刻距离长的问题,使负载用户在负载换相投切进程中可正常供电；也能幸免半导体器件长期运行带来的发烧问题。
配网三相不平稳治理装置的应用，将大幅提高配网运行稳固性和智能化，可对国网公司提出的建设顽强智能电网的要求起到专门好的支撑作用。
2产品技术参数
三相不平衡调节装置
系统参数
装置标准配置
主控制器*1+换相开关*9
接线方式
三相四线制
工作状态
正常运行，故障报警，电源供电
冷却方式
自然散热
噪声
≤65dB
控制器
供电电源
220V/50Hz，40W
采样精度
≤1%
通讯接口
GPRS/RS485
绝缘电阻
﹥1MΩ
绝缘强度
2000VAC，60s
外壳防护等级
IP54
机械尺寸
400*350*150（宽*高*深）mm
重量
10kg
环境温度
-25~45℃
环境湿度
0~95%，无凝露
海拔
≤1000m
换相开关
额定电压
AC380V
额定频率
50Hz
额定电流
100A
最大允许电流
150A
换相时间
≤10ms
通讯接口
GPRS/RS485
绝缘电阻
﹥1MΩ
绝缘强度
2000VAC，60s
外壳防护等级
IP54
机械尺寸
250*500*200（宽*高*深）mm
重量
15kg
环境温度
-25~45℃
环境湿度
0~95%，无凝露
海拔
≤1000m
3技术方案
3.1整体方案
三相不平稳调剂装置要紧由主操纵器与换相开关组成。
主操纵器是整个装置的操纵核心，换相开关是装置的执行机构，它们之间通过GPRS无线通信进行信息交互，彼此配合完成对配网三相不平稳问题的治理。
装置系统示用意如下所示。
主操纵器是整个装置的操纵终端，每套装置只有一个主操纵器。
它负责搜集整个装置的各类状态信息和数据，通过逻辑运算发出各类指令完成整个装置的操控。
它检测配网总线的电压信号；接收换相开关上传的负载电流数据，计算负载平稳度及散布情形，通过度析计算给各个换相开关发出换相命令；接收换相开关上传的运行状态和故障信息，然后做出相应的操纵操作。
换相开关是装置的分支和执行机构，依照配变的容量与负载的散布情形不同可灵活选择换相开关的容量和数量。
它负责搜集负载电流数据，与自身的状态信息一路通过GPRS无线通信上传给主操纵器；接收主操纵器的换相命令进行换相操作；接收主操纵器的故障爱惜命令进行相应的操作；显示自身的运行状态信息。
每套三相不平稳调剂装置只有一个主操纵器，但换相开关的数量是不定的，依照现场应用情形的不同，配备数量不等的换相开关。
换相开关与主操纵器之间通过GPRS无线通信的方式实现信息交互，如此现场应用安装灵活。
三相不平稳调剂装置的现场应用情形比较复杂多样，具体的应用方案那个地址不一一列举，下面要紧介绍主操纵器和换相开关的技术方案和具体实现。
3.2硬件方案
3.2.1主操纵器
主操纵器由开关电源、主操纵器板卡、机壳结构组成。
示用意如以下图所示
◆开关电源
开关电源为主操纵器提供电源，电源入口从配网取电，额定电压为220V/50Hz，输出为DC24V，负载额定功率约为20W，选取衡孚的HF-35W-SE-24
◆主操纵器板卡
主操纵器板卡是主操纵器的核心部件，电源输入为DC24V，要具有电压检测功能、开入开出功能、通信功能、逻辑运算功能。
此部份外包给外协厂家设计生产，具体技术指标和功能需求参见外包技术协议。
◆操纵器板卡外壳
对操纵板起到必然的防护作用，正面设计有标识区、指示灯区，手动设置区。
◆操纵器箱体结构
安装操纵器所有器件，可户外、户内安装利用，可柱上安装。
防护品级要求达到IP54。
要紧功能参数
Ø搜集变压器出口三相电网电流；
Ø计算电网负载电流不平稳度，制定三相不平稳调剂方案；
Ø装置运行状态指示功能；
ØGPRS通信功能、485通信功能，与上位机通信功能；
Ø防护品级：
IP54；
Ø安装方式：
壁挂安装；
Ø工作环境温度：
-25~45摄氏度；
Ø工作环境湿度：
0~95%无凝露。
3.2.2换相开关
换相开关要紧由触发板、晶闸管、接触器、电流互感器、结构机壳组成。
组成示用意如以下图所示。
◆触发板
触发板要紧负责操纵换相开关的换相操作，外包给外协厂家进行设计生产，相机技术功能指标可见技术协议。
◆开关电源
开关电源为触发板提供电源，电源入口从配网取电，额定电压为220V/50Hz，输出为DC24V，负载额定功率约为20W，选取衡孚的HF-35W-SE-24
◆晶闸管
晶闸管型号为：
塞米控的SKKT-106-16E，台基的MTX110-1800V，两种型号互为备选，结构设计时要考虑两种晶闸管兼容利用。
