郝连河1，咸日常1，吕东飞2，许雪地1，郝洪民2
（1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东 淄博 255049；2.国网山东省电力公司淄博供电公司，山东 淄博 255000）
摘要：在农网中，农业季节性用电负荷占据很大比重，在用电高峰期变压器重过载现象严重，传统的解决办法是由供电所工作人员到田间地头组织用户轮流用电，这一方式需要到现场拆、接线停送电，工作量大，风险高，存在安全隐患。采用分时段负荷控制器，可以避免农灌用电高峰期用电扎堆的现象，通过实施有序计划用电，解决变压器过载问题。并且能根据负荷变化和需求随时自动调整供电时间，大大减少了工作人员的现场工作量。此装置最大的特点在于当配变不超载时，能够最大限度地满足客户用电需求；当配变超载时，自动执行有序用电方案。
关键词：配电变压器；重过载；分时用电；分时段负荷控制器
随着农村经济的快速发展，农灌区供电设备所供负荷不断增加，农灌用电负荷具有季节性强、负荷集中的特点，现有的部分农灌配电变压器容量满足不了所有负荷全开的情况，因此在农灌用电高峰期时，配电变压器极易处在过负荷运行状态，以至于每年都会有变压器烧毁的事故发生，此外配变超负荷运行还会造成线损加大，造成线路末端用户出现低电压等问题。本文结合某台区实际情况，简单介绍了分时段负荷控制器的工作原理及取得的效益。
1.1 农村配电网负荷主要有三个特征
1.1.1 季节性特征
农村用电负荷的性质决定了农村配电网的季节性特征。春季和夏季是农灌负荷用电的高峰期，用电时间段较为集中，经常导致变压器出现重过载的情况，长时间的超负荷运行极易烧毁变压器，造成供电中断和资产损失，影响电力企业优质服务水平。
1.1.2 时段性特征
一般情况下农村地区在10:00—15:00和18:00—22:00这两个时间段的用电量较大，在这两个时间段内，除较为集中的农业生产用电外，大规模的使用大功率家用电器，也是导致配变频繁出现重过载的重要原因。
1.1.3 区域性特征
在一些偏远贫困山区、城乡结合明显的生活富足地区和小作坊比较多的地区，用电特征千差万别，由于配变容量不足，再加上生产、生活的用电量较大，导致配变更易出现重过载现象。
1.2 目前负荷控制的现状
目前所采用的控制季节性农灌高峰负荷方法为人工干预控制：一是农灌季节时由农电工进行全天巡视监测，这种方法费时费力，效果很差；二是根据制定好的停送电时间表人为地对每条线路进行轮流停送电，此方法能解决配变超负荷问题，但是解决不了单条线路超负荷的情况，对线损影响大，效果同样不佳。大多数配电变压器的过负荷保护依靠高压熔丝保护，400 V出线保护则依靠空气开关和RT0熔断器，主要解决的是对地短路、相间短路等大电流故障，这种传统的保护装置具有造价低，接线简单，针对大电流故障时动作迅速、效果明显的特点。因为熔体的熔断电流一般为400 V线路额定电流的1.5～2.5倍，而当线路超负荷时，流过线路的电流甚至都达不到线路额定电流的1.5倍，也就达不到熔断器和空气开关的动作电流，从而不能及时切断负荷，使配变仍旧处在超负荷运行状态，存在安全隐患。在配变短期内无法增容，或为了保持全年设备的高利用效率，或为了保证配变长期经济运行而不宜进行增容改造时，如何在保证配变和及其配套设备安全的情况下，最大限度地发挥变压器容量和最大限度地满足客户用电需求，是急需要解决的问题。
2.1 功能介绍
将分时段负荷控制器连接到线路后，通过电流互感器在配电变压器出线侧取电流信号，通过中间继电器控制交流接触器的得电与失电，从而对线路的停送电进行控制，通过设定热继电器的动作电流达到控制总负荷的目的。此装置在保护配变及其配套设备的同时，能够最大限度地利用配电变压器容量和最大限度地满足客户用电需求。
图1 某台区供电情况
把分时段负荷控制器安装在配电盘上，用于控制配电室出线为两路及以上的情况，装置主要有以下几个功能：
热继电器可以根据配变容量和所带负荷情况设定动作电流，一般把动作电流设定为配变额定电流的70%。当配变负载率在70%以下时，农户用电将不会受到影响；当配变负载率超过70%时，将会自动断电。
当过电流时会自动实施轮流限电，为执行有序用电方案提供了技术保证。
可以通过电子时钟设定供电的时间段。
