CN207021698U - 一种三相变单相平衡变压器 - Google Patents
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Abstract
一种三相变单相平衡变压器，包括两个变压绕组，T变绕组TT和M变绕组TM，T变绕组的副绕组与M变绕组的副绕组串联。所述平衡变压器两个绕组分别为两个不同的变比；T变绕组TT的变比为5.77kV：0.16kV；M变绕组TM的变比为10kV：0.16kV；所述平衡变压器设置了补偿电路。本实用新型可以实现单相负荷的高功率因数的无级无差自动三相分配，有效解决了单相大负荷容易造成配变台区三相不平衡的问题；通过晶闸管投切电容器及逆变器的容量配合，装置的经济性和平衡效果能够达到最优；在不同的目标下，通过对补偿策略的调整，还可以对线路无功进行调节，间接补偿线路电压，实现台区的综合治理。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相变单相平衡变压器，属电力变压器技术领域。
背景技术
低压配电台区由于用户接入随机性造成三相负荷不平衡，三相线路流过的电流有可能差别很大，零线流过的电流也很大，引起严重的供电电压质量及损耗问题。由于零线上流过很大电流产生压降较大，末端用户的中性点发生了偏移，造成有些相电压过高，用户用电器绝缘老化，使用寿命减少；有些相用户电压过低，部分用电器无法启动，直接影响了用户的用电体验。三相不平衡造成的另一个问题是台区线损增大。在三相基本平衡的台区，线路及配变的三相容量能够得到了充分利用，理论上零线上无电流流过不产生损耗。而在三相不平衡台区，线路及变压器三相流过的电流不相等，零线上也流过电流，造成线路及配变损耗增大。
在农村地区由于用户分散居住的原因，三相四线全覆盖的成本过高，用户一般通过单相接入电网的方式进行供电。三相低压配电网由于用户用电负荷大小、用电时间等随机性负荷的影响，不平衡情况严重。
现阶段对用户侧的不平衡补偿一般通过负荷换相装置或人工调相的方式实现。换相装置需要在用户或线路上安装负荷切换开关，成本较高，切换时会引起电压瞬时跌落，对用户用电造成影响；人工调相存在难以获取用户侧负荷数据，调相工作量大，调相效果不明显；两种方法均未大范围推广应用。
三相变单相变压器在低压大负荷场合有所应用，如论文《低压大电流三相变单相变压器研究》提出了一种利用SCOTT变压器及移相电容器进行三相变单相平衡供电的装置，可以应用于低压稳定大电流场合。但在低压台区，用户负荷变化大将会使该装置频繁投切，造成装置投切开关寿命显著下降，实用性受限。
Scott变压器内部实际存在两个变压绕组，T变绕组TT和M变绕组TM，两个绕组存在两个不同的变比。以10kV：0.23kV供电的Scott变压器为例，传统的Scott变压器考虑两相供电，因此T变绕组和M变绕组的变比分别是5.77kV：0.23kV和10kV：0.23kV。图1为 Scott变压器单相供电示意图，图2为Scott变压器原副边电压相量图。
发明内容
本实用新型的目的是，针对单相负荷无规划的直接接入三相线路可能造成三相严重不平衡的问题，本实用新型公开一种三相变单相平衡变压器。
实现本实用新型的技术方案如下：一种三相变单相平衡变压器，包括两个变压绕组，T 变绕组TT和M变绕组TM，两个绕组分别为两个不同的变比；T变绕组TT的变比为5.77kV： 0.16kV；M变绕组TM的变比为10kV：0.16kV；T变绕组TT的副边绕组与M变绕组TM 的副边绕组串联；所述平衡变压器设置了补偿电路。
所述补偿电路包括无功补偿电容Cp、T变的移相电容CT、M变的移相电感LT和2相 3线制的逆变器INV，共同构成平衡变压器的高功率因数无级无差自平衡补偿***；所述无功补偿电容Cp串联晶闸管投切开关后并联在平衡变压器输出端；T变的移相电容CT串联晶闸管投切开关后并联在T变副绕组两端；M变的移相电感LT串联晶闸管投切开关后并联在M变副绕组两端；2相3线制的逆变器分别连接平衡变压器输出端和T变副绕组与M变副绕组的公共连接点。
无功补偿电容Cp主要负责负载的无功补偿，考虑到一般场合感性负载较多，所以采用无功补偿电容Cp即可。根据负载容量及功率因数，可以选择多组无功电容器进行补偿。无功补偿电容器组主要由复合开关、电容及抑制投切涌流的串联小电抗组成。当控制***发出指令要求电容器投入时，首先通过复合开关中的双向晶闸管实现电容器投入，再由复合开关中的机械开关实现零电流投入，然后双向晶闸管退出，由机械开关载流；关断过程首先通过双向晶闸管载流，机械开关退出，然后双向晶闸管断开。采用复合开关投切能够延长开关整体使用寿命，有利于装置长期运行。
移相电容和移相电感主要对经过无功补偿的负载电流进行移相，使流入T变和M变的电流逼近正交。移相电容和移相电感同样采用双向晶闸管进行投切，以延长开关整体寿命。移相电容根据负载的大小可以设置多组，实现梯级补偿。
2相3线制的逆变器主要由保护开关、滤波电感、三相逆变桥及采样控制保护回路构成，所述三相逆变桥的三个桥臂分别通过各相滤波电感连接保护开关；再通过开关连接T变副绕组与M变副绕组，实现负载无功补偿及移相电流的精细调节。逆变器检测补偿及移相后的剩余电流，通过逆变器输出电流实时跟踪负荷变化，使T变和M变电流大小相等，方向正交，从而达到平衡变压器原边三相高功率因数无级无差自动平衡。
