配變?nèi)嗖黄胶庹尾呗苑治?/h1>
2017-12-06 11:27:52劉小江廖文龍龔奕宇
電氣技術(shù) 2017年11期
劉小江 廖文龍 姚 曉 龔奕宇
（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，成都 610072）
配變?nèi)嗖黄胶庹尾呗苑治?/p>
劉小江 廖文龍 姚 曉 龔奕宇
（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，成都 610072）
三相不平衡問(wèn)題普遍存在于配電網(wǎng)中，直接增加配網(wǎng)線路損耗，降低經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。本文以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷最優(yōu)調(diào)整為目標(biāo)，充分利用了配網(wǎng)用電采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，建立了三相不平衡實(shí)用化分析模型，深度分析配變低壓側(cè)三相電流特征。綜合得出三相不平衡調(diào)整的最優(yōu)方案，確定三相電流最佳調(diào)節(jié)系數(shù)，最大限度減少三相不平衡引起的額外損耗。本方法克服了以往經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行三相不平衡調(diào)節(jié)效果不可控的缺點(diǎn)，解決了基層運(yùn)維人員在進(jìn)行三相負(fù)荷調(diào)整時(shí)無(wú)據(jù)可依問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)大規(guī)模自動(dòng)分析，臺(tái)區(qū)實(shí)例分析表明本方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
三相不平衡；用電采集系統(tǒng)；最優(yōu)改接；計(jì)算機(jī)分析
隨著配電網(wǎng)在電網(wǎng)公司中的重要性不斷提高，此前一直未得到足夠重視的配變?nèi)嗖黄胶獾葐?wèn)題被重新提起。造成配網(wǎng)三相不平衡的原因主要有：低壓接線隨意性大、單相用戶容量增長(zhǎng)不可控、低壓?jiǎn)蜗嘭?fù)載運(yùn)行隨機(jī)性高、負(fù)荷季節(jié)性變化等[1]。由此帶來(lái)的危害主要有：增加變壓器損耗[2-4]、降低變壓器利用率、影響變壓器壽命及供電質(zhì)量等[5-6]。
目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)三相不平衡問(wèn)題的研究較少，主要集中在不平衡新型補(bǔ)償裝置方面[7-10]，而采用這類裝置往往需要較高的資金投入，且設(shè)備可靠性不佳，運(yùn)維難度大，因此補(bǔ)償裝置適用范圍很小。對(duì)多數(shù)三相不平衡問(wèn)題，負(fù)荷改接是最佳手段，但以往由于缺少針對(duì)配變低壓側(cè)數(shù)據(jù)的采集及分析，三相不平衡負(fù)荷改接往往僅憑運(yùn)維人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，調(diào)節(jié)效果不可控，難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)節(jié)。
智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展將越來(lái)越多的傳感器、智能儀器儀表裝入供電網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)得以實(shí)時(shí)回傳，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的用電采集系統(tǒng)在配網(wǎng)中得到大面積推廣應(yīng)用，為配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行提供了基礎(chǔ)。用電采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)低壓側(cè)電壓、電流、功率等電氣信息的有效、可靠采集，這為三相不平衡的大規(guī)模在線分析提供了可能[11-13]。事實(shí)表明，配網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)象普遍存在。然而目前少有基于用采系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析的實(shí)用化三相不平衡治理策略研究，導(dǎo)致一線運(yùn)維人員難以根據(jù)不同臺(tái)區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性治理。本文充分利用了現(xiàn)階段用電采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源開(kāi)展綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，針對(duì)不同臺(tái)區(qū)提供最優(yōu)三相不平衡整治策略，最大限度提高供電經(jīng)濟(jì)性。
