三相四线用户单相负载自动平衡调节设备

王剑波

摘 要：我国当前社会所使用的配电网是用低压配电网系统以三相四线制的方式向电力系统用户进行实际的供电，是单相和三相负载混合用电构建成供电的桥梁。在实际供用电时，因用户实际用电负荷的大小还有用电时间的不同，可能会出现配电网三相不平衡的情况。本项目通过研制出由一次侧电路和二次侧电路组成的三相四线用户单相负载自动平衡调节设备，可实现用户单相负载自动平衡调节，对保障电力系统和用户生产生活安全稳定具有十分重要的意义。

关键词：三相四线;相负载;自动平衡

在电力系统中三相四线是一个相对专业的术语。三相不平衡一般是指在电力系统中三相电流的幅值不一致，并且幅值差已经超过规定的范围，通常是由于三相负载不平衡以及系统的元件三相参数不对称导致的。在低压配电网之中供电线路一般为使用三相四线制，其中三条线路分别是代表着A、B、C三相的火线，还有一条中性的线被称作为中性线N。在该系统之中，三相自成回路，正常情况之下中性线无电流通过。

理想状态下三相四线供电线路把负荷均匀分配到三相上，现实情况只能维持相对平衡状态，对于供电企业来说，调整三相负荷存在巨大的降损潜力。此外，因三相负荷不平衡重负荷相电流过大，超载过多，发热量也成倍上升，可能导致烧断线路、烧毁开关设备或配电屏等的严重后果。对于用户来说，三相负荷不平衡将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响电器使用。轻则带来不便，重则造成经济损失或更为严重的事故。

三相四线用户单相负载自动平衡是为了治理三相负荷中的不平衡电流，从而保障电力系统和用户生产生活安全稳定。一般来说可以在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下，采取装设平衡装置将不对称负荷分散或等效补偿，使不对称负荷合理分配尽量达到平衡化。

1 三相四线用户单相负载自动平衡调节的问题

在实际的三相四线制用户中地域存在差异，使得区域内的电力能源使用不平衡，一般来说可以概述为以下几个方面的原因。

1.1 负载平衡的实际周期比较长

经过调查研究发现，因为现有负载平衡装置操作平衡三相往往需要柱上操作，而许多平衡三相平衡设备较为沉重，维修困难等，很难达到農网改造对设备的需求标准。而通过电力工作人员在实际工作中将相关数据采集记录在一定程度上预测和分配用电负荷，其负载平衡的实施周期是比较长的。一般来说平衡实施的过程经历的时间越长，所造成的人力物力资源浪费就越多。

1.2 负载平衡的测试方式过多

目前三相四线制的负载平衡方法五花八门，而同一区域内设备过多会得到适得其反的效果，电力设备所涵盖的区域是比较广阔的，所以使用三相四线制的负载平衡的测试方法比较多，如果全部依靠检测机构使用的电能质量分析仪器来进行用电计量也不是很科学。

2 三相四线用户单相负载自动平衡调节的可行方案研究

负载平衡示意图

2.1 结构介绍

本课题提出结构由一次侧电路和二次侧电路组成，一次侧由KM1、KM2、KM3三个继电器组成，每个继电器设有常开触点和常闭触点。二次侧由SB0、SB1、SB2、SB3四个机械开关，G0、G1、G2、G3四个电子开关，处理芯片IC，自锁和互锁装置组成。SB0、G0为常闭开关，SB1、SB2、SB3、G1、G2、G3为常开开关。

处理芯片IC的输入端L0、L1、L2、L3、L4分别为零线、A相、B相、C相、负荷选择相。输出端C0、C1、C2、C3分别用来控制电子开关G0、G1、G2、G3动作。通信线或以用远程设置IC自动手动切换、远程选择负荷相、IC的参数。

2.2 使用方法

共分为自动运行模式与手动运行模式。

自动运行模式：

第一步，把单相负荷自动选相设备接入三相四线线路中，通电后IC对电子开关G0控制接通，使其保持常开状态。

第二步，IC对输入的L1、L2、L3的相电压进行比较运算，正常情况下，三相相电压因为负荷大小不同，会有几伏的微小差别，电压越高负荷越小，IC选择出相电压最大一相，并记录各相的相电压及相差值。

第三步，对电压最大相对应的电子开关发送一个控制电流，L1对应G1，L2对应G2，L3对应G3，对应的电子开关接受控制电流后通电，电流经过线圈，对应的继电器动作通电，L1对应KM1，L2对应KM2，L3对应KM3，继电器动作后常开触点合上进行自锁，使得线圈保持通电，继电器动作后常闭触点分开进行互锁，另二个继电器的线圈线路被断开，不管手动按开关还是电子开关通电，另二个继电器的线圈都不会再动作。

第四步，IC对输入的L4进行检测是否通电，如果不通电，重复第二步、第三步，重复几次后，如果还是不通电，说明电压最高的那相对应的电子开关或继电器坏了，那么接着对电压次高的那相对应的电子开关发送一个控制电流进行送电，并发出故障信号，如果三相都不能送电，说明G0或SB0烧损不能通电，发送对应的故障信号。IC检测到L4通电后，和L1、L2、L3对比，记录下是哪一相接通的，当电源停电后再次送电，直接把记录下的那相按通而不经过第二步。

第五步，自动运行模式下每隔一段时间重复第二步动作，当运行时间达到要求和相电压之间差值发生变化并达到阀值，例如原来相电压最低变成最高达到了阀值，那么进入第二步进行自动切换。

第六步，IC对G0发出断开信号，G0断开后工作中的线圈不通电，对应的继电器断开。

第七步，IC对L4进行检测是否通电，如果还通电，重复第六步，重复几次后，如果还是通电，说明G0已被击穿或继电器发生粘连，停止自动切换，发送对应的故障信号。

第八步，IC检测到L4不通电后，重复第一步，重新开始选相工作。

手动运行模式：

第一步，把单相负荷自动选相设备接入三相四线线路中，通电后IC对电子开关G0控制接通，使其保持常开状态。

第二步，操作根据工作要求，选择SB1、SB2、SB3中的其中一个开关，按下去后接通对应的线圈，对应的继电器动作通电，SB1对应KM1，SB2对应KM2，SB3对应KM3，

继电器动作后常开触点合上进行自锁，使得线圈保持通电，继电器动作后常闭触点分开进行互锁，另二个继电器的线圈线路被断开，不管手动按开关还是电子开关通电，另二个继电器的线圈都不会再动作。

第三步，IC对输入的L4进行检测是否通电，如果不通电，则发出提醒重新按，再按几次若还不通电，说明开关或继电器坏了，得按其它开关送电，如果三相都不能送电，说明G0或SB0烧损不能通电，发送对应的故障信号。

第四步，IC检测到L4通电后，和L1、L2、L3对比，记录下是哪一相接通的，当电源停电后再次送电，IC直接把记录下的那相按通而不需要人手动再去按开关。

第五步，手动切换时，需要先按SB0断开工作线圈，再选择按SB1、SB2、SB3中的其中一个开关，如果不先按SB0断开，互锁保护着，直接按其它开关无反应。

3 结语

该三相四线用户单相负载自动平衡调节设备允许支持自动模式和手动模式，可实现在检测过程中如发现有安全隐患部位亦能及时进行调整和修改，使得供电线路更加可靠，提高了供电系统运行的安全稳定性。

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