用于三相變壓器的節能裝置及節能系統的制作方法

本發明涉及變壓器技術領域，尤其是涉及一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統。

背景技術：

三相變壓器在電力領域中占據重要地位，眾所周知，三相變壓器的空載損耗在三相變壓器端電壓不變的情況下實時存在，且大小恒定。

然而，當三相變壓器所帶負荷減少時，例如在晚上用電負荷極少的情況下，三相變壓器的空載損耗仍舊不變，甚至還會由于用電量低、電壓上升而增大。為了降低變壓器損耗，現有技術中會采用三相調容變壓器來替換原有變壓器，然而所需投資巨大，成本高昂，不便于推廣應用。

針對上述三相變壓器空載損耗較大的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，以改善現有技術中存在的三相變壓器空載損耗較大的問題，有效降低三相變壓器的空載損耗。

為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種用于三相變壓器的節能裝置，包括至少三個節能轉換開關，其中，一個節能轉換開關為單刀單擲開關，用于控制三相變壓器的高壓側進線相中的一相線路的通斷；

另外兩個節能轉換開關為單刀雙擲開關，用于分別控制三相變壓器的低壓側出線相中的兩相線路的通斷，并在斷開兩相線路時，將單刀雙擲開關的刀頭置于低壓側出線相中除兩相線路之外的另一相線路上。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述節能裝置還包括控制器，控制器分別與單刀單擲開關和兩個單刀雙擲開關的操作線圈連接，用于控制單刀單擲開關和兩個單刀雙擲開關的開合狀態。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述節能裝置還包括與控制器相連的無功自動補償器，用于補償三相變壓器的無功功率；控制器還用于控制無功自動補償器的運行狀態。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述無功自動補償器包括相電容器和補償轉換開關；其中，補償轉換開關用于控制相電容器與三相變壓器的低壓側出線相線路的連接狀態。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述節能裝置還包括與控制器相連的相電流互感器，用于檢測三相變壓器連接的低壓供電系統的相電流，生成并輸出相電流信號；控制器還用于接收并檢測相電流互感器輸出的相電流信號；節能裝置還包括與控制器相連的剩余電流互感器，用于檢測三相變壓器連接的低壓供電系統的漏電流，生成并輸出漏電流信號；控制器還用于接收并檢測剩余電流互感器輸出的漏電流信號；控制器還用于根據檢測的結果確定出有異常情況時，進行遠程報警。

結合第一方面的第四種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，上述節能裝置還包括與控制器相連的通信單元，通信單元包括GSM模塊、GPRS模塊或WIFI模塊中的一種或多種，用于與外界的終端通信連接；控制器還用于通過通信單元向外界的終端發送報警信息。

結合第一方面至第一方面的第五種可能的實施方式中任一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，節能裝置的頂端還設置有進線套管和出線套管；其中，進線套管用于供三相變壓器的低壓側出線相線路接入節能裝置；出線套管供三相變壓器的低壓側出線相線路接出節能裝置；節能裝置的側壁還設置有高壓套管，用于供所述三相變壓器的高壓側進線相線路接入所述節能裝置，還用于供所述三相變壓器的高壓側出線相線路引出所述節能裝置。

第二方面，本發明實施例還提供一種三相變壓器節能系統，包括三相變壓器和第一方面的節能裝置；單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的一相線路中；兩個單刀雙擲開關分別設置于三相變壓器的低壓側出線相中的兩相線路中。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，上述三相變壓器的三相繞組聯結方式為Dyn11，單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的A相線路上，兩個單刀雙擲開關的刀頭分別設置于變壓器的低壓側出線相中的a相線路和c相線路上。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，上述三相變壓器的三相繞組聯結方式為Dyn1，單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的C相線路上，兩個單刀雙擲開關的刀頭分別設置于變壓器的低壓側出線相中的a相線路上和c相線路上。