可以根据负荷变化自动转换用电和限电方式，不需人工操作。
如图1所示，某台区配变容量100 kVA，两路出线属于季节性动力用电专线，农灌Ⅰ线6眼机井总功率为54 kW，农灌Ⅱ线7眼机井总功率为60 kW，如果同时给两条线路供电，就会出现配变重载的情况，造成线路末端机井电压低。把分时段负荷控制器安装在配电盘上，按照制定的有序用电表，用定时开关钟来设置上午6:00—12:00农灌Ⅰ线为保电线路，农灌Ⅱ线为备停线路，如果配变负载率不超过70%，两条线路正常供电，如果负载率超过70%，农灌Ⅱ线就会跳闸断电；12:00—18:00时间段两条线路再进行轮换。客户按制定好的计划表用电，电压质量得到了明显提高，有效解决了用电高峰期线路末端用户的低电压和变压器重过载的问题。
2.2 基本原理
如图2和图3所示，回路中的时控开关连接于中间继电器ZJ的线圈控制信号接点，时控开关可以按照需要，随意设定时段控制中间继电器ZJ线圈的吸合，所属中间继电器ZJ的常闭常开接点分别连接至热继电器RJ1和RJ2的常闭接点，热继电器RJ1和RJ2的三相分别串联，两个热继电器RJ1和RJ2与母线上电流互感器TA串联组成回路，热继电器RJ1和RJ2常闭信号出线连接于分路线路的控制接触器上。所属时控开关是微电脑时控开关，所示热继电器RJ1和RJ2为三相继电器。
通过微电脑时间控制器设定中间继电器ZJ常闭接口吸合的时间段，也就保证了1路交流接触器的得电时间段，从而控制了1路电流的通断时间，在该时间段内2路交流接触器的通电与否取决于热继电器RJ2的开断，只要保证母线感应电流未超过RJ2的动作电流，就可保证2路正常供电。同理，通过微电脑时间控制器设定中间继电器ZJ常开接口吸合的时间段，保证了2路交流接触器的得电时间段，此时1路通电只要保证1路感应电流小于热继电器RJ1所设置的动作电流即可。整个装置通过设定时控开关，可以分时段地控制两条分路线路的停送电，热继电器RJ1和RJ2则保证了线路过负荷时可以自动断电。
图2 母线/交流接触器
图3 电流回路
2.3 各元器件的选择及安装要求
2.3.1 电流互感器
首先根据配变容量和额定电压计算出变压器的额定电流，然后再根据得到的变压器额定电流选择电流互感器。电流互感器的选择应该遵循如下原则：所选择的电流互感器的一次侧额定电流应当大于变压器的额定电流，同时所选择的电流互感器的一次侧额定电流的50%应当小于变压器的额定电流。比如变压器额定电流是100 A，选200/5、300/5、400/5、500/5的都可以，如果变压器所带的负荷重就选择400/5的，负荷轻就选择300/5。
电流互感器的安装应遵循以下原则：一是电流互感器的安装必须牢固，电流互感器外壳的金属外露部分应可靠接地；二是同一组电流互感器应按同一方向安装，以保证该组电流互感器一次及二次回路电流的正方向均一致，并尽可能方便地看到铭牌；三是电流互感器二次侧不允许开路，如果二次双回路互感器只用一个二次回路时，另一个二次回路应可靠短接；四是低压电流互感器二次侧最好不接地。因为低压计量装置使用的导线、电能表及互感器的绝缘等级相同，能承受的最高电压基本一致；另外二次绕组接地后，整套装置一次回路对地的绝缘水平降低，易使有绝缘弱点的电能表或互感器在高电压作用（如受感应雷击）时损坏。从减少遭受雷击损坏出发，也以二次侧不接地为佳。
2.3.2 热继电器
热继电器选择热过载继电器，适用于交流50 Hz、电压660 V，电流0.25～160 A的长期工作或间断长期工作的一般交流电动机的过载保护，具有断相保护、温度补偿、动作灵活、检查手动复位和自动复位的功能，并有手动断开常闭触头的按钮和电流调节盘。热继电器的选择应满足以下几个方面的要求：满足触点容量；额定动作电流≤0.95倍的低压额定电流；动作次数>1000次。
JR36B–20型热继电器可满足上述要求。
2.3.3 中间继电器
