一種無涌流、無電弧換檔的配電線路自動調(diào)壓器

姚普糧，龍光成，林朝光，勞承毅

一種無涌流、無電弧換檔的配電線路自動調(diào)壓器

姚普糧1，龍光成2，林朝光1，勞承毅1

（1.北海市深藍(lán)科技發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西北海536000；2.北海市計算中心，廣西北海536000）

本文分析了目前用于低壓配電網(wǎng)末端提升電壓的調(diào)壓器所存在的技術(shù)缺陷，并提出了采用一種無涌流、無電弧換檔新技術(shù)研制新型結(jié)構(gòu)調(diào)壓器的原理。通過運行實例進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：采用本方法研制的新型結(jié)構(gòu)調(diào)壓器，能克服原有調(diào)壓器的技術(shù)缺陷，有效消除帶載調(diào)壓所產(chǎn)生的涌流電弧，且結(jié)構(gòu)簡單，工作更加穩(wěn)定可靠。

無涌流；無電弧；換擋；調(diào)壓

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展，原有部分臺區(qū)配電線路由于布置不合理，線路過長，線徑過細(xì)，導(dǎo)致線路阻抗增大，使配電線路中后段電壓偏低，嚴(yán)重影響了用戶的正常用電，已不能適應(yīng)用戶日益增長的需要。另外，部分配電線路負(fù)荷隨季節(jié)或晝夜變化較大，引起電壓時高時低，電壓合格率降低，影響電網(wǎng)的安全運行。針對線路過長，負(fù)荷較大而且集中在線路中后段的配電線路，加裝自動調(diào)壓器，是解決電壓偏低，提高電壓合格率的有效方法。

目前，在供電部門應(yīng)用的自動調(diào)壓器類型很多，但結(jié)構(gòu)上都存在一種缺陷，即為了防止在帶載切換調(diào)壓檔位或調(diào)壓器投入切出時短路引起電壓跌落，需在主回路之間連接一個大功率過渡電阻電路及大功率的切換開關(guān)，導(dǎo)致裝置檔位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作時有功功率消耗過大，易引起涌流沖擊或電弧燒蝕，降低了裝置的可靠性和使用壽命。為了解決這一技術(shù)問題，通過大量試驗研究，研制成功一種具有新型換檔結(jié)構(gòu)的調(diào)壓器，實現(xiàn)無涌流、無電弧切換調(diào)壓，無消耗有功功率的大功率過渡電阻電路，帶載切換調(diào)壓檔位時能連續(xù)供電，不對用電負(fù)載造成沖擊或引起用電設(shè)備重新啟動。

1 新型換檔結(jié)構(gòu)調(diào)壓器技術(shù)原理

調(diào)壓器主要部件是自耦串聯(lián)調(diào)壓變壓器，采用無涌流、無電弧換檔新技術(shù)的三相自耦串聯(lián)調(diào)壓變

壓

器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相自耦串聯(lián)調(diào)壓變壓器基本結(jié)構(gòu)

其檔位切換結(jié)構(gòu)采用如下的獨特的方式：

（1）每相均由各自獨立的并聯(lián)調(diào)壓線圈、串聯(lián)輸出線圈組成。其中，并聯(lián)調(diào)壓線圈為自耦變壓器的公共繞組，并接在變壓器輸入端作為初級繞組，產(chǎn)生交變電磁場，并聯(lián)調(diào)壓線圈為一個多個抽頭檔位的線圈，通過切換該線圈的不同檔位進(jìn)行調(diào)壓。串聯(lián)輸出線圈作為次級繞組串聯(lián)在配電線路輸入輸出端之間，產(chǎn)生自耦感應(yīng)電壓與輸入電壓疊加作為輸出電壓，按照串聯(lián)輸出線圈同名端方向的不同，調(diào)高或調(diào)低輸出端電壓。

（2）設(shè)置具有互鎖功能的三相有載分接開關(guān)組合實現(xiàn)并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間自耦連接與斷開，并且在并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間自耦斷開時，并聯(lián)調(diào)壓線圈自動自我閉合形成回路，在并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間自耦連接時，并聯(lián)調(diào)壓線圈閉合回路自動斷開。