本發明實施例提供了一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，通過節能裝置中的三個節能轉換開關來改變三相變壓器的高壓側進線相線路以及低壓側出線相線路的通斷，具體為一個節能轉換開關控制高壓側進線相中的一相線路的通斷，兩個節能轉換開關控制低壓側出線相中的兩相線路的通斷，并通過搭接于除了低壓側出線相中的兩相線路之外的另一相線路上，能夠將變壓器所帶的三相低壓負荷均轉換至該相線路上。采用本發明實施例提供的節能裝置，能夠在變壓器需要節能運行時，有效斷開變壓器的一相高壓進線，同時將三相低壓負荷均轉換至變壓器的一相低壓出線上，能夠有效降低變壓器的空載損耗。根據變壓器原理，本發明實施例提供的用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，可以實現將變壓器的空載損耗降低至原來的1/3，而且實現方式簡單可行，成本較低。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發明實施例所提供的一種Dyn11聯結的三相變壓器應用節能轉換開關的原理示意圖；

圖2示出了本發明實施例所提供的一種正常運行狀態下的變壓器鐵芯內磁通有效值分布示意圖；

圖3示出了本發明實施例所提供的一種節能運行狀態下的變壓器鐵芯內磁通有效值分布示意圖；

圖4示出了本發明實施例所提供的一種用于三相變壓器的節能裝置的結構示意圖；

圖5示出了本發明實施例所提供的一種三相變壓器節能系統在正常運行狀態下的主接線圖；

圖6示出了本發明實施例所提供的一種三相變壓器節能系統在節能運行狀態下的主接線圖；

圖7示出了本發明實施例所提供的另一種三相變壓器節能系統在節能運行狀態下的主接線圖；

圖8示出了本發明實施例所提供的一種用于三相變壓器的節能裝置的正視圖；

圖9示出了本發明實施例所提供的一種用于三相變壓器的節能裝置的側視圖；

圖10示出了本發明實施例所提供的一種三相變壓器節能系統的正視圖；

圖11示出了本發明實施例所提供的一種三相變壓器節能系統的側視圖；

圖12示出了本發明實施例所提供的一種三相變壓器節能系統的俯視圖；

圖標：

10-節能轉換開關；20-控制器；30-無功自動補償器；40-相電流互感器；

50-剩余電流互感器；60-通信單元；1-壓力釋放閥

2-出線護罩；3-出線護套；4-高壓套管；5-低壓進線套管；

6-低壓出線套管；100-節能裝置；200-三相變壓器。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

目前三相變壓器所帶負荷減少時，例如在晚上用電負荷極少的情況下，三相變壓器的空載損耗仍舊不變，甚至還會由于用電量低、電壓上升而增大的問題，基于此，本發明實施例提供的一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統。，可以改善現有技術中存在的三相變壓器空載損耗較大的問題，有效降低三相變壓器的空載損耗。

為便于對本實施例進行理解，以下對本發明實施例所公開的一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統進行詳細說明。

實施例一：

本發明實施例提供了一種用于三相變壓器的節能裝置，包括至少三個節能轉換開關，其中，一個節能轉換開關為單刀單擲開關，用于控制三相變壓器的高壓側進線相中的一相線路的通斷；

另外兩個節能轉換開關為單刀雙擲開關，用于分別控制三相變壓器的低壓側出線相中的兩相線路的通斷，并在斷開兩相線路時，將單刀雙擲開關的刀頭置于低壓側出線相中除兩相線路之外的另一相線路上。

本發明實施例提供了一種用于三相變壓器的節能裝置，通過節能裝置中的三個節能轉換開關來改變三相變壓器的高壓側進線相線路以及低壓側出線相線路的通斷，具體為一個節能轉換開關控制高壓側進線相中的一相線路的通斷，兩個節能轉換開關控制低壓側出線相中的兩相線路的通斷，并通過搭接于除了低壓側出線相中的兩相線路之外的另一相線路上，能夠將變壓器所帶的三相低壓負荷均轉換至該相線路上。采用本發明實施例提供的節能裝置，能夠在變壓器需要節能運行時，有效斷開變壓器的一相高壓進線，同時將三相低壓負荷均轉換至變壓器的一相低壓出線上，能夠有效降低變壓器的空載損耗。根據變壓器原理，本發明實施例提供的用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，可以實現將變壓器的空載損耗降低至原來的1/3，而且實現方式簡單可行，成本較低。