首选塞米控晶闸管，台基作为备选。
◆接触器
接触器型号：
ABB的AX32-30-01-80
◆电流互感器
电流互感器型号：
兵字的TA2739-01
◆结构箱体
作为换相开关的结构外壳，起到支撑、防护作用，正面设计有标识区、指示灯区、手动设置区。
要紧功能参数
Ø负载电流检测功能；
Ø换相功能，接触器驱动功能、晶闸管驱动功能；
Ø接触器、晶闸管状态检测功能；
ØGPRS通信功能、485通信功能，与操纵器通信功能；
Ø换相开关运行状态指示功能；
Ø换相手动操作功能；
Ø换相开关物理地址概念功能；
Ø防护品级：
IP54；
Ø安装方式：
壁挂安装；
Ø工作环境温度：
-25~45摄氏度；
Ø工作环境湿度：
0~95%无凝露。
3.3软件方案
3.3.1整体方案
整套装置的软件操纵系统由操纵程序和换相程序组成，主控程序与换相程序属于主从关系，主控程序发出命令，接收换相程序上传信息。
换相程序同意命令，上传信息。
它们之间分工不同相互配合，一起完成装置的运行操纵。
以下图是软件操纵系统示用意。
主控程序是装置的核心操纵部份，它负责装置的核心算法与操纵策略、信息的汇总与分析运算。
换相程序是装置的具体执行部份，它负责换相开关的换相逻辑操纵；检测负载电流信号与装置运行状态信息并上传给主控程序。
3.3.2主控程序
信息搜集功能
◆总线电压信号搜集功能，检测配电变压器低压侧电网电压信号。
◆总线电流信号搜集功能，检测配电变压器三相输出电流。
◆通过GPRS无线通信接收各换相开关上传的负载电流信息、物理地址信息（如08C，装置的第8个开关、默许运行相为C相）、运行状态信息（含当前运行相）、故障信息。
◆可依照外部编码器电路输入的信号来设置换相等待时刻。
操纵计算功能
◆装置的主控功能。
治理操纵装置的正常运行。
◆三相电流不平稳度计算功能。
◆各换相开关支路负载电流计算功能。
◆各支路负载从头分派再平稳计算功能。
通过专门的计算方式计算当前所接支路负载并从头分派到各单相，给需要调整的换相开关发出换相命令，使电网三项电流达到平稳。
◆依照换相开关上传的物理地址，对各换相开关进行分组概念功能。
◆运行状态指示功能。
发出电平信号操纵LED灯的亮、灭，指示电源供电、正常运行、故障报警三种状态。
◆故障信息发送功能，发送故障代码得电话和电脑中。
通信功能
◆485通信、GPRS无线通信。
◆装置内操纵器与各换相开关采纳GPRS通信传输数据。
◆装置通过GPRS向用户的电话和电脑发送数据信息。
◆设备检修、从头设置参数或更新软件程序时采纳485通信。
2）操纵策略
◆系统级操纵框图
◆装置级操纵策略
换相开关搜集的每一路电流，
….
，操纵器搜集的配电变压器出口总电流，然后按各相总电流大小排序，由大到小别离为x，y，z
求总平均值：
其中
大于零，
小于零；
若
大于零，那么x、y相的换相开关中别离找出与
、
接近的负荷切换到z相，在动作之前，先进线预判，若是预判结果比动作之前要差，那么维持不动作；
若
小于零，那么x找出与
、
接近的负荷切换到y、z相，在动作之前，先进线预判，若是预判结果比动作之前要差，那么维持不动作；
若
等于零，那么x找出与
接近的负荷切换到y、z相，在动作之前，先进线预判，若是预判结果比动作之前要差，那么维持不动作；
当变压器轻载时，不进行不平稳调剂，轻载概念为负载率小于等于30%
3）操纵算法
◆不平稳判定依据和计算方式
以三相电流不平稳度超过15%作为动作判据
◆不平稳度计算
三相四线制系统中：
电流不平稳度
，其中
为三相电流
、
、
，取自总进线电流CT，
为三相总进线电流有效值的平均值。
计算电流不平稳度时三相电流都需要计算，要保证三相电流不平稳度均不超过15%
◆系统级操纵需要搜集数据
序号
信息名称
信息内容
备注
1
各换相开关物理地址信息
换相开关的物理地址编号，由换相开关上传。
2
各换相开关的默认导通相信息
默认导通相是哪一相，由换相开关上传。
3
各换相开关的当前导通相信息
换相开关的当前导通相是哪一相，由换相开关上传。
4
各换相开关的运行状态信息
换相开关当前的运行状态，正常运行、故障报警，由换相开关上传
5
各换相开关的负载电流信息
实时的负载电流数值，由换相开关上传
6
各换相开关的手动换相命令信息
手动换相命令信息，由换相开关上传
7
三相电网电流信息
实时三相电网电压数值，由控制板采集。
8
换相等待时间
由控制器硬件（拨码开关）进行手动设置，定义当不平衡度超过限制后等待多久下达换相操作命令。
5）故障爱惜原那么