采用這樣的一種結(jié)構(gòu)后，當(dāng)要對配電線路某一相進(jìn)行調(diào)壓時，通過控制開關(guān)組合的一系列接通和斷開動作，先斷開并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間的自耦連接，這時，并聯(lián)調(diào)壓線圈與配電線路輸入端斷開，自我閉合形成回路，構(gòu)成電流互感器。并聯(lián)調(diào)壓線圈處于無電壓輸入的近似短路狀態(tài)，相當(dāng)于電流互感器一次側(cè)，串聯(lián)輸出線圈無自耦感應(yīng)電壓產(chǎn)生，配電線路輸入輸出端保持直通，只流過線路電流，電壓輸出基本保持不變，不會產(chǎn)生電壓跌落或閃變，不會出現(xiàn)涌流和電弧，對輸出端后面的負(fù)載不產(chǎn)生影響，相當(dāng)于電流互感器二次側(cè)。這樣，并聯(lián)調(diào)壓線圈在斷開自耦連接的情況下通過構(gòu)成電流互感器結(jié)構(gòu)，保持了配電輸出端的電壓穩(wěn)定和無涌流無電弧產(chǎn)生。然后，通過具有互鎖功能的有載分接開關(guān)不同接點，切換并聯(lián)調(diào)壓線圈抽頭檔位，實現(xiàn)電壓檔位的調(diào)整，切換過程由于并聯(lián)調(diào)壓線圈處于無外來輸入電壓的閉合狀態(tài)，不產(chǎn)生影響配電輸出端的涌流和電弧。切換動作完成后，并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間自耦連接重新接通，并聯(lián)調(diào)壓線圈自我閉合回路同時斷開，重新成為自耦變壓器結(jié)構(gòu)，這時，并聯(lián)調(diào)壓線圈按新調(diào)整的抽頭檔位成為變壓器初級繞組，串聯(lián)輸出線圈所產(chǎn)生的自耦感應(yīng)電壓按調(diào)整后的變比變化，達(dá)到配電線路輸出端按不同檔位提升電壓或降低電壓的目的。當(dāng)輸入電壓在合格范圍不需要調(diào)壓時，斷開并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間的自耦連接，并聯(lián)調(diào)壓線圈自我閉合形成回路，處于無電壓輸入狀態(tài)，串聯(lián)輸出線圈無自耦感應(yīng)電壓產(chǎn)生，配電線路輸入輸出端保持直通。

這種新型結(jié)構(gòu)的調(diào)壓器，徹底消除了市場上使用的調(diào)壓器需要在主回路之間連接一個大功率過渡電阻電路及大功率的切換開關(guān)，來防止帶載切換檔位出現(xiàn)短路或電壓跌落的結(jié)構(gòu)缺陷。具有如下的有益效果：

首先，由于并聯(lián)調(diào)壓線圈與串聯(lián)輸出線圈之間斷開時，并聯(lián)調(diào)壓線圈自我閉合形成回路，構(gòu)成電流互感器結(jié)構(gòu)，這時，并聯(lián)調(diào)壓線圈處于短路狀態(tài)，且與配電線路輸入端斷開，無外來電壓輸入，等效于電流互感器一次側(cè)，在這樣的情況下對串聯(lián)調(diào)壓線圈進(jìn)行抽頭檔位切換，不會往配電線路注入涌流或引起電弧，加上在并聯(lián)調(diào)壓線圈并聯(lián)的電容會對殘留的電流涌流進(jìn)行抑制，從而實現(xiàn)無涌流無電弧的抽頭檔位切換。調(diào)壓整個檔位切換期間自耦變壓器均在電流互感器結(jié)構(gòu)狀態(tài)下進(jìn)行，可以有效消除帶載調(diào)壓所產(chǎn)生的涌流電弧，減少分接開關(guān)觸頭的損害，延長開關(guān)通斷使用壽命，使自動調(diào)壓器的工作變得更加穩(wěn)定可靠。

其次，串聯(lián)輸出線圈串聯(lián)在配電線路輸入輸出之間，當(dāng)進(jìn)行檔位切換時構(gòu)成電流互感器結(jié)構(gòu)，配電線路保持直通，只流過線路電流，無自耦感應(yīng)電壓產(chǎn)生，相當(dāng)于等效為電流互感器二次側(cè)，電壓輸出與輸入基本保持不變，后面連接的電力負(fù)載運行不受影響，保證配電線路帶載切換調(diào)壓檔位時能連續(xù)供電，不對用電負(fù)載造成沖擊或引起用電設(shè)備重新啟動。