本實施例提供的用于三相變壓器的節能裝置，節能原理主要為斷開變壓器的一相高壓進線，同時將三相低壓負荷均轉換至變壓器的一相低壓出線上，可實現變壓器的空載損耗和空載電流降低為原來約1/3。

為了便于理解，以三相變壓器的聯結組別為Dyn11為例進行說明，具體參見圖1所示的Dyn11聯結的三相變壓器應用節能轉換開關的原理示意圖，圖1示出了三相變壓器高壓側A相、B相和C相，低壓側a相、b相、c相以及中性線n，還示出開關K1、K2和K3；其中，開關K1用于控制三相變壓器高壓側A相進線的通斷，開關K2和開關K3分別用于控制三相變壓器低壓側a相及c相出線的通斷。正常供電時K1、K2、K3開關均閉合，正常運行狀態下的變壓器鐵芯內磁通有效值分布可參見圖2所示，當需要節能運行時，K1、K2、K3均打開，此時該三相變壓器的高壓側A相進線被K1斷開，低壓側a相及c相出線分別被K2和K3斷開，該三相變壓器的低壓側b相正常供電。此時，該三相變壓器鐵芯內磁通有效值分布可參見圖3所示。

根據三相變壓器鐵芯損耗及空載電流基本同鐵芯內磁通約成平方關系，可知三相變壓器除B相磁通在開關變化后保持不變外，其它處鐵芯內磁通有效值均變為原來1/2，損耗及空載電流均約為原來1/4，根據三相變壓器鐵芯及芯柱信息，常用三相變壓器整體損耗及空載電流平均降低為了原來的1/3左右，因此節能效果明顯。

以S11型800kVA變壓器為例，其額定空載損耗為980W，空載電流為0.6％，采用此發明技術后，其空載損耗僅約為330W，空載電流為0.2％，假設一天內其變壓器有40％時間處于節能運行狀態，變壓器無功經濟當量按0.1，該變壓器一年可節能3400度。

綜上所述，基于上述節能原理的節能裝置，能夠有效降低變壓器的空載損耗及空載電流，達到變壓器節能目的，而且該節能裝置結構簡單，便于實現，且成本較低，適于大范圍推廣應用。

實施例二：

基于上述實施例一，本發明實施例提供了一種具有多功能的用于三相變壓器的節能裝置，除了上述節能轉換開關，該節能裝置包括還包括控制器，該控制器分別與節能轉換開關中的單刀單擲開關和兩個單刀雙擲開關的操作線圈連接，用于控制單刀單擲開關和兩個單刀雙擲開關的開合狀態。

控制器可以通過節能轉換開關中的各個開關對應的操作線圈來控制開關開合狀態，無需人為控制，更簡單便捷。

為了能夠補償變壓器的無功損耗，具體為在變壓器正常運行時補償其自身空載無功損耗，節能裝置還包括與控制器相連的無功自動補償器，用于補償三相變壓器的無功功率；該控制器還用于控制無功自動補償器的運行狀態。

進一步，上述無功自動補償器可以包括相電容器和補償轉換開關；其中，補償轉換開關用于控制相電容器與三相變壓器的低壓側出線相線路的連接狀態。在三相變壓器需要節能運行時，補償轉換開關的開合狀態也發生變化，以Dyn11聯結的三相變壓器為例，此時與三相變壓器低壓側b相仍與相電容器相連接，而c相和a相則不再與相電容器連接。

進一步，節能裝置還包括與控制器相連的相電流互感器，用于檢測三相變壓器連接的低壓供電系統的相電流，生成并輸出相電流信號；控制器還用于接收并檢測相電流互感器輸出的相電流信號；

除此之外，節能裝置還可以包括與控制器相連的剩余電流互感器，用于檢測三相變壓器連接的低壓供電系統的漏電流，生成并輸出漏電流信號；控制器還用于接收并檢測剩余電流互感器輸出的漏電流信號。