当装置内的操纵器或装置内的换相开关显现故障时，装置的爱惜原那么有两条
◆在可不能发生事故的情形下，优先确保用户用电畅通。
设备可带故障运行。
◆当三相不平稳调剂功能失效时，一样要保证用户供电。
3.3.3换相程序
信息搜集功能
◆负载电流搜集功能。
◆硬件地址编码功能。
依照外部输入编码器信号概念开关的物理地址
◆手动换相功能。
接收外部手动操纵信号，操纵开关进行换相操作。
◆通过GPRS无线通信接收操纵器发送的信息。
操纵计算功能
◆换相开关换相操作的逻辑操纵功能。
◆晶闸管和接触器的驱动操纵功能。
◆晶闸管和接触器的状态信息检测功能。
◆运行状态指示功能。
发出电平信号操纵LED灯的亮、灭，指示电源供电、正常运行、故障报警三种状态。
◆工作相指示功能。
发出电平信号操纵LED灯的亮、灭，指示负载接通在哪一相。
◆数据上传给操纵器功能，实时上传运行的状态信息和电流参数。
通信功能
◆485通信，GPRS无线通信。
◆装置内与操纵器间采纳GPRS无线通信输出信息。
◆设备检修、从头设置参数或更新软件程序时采纳485通信。
2）换相操作流程图
3）故障信息列表
序号
故障名称
故障内容
故障代码
1
XX接触器A闭合故障
命令接触器A闭合，但没有闭合
2
命令接触器A断开，但没有断开
XX接触器A断开故障
3
XX接触器B闭合故障
命令接触器B闭合，但没有闭合
4
XX接触器B断开故障
命令接触器B断开，但没有断开
5
XX接触器C闭合故障
命令接触器C闭合，但没有闭合
6
XX接触器C断开故障
命令接触器C断开，但没有断开
7
XX晶闸管A导通故障
命令晶闸管A导通，但没有导通或单方向导通
8
XX晶闸管A关断故障
命令晶闸管A关断，但没有关断或单方向关断
9
XX晶闸管B导通故障
命令晶闸管B导通，但没有导通或单方向导通
10
XX晶闸管B关断故障
命令晶闸管B关断，但没有关断或单方向关断
11
XX晶闸管C导通故障
命令晶闸管C导通，但没有导通或单方向导通
12
XX晶闸管C关断故障
命令晶闸管C关断，但没有关断或单方向关断
13
XX换相开关装置故障
换相开关的综合故障信息
4）上传信息列表
序号
信息名称
信息内容
备注
1
物理地址信息
换相开关的物理地址编号，由拨码开关设定
2
默认导通相信息
默认导通相是哪一相，由旋钮开关设定
3
当前导通相信息
换相开关的当前导通相是哪一相
4
运行状态信息
换相开关当前的运行状态，正常运行、故障报警
5
负载电流信息
实时的负载电流数值
6
手动换相命令信息
手动换相命令信息，由旋钮开关设定
7
换相开关装置故障
换相开关的故障信息
5）一次接线图
VTa：
A相晶闸管
KMA：
A相接触器
VTb：
A相晶闸管
KMB：
A相接触器
VTc：
A相晶闸管
KMC：
A相接触器
3.3.4装置运行操纵
三相不平稳调剂装置的运行操纵流程可能如下
1）上电后，装置初始化，装置自检。
2）检测三相电网电流，判定是不是显现三相电流不平稳，若是显现不平稳那么计算操纵换相开关进行换相调剂
3）若是电压平稳那么依照默许设置闭合换相开关中的导通相。
4）实时检测电网电流、各支相负载电流转变情形，监测装置自身的运行状态。
5）发生三相电流不平稳那么安照操纵策略进行调剂。
3.4结构方案
3.4.1操纵器
操纵器箱的器件连接关系和接线示用意如下所示
3.4.2换相开关
换相开关的器件连接关系和接线
4实施方案
4.1项目进度安排
本次项目进度安排表如下
序号
时间进度与完成内容
1
2015年3月—2015年4月
主要内容：
（1）380V智能三相不平衡治理开关功能及切换方式研究
考核目标：
（1）确立智能三相不平衡治理开关的功能及切换方式
2
2015年5月—2015年6月
主要内容：
（1）380V智能三相不平衡治理开关总体架构及控制策略研究
考核目标：
（1）确立三相不平衡治理开关总体架构及控制策略
3
2015年7月—2015年9月
主要内容：
（1）380V智能三相不平衡治理开关样机研制
（2）样机实验
考核目标：
（1）开发三相不平衡治理开关的一、二次样机
（2）样机实验报告
4
2015年10月—2015年12月
主要内容：
（1）产品使用技术培训。
（2）调试样机
（3）项目材料整理
考核目标：
（1）产品使用技术培训。
（2）样机安装调试测试，三相不平衡治理开关满足各项既定指标
（3）申请2项发明专利，发表2篇公开期刊论文
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