王劍波

摘 要：我國(guó)當(dāng)前社會(huì)所使用的配電網(wǎng)是用低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)以三相四線制的方式向電力系統(tǒng)用戶(hù)進(jìn)行實(shí)際的供電，是單相和三相負(fù)載混合用電構(gòu)建成供電的橋梁。在實(shí)際供用電時(shí)，因用戶(hù)實(shí)際用電負(fù)荷的大小還有用電時(shí)間的不同，可能會(huì)出現(xiàn)配電網(wǎng)三相不平衡的情況。本項(xiàng)目通過(guò)研制出由一次側(cè)電路和二次側(cè)電路組成的三相四線用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)，對(duì)保障電力系統(tǒng)和用戶(hù)生產(chǎn)生活安全穩(wěn)定具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：三相四線;相負(fù)載;自動(dòng)平衡

在電力系統(tǒng)中三相四線是一個(gè)相對(duì)專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)。三相不平衡一般是指在電力系統(tǒng)中三相電流的幅值不一致，并且幅值差已經(jīng)超過(guò)規(guī)定的范圍，通常是由于三相負(fù)載不平衡以及系統(tǒng)的元件三相參數(shù)不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的。在低壓配電網(wǎng)之中供電線路一般為使用三相四線制，其中三條線路分別是代表著A、B、C三相的火線，還有一條中性的線被稱(chēng)作為中性線N。在該系統(tǒng)之中，三相自成回路，正常情況之下中性線無(wú)電流通過(guò)。

理想狀態(tài)下三相四線供電線路把負(fù)荷均勻分配到三相上，現(xiàn)實(shí)情況只能維持相對(duì)平衡狀態(tài)，對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，調(diào)整三相負(fù)荷存在巨大的降損潛力。此外，因三相負(fù)荷不平衡重負(fù)荷相電流過(guò)大，超載過(guò)多，發(fā)熱量也成倍上升，可能導(dǎo)致燒斷線路、燒毀開(kāi)關(guān)設(shè)備或配電屏等的嚴(yán)重后果。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，三相負(fù)荷不平衡將增大線路中的電壓降，降低電能質(zhì)量，影響電器使用。輕則帶來(lái)不便，重則造成經(jīng)濟(jì)損失或更為嚴(yán)重的事故。

三相四線用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡是為了治理三相負(fù)荷中的不平衡電流，從而保障電力系統(tǒng)和用戶(hù)生產(chǎn)生活安全穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)可以在不平衡電流治理電納補(bǔ)償理論的指導(dǎo)下，采取裝設(shè)平衡裝置將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷分散或等效補(bǔ)償，使不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷合理分配盡量達(dá)到平衡化。

1 三相四線用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)的問(wèn)題

在實(shí)際的三相四線制用戶(hù)中地域存在差異，使得區(qū)域內(nèi)的電力能源使用不平衡，一般來(lái)說(shuō)可以概述為以下幾個(gè)方面的原因。

1.1 負(fù)載平衡的實(shí)際周期比較長(zhǎng)

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楝F(xiàn)有負(fù)載平衡裝置操作平衡三相往往需要柱上操作，而許多平衡三相平衡設(shè)備較為沉重，維修困難等，很難達(dá)到農(nóng)網(wǎng)改造對(duì)設(shè)備的需求標(biāo)準(zhǔn)。而通過(guò)電力工作人員在實(shí)際工作中將相關(guān)數(shù)據(jù)采集記錄在一定程度上預(yù)測(cè)和分配用電負(fù)荷，其負(fù)載平衡的實(shí)施周期是比較長(zhǎng)的。一般來(lái)說(shuō)平衡實(shí)施的過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間越長(zhǎng)，所造成的人力物力資源浪費(fèi)就越多。

1.2 負(fù)載平衡的測(cè)試方式過(guò)多

目前三相四線制的負(fù)載平衡方法五花八門(mén)，而同一區(qū)域內(nèi)設(shè)備過(guò)多會(huì)得到適得其反的效果，電力設(shè)備所涵蓋的區(qū)域是比較廣闊的，所以使用三相四線制的負(fù)載平衡的測(cè)試方法比較多，如果全部依靠檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用的電能質(zhì)量分析儀器來(lái)進(jìn)行用電計(jì)量也不是很科學(xué)。

2 三相四線用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)的可行方案研究

負(fù)載平衡示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

本課題提出結(jié)構(gòu)由一次側(cè)電路和二次側(cè)電路組成，一次側(cè)由KM1、KM2、KM3三個(gè)繼電器組成，每個(gè)繼電器設(shè)有常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。二次側(cè)由SB0、SB1、SB2、SB3四個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，G0、G1、G2、G3四個(gè)電子開(kāi)關(guān)，處理芯片IC，自鎖和互鎖裝置組成。SB0、G0為常閉開(kāi)關(guān)，SB1、SB2、SB3、G1、G2、G3為常開(kāi)開(kāi)關(guān)。

處理芯片IC的輸入端L0、L1、L2、L3、L4分別為零線、A相、B相、C相、負(fù)荷選擇相。輸出端C0、C1、C2、C3分別用來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)G0、G1、G2、G3動(dòng)作。通信線或以用遠(yuǎn)程設(shè)置IC自動(dòng)手動(dòng)切換、遠(yuǎn)程選擇負(fù)荷相、IC的參數(shù)。