控制器還用于根據檢測的結果確定出有異常情況時，進行遠程報警。具體的，控制器可以根據相電流信號、漏電流信號來進行過電流、漏電流等異常判斷，還可以根據電壓信號進行高電壓、低電壓等異常判斷，并通過通信單元報警給用戶。

相電流互感器和剩余電流互感器能夠在控制器的控制下有效對變壓器連接的低壓供電系統的電流情況進行監測，該控制器還可以通過相電流互感器和剩余電流互感器方便獲知相電流與漏電流的具體數據，實現良好的監控作用。

為了能夠使相關人員及時獲知變壓器的異常情況，上述節能裝置還包括與控制器相連的通信單元，通信單元包括GSM模塊、GPRS模塊或WIFI模塊中的一種或多種，用于與外界的終端通信連接。控制器可以將三相變壓器的運行參數或者警報信息發送至關聯的用戶終端(諸如手機、iPad、電腦等)，用戶可以通過用戶終端而方便的了解變壓器的運行狀況以及相關電能情況。控制器還用于通過通信單元向外界的終端發送報警信息，從而使用戶及時得知變壓器的異常情況，控制器可根據檢測到的電壓信號、電流信號或漏電流信號來發現電能異常情況，比如高電壓、低電壓、過電流或漏電等，并通過通訊模塊報警給用戶。

具體可參見圖4所示的一種用于三相變壓器的節能裝置的結構示意圖，該節能裝置包括節能轉換開關10，還包括與節能轉換開關10相連接的控制器20，以及均與控制器20相連的無功自動補償器30、相電流互感器40、剩余電流互感器50和通信單元60。該具有多功能的節能裝置能夠實現變壓器監測、變壓器節能，以及變壓器運行異常報警等功能，極大的提升了用戶的體驗度。

實施例三：

基于實施例二，本發明實施例提供了一種三相變壓器節能系統，包括三相變壓器和實施例一或實施例二中的任一項的節能裝置；其中，單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的一相線路中；兩個單刀雙擲開關分別設置于三相變壓器的低壓側出線相中的兩相線路中。

當三相變壓器的三相繞組聯結方式為Dyn11時，單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的A相線路上，兩個單刀雙擲開關的刀頭分別設置于變壓器的低壓側出線相中的a相線路和c相線路上。

當三相變壓器的三相繞組聯結方式為Dyn1時，單刀單擲開關設置于三相變壓器的高壓側進線相中的C相線路上，兩個單刀雙擲開關的刀頭分別設置于變壓器的低壓側出線相中的a相線路上和c相線路上。

由于常用的配電變壓器的三相繞組聯結方式大多為Dyn11，因此為了便于理解，以聯結方式大多為Dyn11的節能系統為例進行說明，可參見圖5所示的一種三相變壓器節能系統在正常運行狀態下的主接線圖，其中，K1、K2和K3為節能裝置的節能轉換開關，具體的，K1為設置于三相變壓器高壓側A相進線側的單刀單擲開關，在正常運行狀態下保持閉合狀態，K2和K3分別為設置于三相變壓器低壓側a相及c相出線側的單刀雙擲開關，在正常運行狀態下，K2的刀頭置于a相上，K3的刀頭置于c相上。圖5中該三相變壓器的高壓側A相、B相、C相以及低壓側a相、b相、c相均為通路，同時圖5還示出了該三相變壓器低壓側的中性線n。

圖6所示的一種三相變壓器節能系統在節能運行狀態下的主接線圖，與圖5的區別在于，圖6中的K1為打開狀態，使得A相斷開，同時K2和K3的刀頭均轉換至b相。

進一步，圖7示出了另一種三相變壓器節能系統在節能運行狀態下的主接線圖，與圖6的區別在于，圖7中還示出了電流互感器(三個)、剩余電流互感器、相電容器以及補償轉換開關K4。在圖7中，無功自動補償器具體為相電容器。

