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
- 2、通過SVG靜止同步補償器補償
- 3、通過APF有源濾波器補償
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。
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。
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
- 2、GTS-12000智能三相換相開關
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。
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
- 2、降低變壓器損耗
- 3、降低線路損耗
- 4、解決低壓、過壓問題
- 5、保護低壓配網安全運行
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。
使變壓器處于對稱運行狀態，有效降低了變壓器損耗。
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。
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。
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
- 2、自動換相，不需中斷用戶供電
- 3、可靠的相間防短路技術
- 4、開關元件不耗電，裝置功耗小
系統投運后無需專人維護和管理，節省人力物力，提高效率
自動換相，無需人工參與
換相時間≤25ms，不會導致供電中斷
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
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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