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        一、背景及概述

        1.1 現狀

        我國的低壓配電網點多面廣、結構復雜、負荷性質多樣、負荷變化波動大。并且隨著人們生活水平的不斷提高,大功率用電設備越來越多,用戶的用電水平和用電規律參差不齊,再加上治理三相不平衡的方法相對欠缺,管理不到位,導致三相負荷的不平衡問題日益突出,嚴重影響著供電質量以及低壓配網運行的安全性。三相不平衡問題亟待得到解決。

        1.2 三相不平衡的危害

        三相負載不平衡問題對電力系統、用戶供電等都帶來了嚴重的危害,主要表現在以下幾個方面:

        • 1、增加變壓器損耗
        • 2、增加線路損耗
        • 3、配變出力減小,降低了配變利用率
        • 4、變壓器發熱,嚴重時甚至會燒毀變壓器
        • 5、容易導致過壓、低壓,影響用電設備的正常工作

        目前我國低壓配網三相不平衡問題非常普遍,損耗高、缺陷多,運行可靠性差,威脅電網安全運行,尤以農網三相不平衡問題最為突出。

        1.3 三相不平衡治理的傳統方法

        傳統治理三相不平衡的手段相對欠缺,而且投入大、效率低、不能從根本上解決三相不平衡問題,傳統主要解決方法如下:

        • 1、通過人工改線調整負荷
        • 這種方法使用率最高,但其人力投入大,需切斷用戶供電,而且難以長期適應負荷的變化規律。

        • 2、通過SVG靜止同步補償器補償
        • SVG靜止同步補償器可以對三相不平衡進行補償,但這種方法成本高,而且不能做到真正的負荷平衡。

        • 3、通過APF有源濾波器補償
        • APF有源濾波器可以濾除諧波,并對三相不平衡起到一定的補償作用,但這種方法同樣是成本高,而且補償效率低。

        GTS-10000臺區三相不平衡調整裝置(換相開關型)是一款用于治理三相不平衡的產品。它適用于三相四線制的380V/220V低壓配電系統,能夠在不中斷用戶供電的情況下根據不平衡度自動調節三相負載,克服傳統依靠人工改線來調節三相不平衡的缺點。本產品可有效降低由三相負載不平衡所導致的變壓器損耗、線路損耗,克服某相過流、末端低壓等情況,以及由三相不平衡所帶來的眾多安全隱患。

        GTS-10000臺區三相不平衡調整裝置(換相開關型)由GTS-11000智能中控器和GTS-12000智能三相換相開關組成:

        • 1、GTS-11000智能中控器
        • GTS-11000智能中控器是自動平衡系統的“大腦”,是集采樣、運算、通信、人機交互、智能組網、平衡邏輯算法于一體的智能控制裝置。

        • 2、GTS-12000智能三相換相開關
        • GTS-12000智能三相換相開關是自動平衡系統的執行機構,是集采樣、運算、通信、相序切換功能于一體的智能投切裝置。

        二、功能及參數

        2.1 系統功能

        • 1、自動平衡三相負載
        • 實時監測三相不平衡度,并根據不平衡度自動調節三相負載,換相時間最大只需25ms,不會中斷用戶供電。

        • 2、降低變壓器損耗
        • 使變壓器處于對稱運行狀態,有效降低了變壓器損耗。

        • 3、降低線路損耗
        • 可有效減小中性線電流,從而減小了中性線的損耗,同時也減小了相線的損耗。

        • 4、解決低壓、過壓問題
        • 解決由三相不平衡所導致的低壓、過壓的問題,避免因過壓燒壞用電設備或因低壓影響用電設備的正常運行。

        • 5、保護低壓配網安全運行
        • 避免由于中性線電流長期過大而導致的發熱和老損,以及避免了變壓器等配電設備燒毀的安全隱患。

        2.2 系統優勢

        • 1、免維護、免管理
        • 系統投運后無需專人維護和管理,節省人力物力,提高效率

        • 2、自動換相,不需中斷用戶供電
        • 自動換相,無需人工參與

          換相時間≤25ms,不會導致供電中斷

        • 3、可靠的相間防短路技術
        • 可靠的硬件閉鎖技術,防止多個相序同時接通

          多重軟件算法,智能預防相間短路

        • 4、開關元件不耗電,裝置功耗小
        • 采用永磁繼電器機構,無壓運行

          裝置運行功耗小

        2.3 技術參數

        分類 參數名稱 換相開關 中控器
        電氣參數 接線方式 三相四線制 三相四線制
        額定電壓 AC380V/220V AC380V/220V
        額定容量 100A -
        額定頻率 50Hz 50Hz
        額定絕緣電阻 >100MΩ >100MΩ
        額定工頻耐受電壓 2.5kV 2.5kV
        額定沖擊耐受電壓 8kV 8kV
        載波通信頻率 120k~135kHZ 120k~135kHZ
        性能指標 換相時間 ≤20ms -
        機械壽命 10萬次 -
        電流/電壓采樣精度 0.5級 0.5級
        穩定通信距離 ≤1500米 ≤1500米
        防護等級 ≥IP54 ≥IP54
        存儲容量 - 2Mbyte
        使用工況 戶外 戶外
        環境溫度 -40℃ ~ 70℃ -40℃ ~ 70℃
        海拔 ≤3000m ≤3000m

        三、智能平衡原理

        3.1 原理圖及概述

        • 1、臺區內始端均安裝一臺GTS-11000中控器
        • 2、每個支路下面安裝若干臺GTS-12000換相開關(根據需要來選裝)
        • 3、換相開關實時監測自身帶載回路的電流電壓大小
        • 4、中控器與換相開關之間通過電力載波的方式進行通信
        • 5、中控器實時監測支路的不平衡度,并結合該支路各換相開關的負荷大小,運算出最優調平策略,實現支路平衡,最終實現變壓器平衡

        3.2 組網方式

        GTS-10000臺區三相不平衡調整裝置(換相開關型)采用電力載波的方式進行通信,每個中控器只負責與其同支路的換相開關進行通信,一個支路構成一個子系統,中控器作為主機,換相開關作為從機。

        本系統針對多中控器共網的模式,開發了獨特的智能組網機制,即搶占式分時通信機制,該機制避免了不同支路之間的載波通信的沖突和干擾,實現了智能組網功能。

        3.3 基于支路平衡策略的平衡算法原理

        支路平衡。臺區內如果每個三相的分支都達到三相平衡狀態,那么最終變壓器也會處于三相平衡狀態,這就是基于支路平衡策略而實現臺區平衡的原理。

        3.4 總結

        本系統實現了不掉電換相的功能,換相過程中不會導致用戶供電的中斷,保證了供電質量。

        過零投切技術基于“電流過零切除,電壓過零投入”的原則,可以達到沖擊極小、電弧極小的效果。

        通過大量的理論調研和實際測試驗證,30ms的掉電時間不會導致用電設備掉電,而GTS-12000智能換相開關換相時間小于25ms,完全滿足要求。

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