最后，簡化了裝置檔位切換結(jié)構(gòu)，工作時無有功功率消耗，無涌流沖擊或電弧燒蝕，提高了裝置的可靠性和使用壽命。

2 運行效果分析

為了驗證采用新型換擋結(jié)構(gòu)的調(diào)壓器功能，湖南省、廣州市等地供電部門近期先后選擇多個低壓臺區(qū)安裝試運行筆者新研制的新型換擋結(jié)構(gòu)調(diào)壓器，取得了較好的運行效果。下面是廣州市某公變運行實例：

該臺區(qū)變壓器容量630 kVA，沿配電線路主干線距離約500 m位置，分布成片的小型加工廠和居民用戶，供電半徑過長且末端負(fù)載較大，造成配電線路電壓偏低。變壓器輕載時，末端電壓超過230 V；用電高峰時，末端電壓低至170 V，用戶無法正常用電。為了解決末端電壓偏低的現(xiàn)象，在離變壓器輸出端接近500 m的主干線末端位置安裝了一臺自行研制的新型換擋結(jié)構(gòu)調(diào)壓器（容量40 kVA），經(jīng)調(diào)壓器控制監(jiān)測模塊傳回后臺計算機管理系統(tǒng)的三相電壓數(shù)據(jù)曲線如圖2、圖3、圖4，所示，可見，當(dāng)輸入的相電壓在175 V～210 V時，經(jīng)調(diào)壓器自動調(diào)壓后輸出電壓均高于210 V，當(dāng)電壓高于210 V時，調(diào)壓檔位退出，輸入輸出保持直通狀態(tài)。

圖2 A相輸入輸出電壓曲線

圖3 B相輸入輸出電壓曲線

圖4 C相輸入輸出電壓曲線

運行結(jié)果表明，在配電線路主干線末端安裝無涌流、無電弧換檔的配電線路自動調(diào)壓器后，通過新調(diào)壓換擋機制自動調(diào)壓提升末端電壓，調(diào)壓器所在位置的配電線路末端電壓一直保持210 V以上，電壓質(zhì)量顯著改善，并且該調(diào)壓器運行平穩(wěn)，帶載切換調(diào)壓檔位時能連續(xù)供電，不對用電負(fù)載造成沖擊，工作時無有功功率消耗，無涌流沖擊或電弧燒蝕。

3 結(jié)束語

我國城鄉(xiāng)0.4 kV低壓臺區(qū)配電網(wǎng)由于臺區(qū)線路改造進(jìn)度無法滿足用戶大量增加的需求，在許多臺區(qū)線路末端都不同程度存在電壓偏低現(xiàn)象，而原有的調(diào)壓器由于存在結(jié)構(gòu)缺陷，使用上存在一定隱患，因此使用無涌流、無電弧換檔技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)壓器，既可以有效地消除原有的隱患，又可以達(dá)到顯著的調(diào)壓效果，不失為一種值得推廣應(yīng)用的新型配電技術(shù)。

[1]楊昀，王慶斌.新型低壓線路調(diào)壓器在“低電壓治理”中的應(yīng)用及降損效果分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（4）：103-104.

An Automatic Voltage Regulator for Power Distribution Without Inrush Currentand Arc Shifting

YAO Pu-liang1，LONG Guang-cheng2，LIN Chao-guang1，LAO Cheng-yi1
（1.Beihai Shenlan Science and Technology Development Co.，Ltd.，Beihai Guangxi 536000，China；2.Beihai Computer Center，Beihai Guangxi 536000，China）

This paper analyzes the technical defects in the voltage regulator which is used at the end of the low-voltage distribution network，and puts forward the principle of using a new technology of no current and no arc gear shift.Through comparative analysis，The results show that the method of the development of new structure regulator，can overcome the technical defects of the original regulator，effectively eliminate the inrush current with arc load voltage generated，and has the advantages of simple structure，stable operation and reliable.

no inrush current；no arc；hift；voltage regulation

TM 711

A

1672-545X（2017）02-0165-03

2016-11-14

姚普糧（1962-），男，廣西合浦人，本科，高級工程師，主要從事電力電子技術(shù)、電力自動化產(chǎn)品研究開發(fā)；龍光成（1958-），廣西北海人，本科，高級工程師，主要從事電子信息技術(shù)、自動化技術(shù)研究開發(fā)；林朝光（1969-），廣西北海人，專科，助理工程師，主要從事電子信息技術(shù)、自動化技術(shù)研究開發(fā)；勞承毅（1974-），廣西合浦人，本科，助理工程師，主要從事電子信息技術(shù)、自動化技術(shù)研究開發(fā)。