BPI动态平衡能量系统优化装置的原理.docx

电网中的雨伞形供电特点，导致了供电半径小的供电电压偏高，供电半径大的供电电压偏低。感性、容性、阻性负载、大型的单相负载及一些电子设备在电网的运行，造成电网中的各种危害因数，主要表现在：1、 三相电流、电压不平衡；2、 负载功率因数低；3、 启动电流大、浪涌；4、 电压偏高、偏低；5、 谐波污染、干扰。这几个方面不但对电网和负载造成危害，而且还消耗大量的电能。其危害是可想而知的。1、三相负载不平衡：三相负载不平衡会对整个系统造成的危害是不可估量的1.1对电能质量的影响电压合格率是衡量电能质量的主要指标，低压供电系统中三相负荷不平衡对电压合格率的影响较大。在接入大负荷的一相上会产生较大的电压降，从而使接在该相上的用户(特别是供电半径长的用户)电压质量不合格，甚至会造成无法用电的严重后果。1.2、线损增大在低压供电系统中，如三相负荷不平衡会引起线损的增加。由于电流的不平衡，三相其中一相的电流可能是另外两相电流的几倍。这样就会导致电流高的一相线损增加到极限而引起线路发热、短路。长期三相负载不平衡会导致线路老化，引起火灾，造成不可估量的损失。1.3、引起中性点漂移低压供电系统中，如三相负荷不平衡，则会在中性线上产生一中性线电流，其大小可用实测法测得，也可用向量计算法算出。中性线电流使中性线上产生电压降，因而使中性点的电位发生偏移，偏移的程度随三相负荷不平衡度增加而增大，破坏供电平衡。由于中性点电位不为零，影响了该低压供电系统所有接中性线保护设备的用电安全。1.4、降低设备利用率在低压供电系统中，三相负荷的不平衡还会降低设备的利用率，特别是配变的利用率。原因是要使设备满负荷运行，大负荷相就出现过载运行，这是不允许的，只有降低设备利用率运行。2、功率因数低：在供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起：2.1、功率因数低，在保证输送同样的有功功率时，无功功率就要增加，这样势必就要在输电线路中传输更大的电流，使得此输电线路上有功功率损耗和电能损耗增大。2.2、系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电气设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的起动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。2.3、功率因数低还将使线路的电压损耗增大，结果负荷端的电压就要下降，甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节，功率因数太低会出现大面积地区性的电压偏低，将给工、农业生产，造成很大的损失。2.4、使电力系统内的电气设备容量不能充分利用，因为发电机或变压器都有一定的额定电压和额定容量（亦即额定电流），在正常情况下，这些参数是不容许超过的，如果功率因数降低，则有功输出也将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。3、启动电流大、浪涌3.1、启动电流是指电气设备（感性负载）在启动时瞬间的冲击电流，是电机或感性负载通电的瞬间到运行平稳的短暂的时间内的电流变化量，这个电流一般是额定电流的4-7倍。所以点击启动时冲击电流很大，对电网的影响也是很大的。如果频繁启动会增加点击的温升甚至烧毁电机。3.2、浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。 3.2.1、低压供电系统浪涌干扰的分析区分几种不同的浪涌影响低压供电系统电能质量的因素主要来自于两个方面：一种是来自于供电系统上的装置及用电设备，这些装置在启停、工作、故障等条件下，对与之连接的电网造成的干扰，影响电能质量；另一种是来自于外部的干扰，雷电可以通过电磁感应或电阻耦合（直接流注）等方式，影响供电质量，甚至损坏电网中的装置和用电设备。3.2.1.1、雷击浪涌造成的雷电流流到附近其它接地装置的通路上，就是那些与附近建筑物相连的电源线、通信线等。这一通路上一旦遭雷击其破坏的后果是：线路绝缘或损坏设备。3.2.1.2、开关浪涌开关操作、开关电容性或电感性负载、短路跳闸等都能够在电源线上产生浪涌过电压，这种过电压称为开关浪涌。尤其是当生产线、照明系统或者电力变压器关断时，产生的开关浪涌有可能损坏附件的电气设备。开关浪涌的电流值可达几千安培。由雷电感应产生的浪涌比雷击浪涌能量低，所以也把雷电感应的浪涌与开关浪涌归为一类。通常，开关浪涌电压值是23倍的额定工作电压，而雷击浪涌电压值可以达到额定工作电压的20倍，并且具有很高的能量。但是，浪涌过电压对设备的损坏并不是立刻察觉到的。很多时候，当供电系统的雷击浪涌或开关浪涌发生后，设备并不是马上损坏，而是在继续运行一段时间后才损坏，其损坏原因往往被简单的归为电子元器件的老化，所以浪涌电流对电网的冲击带来的危害也是不可估量的。4、电压过高、过低的影响：4.1、电压过高对电网的危害4.1.1、造成电能质量下降、用能效率降低。破坏电压波形、造成电能污染。4.1.2、破坏绝缘、加速设备老化、降低用电负载使用寿命。