三相四線用戶單相負載自動平衡調節設備

王劍波

摘 要：我國當前社會所使用的配電網是用低壓配電網系統以三相四線制的方式向電力系統用戶進行實際的供電，是單相和三相負載混合用電構建成供電的橋梁。在實際供用電時，因用戶實際用電負荷的大小還有用電時間的不同，可能會出現配電網三相不平衡的情況。本項目通過研制出由一次側電路和二次側電路組成的三相四線用戶單相負載自動平衡調節設備，可實現用戶單相負載自動平衡調節，對保障電力系統和用戶生產生活安全穩定具有十分重要的意義。

關鍵詞：三相四線;相負載;自動平衡

在電力系統中三相四線是一個相對專業的術語。三相不平衡一般是指在電力系統中三相電流的幅值不一致，并且幅值差已經超過規定的范圍，通常是由于三相負載不平衡以及系統的元件三相參數不對稱導致的。在低壓配電網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作為中性線N。在該系統之中，三相自成回路，正常情況之下中性線無電流通過。

理想狀態下三相四線供電線路把負荷均勻分配到三相上，現實情況只能維持相對平衡狀態，對于供電企業來說，調整三相負荷存在巨大的降損潛力。此外，因三相負荷不平衡重負荷相電流過大，超載過多，發熱量也成倍上升，可能導致燒斷線路、燒毀開關設備或配電屏等的嚴重后果。對于用戶來說，三相負荷不平衡將增大線路中的電壓降，降低電能質量，影響電器使用。輕則帶來不便，重則造成經濟損失或更為嚴重的事故。

三相四線用戶單相負載自動平衡是為了治理三相負荷中的不平衡電流，從而保障電力系統和用戶生產生活安全穩定。一般來說可以在不平衡電流治理電納補償理論的指導下，采取裝設平衡裝置將不對稱負荷分散或等效補償，使不對稱負荷合理分配盡量達到平衡化。

1 三相四線用戶單相負載自動平衡調節的問題

在實際的三相四線制用戶中地域存在差異，使得區域內的電力能源使用不平衡，一般來說可以概述為以下幾個方面的原因。

1.1 負載平衡的實際周期比較長

經過調查研究發現，因為現有負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備較為沉重，維修困難等，很難達到農網改造對設備的需求標準。而通過電力工作人員在實際工作中將相關數據采集記錄在一定程度上預測和分配用電負荷，其負載平衡的實施周期是比較長的。一般來說平衡實施的過程經歷的時間越長，所造成的人力物力資源浪費就越多。

1.2 負載平衡的測試方式過多

目前三相四線制的負載平衡方法五花八門，而同一區域內設備過多會得到適得其反的效果，電力設備所涵蓋的區域是比較廣闊的，所以使用三相四線制的負載平衡的測試方法比較多，如果全部依靠檢測機構使用的電能質量分析儀器來進行用電計量也不是很科學。

2 三相四線用戶單相負載自動平衡調節的可行方案研究

負載平衡示意圖

2.1 結構介紹

本課題提出結構由一次側電路和二次側電路組成，一次側由KM1、KM2、KM3三個繼電器組成，每個繼電器設有常開觸點和常閉觸點。二次側由SB0、SB1、SB2、SB3四個機械開關，G0、G1、G2、G3四個電子開關，處理芯片IC，自鎖和互鎖裝置組成。SB0、G0為常閉開關，SB1、SB2、SB3、G1、G2、G3為常開開關。

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、負荷選擇相。輸出端C0、C1、C2、C3分別用來控制電子開關G0、G1、G2、G3動作。通信線或以用遠程設置IC自動手動切換、遠程選擇負荷相、IC的參數。

2.2 使用方法

共分為自動運行模式與手動運行模式。

自動運行模式：

第一步，把單相負荷自動選相設備接入三相四線線路中，通電后IC對電子開關G0控制接通，使其保持常開狀態。

第二步，IC對輸入的L1、L2、L3的相電壓進行比較運算，正常情況下，三相相電壓因為負荷大小不同，會有幾伏的微小差別，電壓越高負荷越小，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，對電壓最大相對應的電子開關發送一個控制電流，L1對應G1，L2對應G2，L3對應G3，對應的電子開關接受控制電流后通電，電流經過線圈，對應的繼電器動作通電，L1對應KM1，L2對應KM2，L3對應KM3，繼電器動作后常開觸點合上進行自鎖，使得線圈保持通電，繼電器動作后常閉觸點分開進行互鎖，另二個繼電器的線圈線路被斷開，不管手動按開關還是電子開關通電，另二個繼電器的線圈都不會再動作。

第四步，IC對輸入的L4進行檢測是否通電，如果不通電，重復第二步、第三步，重復幾次后，如果還是不通電，說明電壓最高的那相對應的電子開關或繼電器壞了，那么接著對電壓次高的那相對應的電子開關發送一個控制電流進行送電，并發出故障信號，如果三相都不能送電，說明G0或SB0燒損不能通電，發送對應的故障信號。IC檢測到L4通電后，和L1、L2、L3對比，記錄下是哪一相接通的，當電源停電后再次送電，直接把記錄下的那相按通而不經過第二步。

第五步，自動運行模式下每隔一段時間重復第二步動作，當運行時間達到要求和相電壓之間差值發生變化并達到閥值，例如原來相電壓最低變成最高達到了閥值，那么進入第二步進行自動切換。

第六步，IC對G0發出斷開信號，G0斷開后工作中的線圈不通電，對應的繼電器斷開。

第七步，IC對L4進行檢測是否通電，如果還通電，重復第六步，重復幾次后，如果還是通電，說明G0已被擊穿或繼電器發生粘連，停止自動切換，發送對應的故障信號。

第八步，IC檢測到L4不通電后，重復第一步，重新開始選相工作。

手動運行模式：

第一步，把單相負荷自動選相設備接入三相四線線路中，通電后IC對電子開關G0控制接通，使其保持常開狀態。

第二步，操作根據工作要求，選擇SB1、SB2、SB3中的其中一個開關，按下去后接通對應的線圈，對應的繼電器動作通電，SB1對應KM1，SB2對應KM2，SB3對應KM3，

繼電器動作后常開觸點合上進行自鎖，使得線圈保持通電，繼電器動作后常閉觸點分開進行互鎖，另二個繼電器的線圈線路被斷開，不管手動按開關還是電子開關通電，另二個繼電器的線圈都不會再動作。

第三步，IC對輸入的L4進行檢測是否通電，如果不通電，則發出提醒重新按，再按幾次若還不通電，說明開關或繼電器壞了，得按其它開關送電，如果三相都不能送電，說明G0或SB0燒損不能通電，發送對應的故障信號。

第四步，IC檢測到L4通電后，和L1、L2、L3對比，記錄下是哪一相接通的，當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再去按開關。

第五步，手動切換時，需要先按SB0斷開工作線圈，再選擇按SB1、SB2、SB3中的其中一個開關，如果不先按SB0斷開，互鎖保護著，直接按其它開關無反應。

3 結語

該三相四線用戶單相負載自動平衡調節設備允許支持自動模式和手動模式，可實現在檢測過程中如發現有安全隱患部位亦能及時進行調整和修改，使得供電線路更加可靠，提高了供電系統運行的安全穩定性。

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