以下對K4的狀態進行詳細解釋：當上述三相變壓器節能系統在正常運行狀態時，正常供電時K1、K2、K3開關均閉合，其中，K2和K3將a相和c相負荷分別接在三相變壓器的低壓側a相輸出和低壓側c相輸出上，與此同時b相上的負載不通過開關而接在變壓器b相輸出上。b相對應的相電容器直接在變壓器b相輸出上，a、c相對應的相電容器共同的補償轉換開關K4閉合，用于補償變壓器的固有空載無功損耗。當負載較小需要轉換為節能模式時，如圖7所示：開關K1斷開，變壓器進線側僅有B相帶電，K2和K3動作將a相和c相負荷轉接在變壓器的低壓b相輸出上。此時變壓器處于單相運行狀態。

在本發明實施例中，節能裝置的頂端還設置有進線套管和出線套管；其中，進線套管用于供三相變壓器的低壓側出線相線路接入節能裝置；出線套管供三相變壓器的低壓側出線相線路接出節能裝置；

節能裝置的側壁還設置有高壓套管，用于供三相變壓器的高壓側進線相線路接入節能裝置，還用于供三相變壓器的高壓側出線相線路引出節能裝置。即，用于供三相變壓器的高壓側進線相線路和出線相線路接入和引出節能裝置。

具體可參見圖8所示的該用于三相變壓器的節能裝置的正視圖和圖9所示的該節能裝置的側視圖，其中，圖8較好的示出了該節能裝置還配置有壓力釋放閥1，同時示出了出線護罩2、出線護套3和高壓套管4，圖9則較好的示出了低壓進線套管5、低壓出線套管6、相電流互感器40、剩余電流互感器50以及節能轉換開關10；其中，諸如壓力釋放閥1、出線護罩2等為節能裝置的可選配置，壓力釋放閥可以更好的起到對變壓器的防護作用，而護罩是為了防護內部的套管，當套管為諸如瓷瓶等時，可無需護罩防護。圖8-圖9僅為一種節能裝置的示意圖，在實際應用中可以根據需求靈活設置節能裝置的結構。

參見圖10所示的三相變壓器節能系統的正視圖，圖10中較好的示出了將節能裝置100安裝于三相變壓器200后的整體結構，進一步還可參見圖11所示的三相變壓器節能系統的側視圖，同樣示出了節能裝置100和三相變壓器200，還可再參見圖12所示的三相變壓器節能系統的俯視圖，在示出節能裝置100和三相變壓器200的基礎上，還示出了節能裝置高壓進線101和節能裝置高壓出線102，以及變壓器低壓出線a、b和c，以及變壓側低壓側的中性線n，與此同時還示出了變壓器高壓進線A、B和C。

綜上所述，本發明實施例提供的一種用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，通過節能裝置中的三個節能轉換開關來改變三相變壓器的高壓側進線相線路以及低壓側出線相線路的通斷，具體為一個節能轉換開關控制高壓側進線相中的一相線路的通斷，兩個節能轉換開關控制低壓側出線相中的兩相線路的通斷，并通過搭接于除了低壓側出線相中的兩相線路之外的另一相線路上，能夠將變壓器所帶的三相低壓負荷均轉換至該相線路上。采用本發明實施例提供的節能裝置，能夠在變壓器需要節能運行時，有效斷開變壓器的一相高壓進線，同時將三相低壓負荷均轉換至變壓器的一相低壓出線上，能夠有效降低變壓器的空載損耗。根據變壓器原理，本發明實施例提供的用于三相變壓器的節能裝置及節能系統，可以實現將變壓器的空載損耗降低至原來的1/3，而且實現方式簡單可行，成本較低。此外，該節能裝置還可以安裝有控制器、無功自動補償器、相電流互感器、剩余電流互感器等，同時還可以具備GSM/GPRS通訊功能、近距離WIFI無線通訊功能等的通信單元，通過控制器對各個器件的控制，能夠實現對變壓器的節能控制、電能監測、電能異常報警等功能。無功自動補償器安裝在變壓器臺區線桿上或其它靠近節能裝置的柜體內，同節能裝置分體安裝。與此同時，用戶可以通過用戶終端方便的查看裝置運行參數及接受報警信息。

另外，在本發明實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。