三相变单相平衡变压器在实现以上目标的基础上，通过调整补偿策略还可以对原边三相线路进行无功补偿，达到线路电压调节的目的。
本实用新型的有益效果是，本实用新型提出的三相变单相平衡变压器通过晶闸管投切电容电抗器及逆变器的综合补偿可以实现单相负荷的高功率因数的无级无差自动三相分配，有效解决了单相大负荷容易造成配变台区三相不平衡的问题；通过晶闸管投切电容器及逆变器的容量配合，装置的经济性和平衡效果能够达到最优；在不同的目标下，通过对补偿策略的调整，还可以对线路无功进行调节，间接补偿线路电压，实现台区的综合治理。
附图说明
图1为Scott变压器单相供电示意图；
图2为Scott变压器原边电压相量图；
图3为Scott变压器副边电压相量图；
图4为本实用新型三相变单相平衡变压器结构图。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式如图4所示。
本实施例一种三相变单相平衡变压器包括两个变压绕组，T变绕组TT和M变绕组TM，两个绕组分别为两个不同的变比，平衡变压器设置了补偿电路。
变比设计：
本实施例一种三相变单相平衡变压器变比设计是以Scott变压器单相供电变压器为基础的。Scott变压器单相供电如图1所示，Scott变压器原副边电压相量如图2和图3所示。
Scott变压器内部实际存在两个变压绕组，T变绕组TT和M变绕组TM，两个绕组存在两个不同的变比。以10kV：0.23kV供电的Scott变压器为例，传统的Scott变压器考虑两相供电，因此T变绕组和M变绕组的变比分别是5.77kV：0.23kV和10kV：0.23kV。而三相变单相平衡变压器T变绕组和M变绕组串联供电，且考虑副边电压正交，因此T变绕组和 M变绕组副边电压应该在传统Scott变压器变比基础上降低0.707倍，因此，本实施例三相变单相平衡变压器T变绕组和M变绕组的变比应该分别是5.77kV：0.16kV和10kV：0.16kV，才能保证单相供电电压为0.23kV。
补偿回路设计：
三相变单相平衡变压器的补偿回路由三个部分组成：一是无功补偿电容Cp，并接于平衡变压器出口，实现负载侧电流的无功补偿；二是移相电容CT和移相电感LT，移相电容CT并接于T变副绕组，移相电感LT并接于M变副绕组；三是2相3线制的逆变器INV，实现无功补偿和移相电流的精调。三者共同构成平衡变压器的高功率因数无级无差自平衡补偿***，如图4所示。
无功补偿电容Cp主要负责负载的无功补偿，考虑到一般场合感性负载较多，所以采用无功补偿电容Cp即可。根据负载容量及功率因数，可以选择多组无功电容器进行补偿。无功补偿电容器组主要由复合开关、电容及抑制投切涌流的串联小电抗组成。当控制***发出指令要求电容器投入时，首先通过复合开关中的双向晶闸管实现电容器投入，再由复合开关中的机械开关实现零电流投入，然后双向晶闸管退出，由机械开关载流；关断过程首先通过双向晶闸管载流，机械开关退出，然后双向晶闸管断开。采用复合开关投切能够延长开关整体使用寿命，有利于装置长期运行。
移相电容CT和移相电感LT主要对经过无功补偿的负载电流进行移相，使流入T变和 M变的电流逼近正交。移相电容CT和移相电感LT同样采用双向晶闸管进行投切，以延长开关整体寿命。移相电容CT根据负载的大小可以设置多组，实现梯级补偿。
2相3线制的逆变器主要由保护开关、滤波电感、三相逆变桥及采样控制保护回路构成，实现负载无功补偿及移相电流的精细调节。逆变器检测补偿及移相后的剩余电流，通过逆变器输出电流实时跟踪负荷变化，使T变和M变电流大小相等，方向正交，从而达到平衡变压器原边三相高功率因数无级无差自动平衡。
三相变单相平衡变压器在实现以上目标的基础上，通过调整补偿策略还可以对原边三相线路进行无功补偿，达到线路电压调节的目的。
Claims (2)
1.一种三相变单相平衡变压器，包括两个变压绕组，T变绕组和M变绕组，T变绕组的副绕组与M变绕组的副绕组串联，其特征在于，所述平衡变压器两个绕组分别为两个不同的变比；T变绕组的变比为5.77kV：0.16kV；M变绕组的变比为10kV：0.16kV；所述平衡变压器设置了补偿电路；
所述补偿电路包括无功补偿电容Cp、T变的移相电容CT、M变的移相电感LT和2相3线制的逆变器；所述无功补偿电容Cp串联晶闸管投切开关后并联在平衡变压器输出端；T变的移相电容CT串联晶闸管投切开关后并联在T变副绕组两端；M变的移相电感LT串联晶闸管投切开关后并联在M变副绕组两端；2相3线制的逆变器分别连接平衡变压器输出端和T变副绕组与M变副绕组的公共连接点。
2.根据权利要求1所述的一种三相变单相平衡变压器，所述2相3线制的逆变器由保护开关、滤波电感、三相逆变桥及采样控制保护回路构成；所述三相逆变桥的三个桥臂分别通过各相滤波电感连接保护开关；再通过开关连接T变副绕组与M变副绕组。
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|---|---|---|---|---|
| CN112886827A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-01 | 中科兆和电力技术(山东)有限公司 | 半容量同相供电变流器 |
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