中间继电器用于自动控制系统中，用以增加控制触点的数量及容量，扩大控制范围、提高控制能力等。选择时，必须充分考虑其使用环境、机械性能、激励线圈输入参量和触点输出参量。使用环境主要包含海拔高度、环境温度、湿度和电磁干扰等。考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型中间继电器，目前主要有金属罩密封型和塑封型，金属罩密封型性能要优于塑封型。因为只有全密封型中间继电器才能够经受得住长期的恶劣环境、并且具有良好的电接触稳定性、能够可靠地切换负载。机械性能主要包含振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑到抗地震应力作用能力和抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁装置的小型中间继电器。激励线圈输入参量要素主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220 V）输出隔离、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装置可靠运行必须认真考虑的因素。触点输出参量要素主要指的是触点负载性质和触点负载量值，根据触点负载性质划分，有容性负载，电机负载，电感器线圈负载，接触器线圈负载，阻性负载等；触点负载量值指的是开路电压量值和闭路电流量值，如低电平负载、小电流负载、大电流负载等。
选择中间继电器时除了要考虑到上述条件外，也应当满足相应电压等级，此处选择380 V的中间继电器。
2.3.4 熔断器
当电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；而当出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。对熔断器的选择主要包括对熔断器类型的选择和对熔体额定电流的选择。熔断器的额定电流要根据负载情况进行选择。如电阻性负载或照明电路，这类负载启动过程很短，运行电流较平稳，一般按负载额定电流的1～1.1倍选择熔体的额定电流，进而选择熔断器的额定电流；再比如电动机等感性负载，这类负载的启动电流为额定电流的4～7倍，一般选择熔体的额定电流为电动机额定电流的1.5～2.5倍。因此，熔断器难以起到过载保护的作用，而只能用作短路保护使用，过载保护应用热继电器才行。熔断器作为一种过载及短路保护电器元件，能够及时将过载线路断开，RT28N–32型熔断器即可满足要求。
2.3.5 微电脑时间控制器
微电脑时间控制器的作用是控制两条低压回路的通断，实现分时送电，可选择AK–2(KG16T)型时间控制器。
3.1 安全效益
将该装置应用在农户、农灌及供电性质类似的企业客户台区，大大降低了配变过负荷烧坏的危险系数，达到了用电客户与供电企业双赢的良好局面。解决了长期以来配电变压器无可靠的防过负荷保护装置的难题，实现了单相过负荷控制，将负荷高峰期农灌配电变压器烧坏的几率减小到0，同时大大减少了人为操作次数，提高了安全性，杜绝了工作人员往返配电室带来的交通安全隐患，设备烧毁带来的操作安全隐患，保障了人身安全。
3.2 经济效益
未安装该装置之前某供电所每年都出现变压器烧毁的情况，直接造成数十万元的经济损失。通过将该装置安装在过负荷配电设备上，能有效避免因超负荷导致变压器烧毁的情况发生，装置总造价不足200元，成本虽低却能产生很大的经济效益。
3.3 社会效益
该装置的投入使用产生了极大的社会效益，保障了广大电力客户用电的合法权益，保障了人民的正常生产生活秩序，随着各项指标数据的改善，减少了电话投诉事件，电力客户满意度保持较高水平，得到了广大电力客户的普遍肯定。
通过装设分时段负荷控制器，可以自动执行农灌用电高峰期时的有序用电方案，解决变压器过载、用户低电压等问题，保障每线每户用电的合法权益。当配变不超载时，能够最大限度地满足客户用电需求，超载时自动执行有序用电方案，同时减少工作人员现场的工作量，并且能够根据负荷变化和需求随时调整供电时间。由此可见，在某些农灌台区装设分时段负荷控制器可以方便地解决一些棘手问题，成本低、效益高，值得在农网中推广。
（责任编辑：刘艳玲）
DOI：10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.08.024
中图分类号：TM727
文献标志码：B
文章编号：1003-0867(2016)08-0053-03
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