4.1.3、引发各类事故，如火灾、大面积停电、破坏供电线路、造成设备损坏及人身伤亡。4.1.4、对敏感设备的干扰，如对通讯系统的干扰、精密电子设备的干扰，或造成自动装置失灵、误操作等，电度表计量误差。4.1.5、造成损耗加大，感性负载的温度升高。4.2、电压过低对电网的危害 在电力系统运行中，当用电量过大或有其他原因时，会造成电网电压过低，使用电设备处于低压运行状态。这对用电设备、对电网线路都是非常不利的，甚至会造成严重的危害。4.2.1、烧毁电动机。电压过低超过10，将使电动机电流增大，线圈温度升高严重时甚至烧损电动机。4.2.2、低电力系统的稳定性。由于电压降低相应降低线路输送极限容量，因而降低了稳定性。电压过低时会造成发生电压崩溃事故。4.2.3、增大线损。在输送一定电力时，电压降低，电流相应增大，引起线损增大。4.2.4、发电机容量输出降低。如果电压降低超过5时，则发电机输出也会相应降低，同时还会降低送、变电设备能力。5、谐波的危害：谐波的主要危害随着低压电网中谐波污染的日益严重，常常造成一些设备无法正常工作，甚至出现严重的事故。为此，许多国际组织包括国际电工委员会(IEC)及电气和电子工程师协会(IEEE)专门组织了调查组，就“谐波对设备的影响”进行了广泛的调查，调查发现，危害主要集中在两方面:5.1、设备损耗加大、温升升高、寿命减小。5.2、设备受到干扰，产生误操作。对各类设备，其危害具体表现如下:5.2.1、容易使电网与用作补偿电网无功功率的并联电容器发生串/并联谐振，造成过电压或过电流，使电容器绝缘老化，甚至烧坏。据统计，由于谐波问题引起的电容器故障占电容器总故障率的71-83%。5.2.2、使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，如果与机械设备的共振点相近则会产生机械共振、损坏设备。5.2.3、谐波电流使输电电缆损耗加大，输电能力降低。对容性电缆线路，谐波使绝缘加速老化、泄漏电流增大，严重的甚至放电击穿损坏。对三相四线制的供电线路，谐波特别使3次谐波，使中线电流过大损坏。5.2.4、测量设备如电压表、电流表、电度表等受谐波的影响造成测量误差，严重时可达到20%。5.2.5、一些保护设备误动作，如继电保护、保险丝等。5.2.6、对电子设备的影响：5.2.6.1、很多过零检测以基波频率为准的设备，因谐波的影响造成过零误动作。5.2.6.2、半导体器件常常在电压的过零点动作，以减少电磁干扰和闪变电流，谐波影响了正确的开关动作。5.2.6.3、电压的突变造成很大的dv/dt（电压变化率），也影响了一些电子设备，造成设备的损坏或误动作，如很高的dv/dt会使晶闸管导通。5.2.6.4、非整数和超低频谐波使一些视听设备受到影响。5.2.6.5、电压峰值点的变化影响了电视及计算机画面的大小和明暗变化。5.2.6.6、使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常。5.2.7、谐波造成照明设备寿命缩短，如果由于谐波的影响而电压升高5%,则照明设备的寿命缩短47%。5.2.8、对通讯电路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，由于人对1kHz声音最敏感，因此1kHz左右的高次谐波对电话通讯设备的影响比基波大得多5.2.9、谐波电流流过变压器线圈，增大附加损耗，时线圈发热、绝缘老化加速、寿命缩短，并发出噪音5.2.10、使大功率电机和发电机的励磁系统受到干扰而影响其正常工作。以上这些治理是必需通过技术手段来解决的。河北森蔚电气科技有限公司就是针对这些方面的危害及浪费、结合多方面的节能技术和经验而设计的整体系统节能技术。可以从多个角度出发解决来解决上述问题。BPI动态平衡能量系统优化装置的原理：在自藕变压器物理特性的基础上，增加一个副绕组（由多个线圈组成。其中每相上有一单独线圈与电容组合，作为抑制和治理谐波，提高功率因数，图上未表示出来，其他的线圈参与能转换和传输）。利用这些绕组进行相间能量转换，把电能量高的一相向电能量低的另外两相传输，进行向量补偿。这种专利设计巧妙的利用了各相之间的电磁转换的同时，能把各相的电能矢量和向另一反向的矢量和进行电量反向叠加进行补偿，达到三相平衡的效果。这种技术类似于Z型变压器的工作原理，但是设计上和Z型变压器有很大的区别。这种接线方式打破了传统的变压器线圈连接方法。主要表现在：同相的副绕组中的各线圈的同名端、尾端混合串联；每相副绕组由六个线圈，其中四个在同一磁柱上，另外两个在相关的另一磁柱上，这样就可以实现相与相之间能量传递。三相绕组之间，不再是单相独立，而是形成相与相互相交叉、相互补偿（见图1） （图1）从图上说：1、 绕组从A相至B相再回到A相。A6线圈与B5线圈的尾端连接。B5线圈与A4线圈的同名端连接，这样在B相上产生一个反相叠电能向A相补偿，让A相得到电能B相反向叠加相量补偿电能。2、 同样的道理，绕组从B相至C相再回到C相，因为 B6线圈与C5的尾端连接。C5线圈与B4线圈的同名端连接。这样在C相上产生一个反相叠向B相补偿 ，让B相得到电能C相反向叠加相量补偿电能。3、 绕组从C相至A相再回到C相，因为 C6线圈与A5的尾端连接。A5线圈与C4线圈的同名端连接。这样在A相上