2.2 使用方法

共分為自動(dòng)運(yùn)行模式與手動(dòng)運(yùn)行模式。

自動(dòng)運(yùn)行模式：

第一步，把單相負(fù)荷自動(dòng)選相設(shè)備接入三相四線線路中，通電后IC對(duì)電子開(kāi)關(guān)G0控制接通，使其保持常開(kāi)狀態(tài)。

第二步，IC對(duì)輸入的L1、L2、L3的相電壓進(jìn)行比較運(yùn)算，正常情況下，三相相電壓因?yàn)樨?fù)荷大小不同，會(huì)有幾伏的微小差別，電壓越高負(fù)荷越小，IC選擇出相電壓最大一相，并記錄各相的相電壓及相差值。

第三步，對(duì)電壓最大相對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)發(fā)送一個(gè)控制電流，L1對(duì)應(yīng)G1，L2對(duì)應(yīng)G2，L3對(duì)應(yīng)G3，對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)接受控制電流后通電，電流經(jīng)過(guò)線圈，對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作通電，L1對(duì)應(yīng)KM1，L2對(duì)應(yīng)KM2，L3對(duì)應(yīng)KM3，繼電器動(dòng)作后常開(kāi)觸點(diǎn)合上進(jìn)行自鎖，使得線圈保持通電，繼電器動(dòng)作后常閉觸點(diǎn)分開(kāi)進(jìn)行互鎖，另二個(gè)繼電器的線圈線路被斷開(kāi)，不管手動(dòng)按開(kāi)關(guān)還是電子開(kāi)關(guān)通電，另二個(gè)繼電器的線圈都不會(huì)再動(dòng)作。

第四步，IC對(duì)輸入的L4進(jìn)行檢測(cè)是否通電，如果不通電，重復(fù)第二步、第三步，重復(fù)幾次后，如果還是不通電，說(shuō)明電壓最高的那相對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)或繼電器壞了，那么接著對(duì)電壓次高的那相對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)發(fā)送一個(gè)控制電流進(jìn)行送電，并發(fā)出故障信號(hào)，如果三相都不能送電，說(shuō)明G0或SB0燒損不能通電，發(fā)送對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)。IC檢測(cè)到L4通電后，和L1、L2、L3對(duì)比，記錄下是哪一相接通的，當(dāng)電源停電后再次送電，直接把記錄下的那相按通而不經(jīng)過(guò)第二步。

第五步，自動(dòng)運(yùn)行模式下每隔一段時(shí)間重復(fù)第二步動(dòng)作，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到要求和相電壓之間差值發(fā)生變化并達(dá)到閥值，例如原來(lái)相電壓最低變成最高達(dá)到了閥值，那么進(jìn)入第二步進(jìn)行自動(dòng)切換。

第六步，IC對(duì)G0發(fā)出斷開(kāi)信號(hào)，G0斷開(kāi)后工作中的線圈不通電，對(duì)應(yīng)的繼電器斷開(kāi)。

第七步，IC對(duì)L4進(jìn)行檢測(cè)是否通電，如果還通電，重復(fù)第六步，重復(fù)幾次后，如果還是通電，說(shuō)明G0已被擊穿或繼電器發(fā)生粘連，停止自動(dòng)切換，發(fā)送對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)。

第八步，IC檢測(cè)到L4不通電后，重復(fù)第一步，重新開(kāi)始選相工作。

手動(dòng)運(yùn)行模式：

第一步，把單相負(fù)荷自動(dòng)選相設(shè)備接入三相四線線路中，通電后IC對(duì)電子開(kāi)關(guān)G0控制接通，使其保持常開(kāi)狀態(tài)。

第二步，操作根據(jù)工作要求，選擇SB1、SB2、SB3中的其中一個(gè)開(kāi)關(guān)，按下去后接通對(duì)應(yīng)的線圈，對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作通電，SB1對(duì)應(yīng)KM1，SB2對(duì)應(yīng)KM2，SB3對(duì)應(yīng)KM3，

繼電器動(dòng)作后常開(kāi)觸點(diǎn)合上進(jìn)行自鎖，使得線圈保持通電，繼電器動(dòng)作后常閉觸點(diǎn)分開(kāi)進(jìn)行互鎖，另二個(gè)繼電器的線圈線路被斷開(kāi)，不管手動(dòng)按開(kāi)關(guān)還是電子開(kāi)關(guān)通電，另二個(gè)繼電器的線圈都不會(huì)再動(dòng)作。

第三步，IC對(duì)輸入的L4進(jìn)行檢測(cè)是否通電，如果不通電，則發(fā)出提醒重新按，再按幾次若還不通電，說(shuō)明開(kāi)關(guān)或繼電器壞了，得按其它開(kāi)關(guān)送電，如果三相都不能送電，說(shuō)明G0或SB0燒損不能通電，發(fā)送對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)。

第四步，IC檢測(cè)到L4通電后，和L1、L2、L3對(duì)比，記錄下是哪一相接通的，當(dāng)電源停電后再次送電，IC直接把記錄下的那相按通而不需要人手動(dòng)再去按開(kāi)關(guān)。

第五步，手動(dòng)切換時(shí)，需要先按SB0斷開(kāi)工作線圈，再選擇按SB1、SB2、SB3中的其中一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果不先按SB0斷開(kāi)，互鎖保護(hù)著，直接按其它開(kāi)關(guān)無(wú)反應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

該三相四線用戶(hù)單相負(fù)載自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)設(shè)備允許支持自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，可實(shí)現(xiàn)在檢測(cè)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)有安全隱患部位亦能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，使得供電線路更加可靠，提高了供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

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