1 配變損耗模型
1.1 三相不平衡對(duì)網(wǎng)損的影響
在三相平衡狀態(tài)下，三相電流向量和為零，即
三相負(fù)荷平衡時(shí)，三相電流幅值滿足 IA= IB=IC= I，則三相平衡時(shí)線路功率損耗為
式中，R為相線電阻。
三相不平衡時(shí)，三相負(fù)荷電流不相等，不平衡電流在中性線上流過(guò)，引起額外損耗，導(dǎo)致配變總損耗增加。
若三相不平衡，A、B、C三相電流分別為2I、0.5I、0.5I，則中性線電流為
此時(shí)功率損耗為
與三相平衡狀態(tài)相比，功率損耗增加1.25倍。
1.2 實(shí)用化分析模型
用電采集系統(tǒng)具有同時(shí)采集并回傳配電變壓器低壓側(cè)三相電壓、電流、有功功率及功率因數(shù)等電氣信息的能力，設(shè)在時(shí)刻i配變低壓側(cè)出口測(cè)得的A相電流為IAi，采集周期為T(mén)，則三相不平衡狀態(tài)下功率損耗為
式中，P0i為中性線功率損耗。
不平衡電流為
式中，R0為中性線電阻，一般取R0=2R[11]。
三相平衡時(shí)功率損耗為
式中，Iavi為三相電流平均值。
故在n個(gè)采樣周期T內(nèi)由于三相不平衡造成的額外有功損耗為
2 負(fù)荷改接計(jì)算模型
若某三相不平衡配變臺(tái)區(qū)低壓側(cè)主干線為三相，則應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行負(fù)荷改接。由于三相負(fù)荷在時(shí)刻變化，因此負(fù)荷改接不應(yīng)僅考慮某個(gè)時(shí)刻的三相電流值。根據(jù)用電采集系統(tǒng)每天可定時(shí)采集配變低壓側(cè)三相電流的特點(diǎn)，本文將全部電流數(shù)據(jù)采集點(diǎn)均納入負(fù)荷改接分析范疇，假定該臺(tái)區(qū)有N組歷史數(shù)據(jù)，則可計(jì)算各相電流平均值為
同理
計(jì)算值為正則表明該增加相應(yīng)負(fù)荷，為負(fù)則減少相應(yīng)負(fù)荷，各相調(diào)節(jié)系數(shù)可用下式計(jì)算
在具體實(shí)施過(guò)程中，在調(diào)節(jié)系數(shù)為負(fù)的相合理選擇3～5個(gè)低壓支路測(cè)量三相電流，測(cè)量時(shí)間點(diǎn)選擇與用采系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間一致，測(cè)量時(shí)間不少于24h，利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)系數(shù)，若某支路或若干支路電流之和與式（14）中β值最接近，則對(duì)應(yīng)支路應(yīng)選為改接支路。同理，調(diào)節(jié)系數(shù)為正的相應(yīng)增加相應(yīng)負(fù)荷。
3 實(shí)例分析
對(duì)用電采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，四川省某縣城區(qū)配變存在長(zhǎng)期三相不平衡現(xiàn)象。圖 1為該臺(tái)區(qū)低壓側(cè)出口三相電流日變化曲線，系統(tǒng)每15min采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，全天共計(jì)96組點(diǎn)。該配變當(dāng)天最大三相不平衡度達(dá) 82.2%，遠(yuǎn)高于國(guó)網(wǎng)公司15%的三相不平衡標(biāo)準(zhǔn)。
圖1 某臺(tái)區(qū)低壓出口三相電流日變化曲線
該臺(tái)區(qū)配變型號(hào)為S11-315 10kV/0.4kV，零序電阻 R0=0.124Ω，低壓側(cè)繞組電阻 R=0.0084Ω，低壓線路電阻 0.078Ω。采用式（9）計(jì)算此臺(tái)區(qū)當(dāng)天由于三相不平衡造成額外功率損耗為 90.5kW·h，電費(fèi)以0.5元/kW·h計(jì)算，該臺(tái)區(qū)一年因三相不平衡額外損失的電費(fèi)為16516元。由于該臺(tái)區(qū)A相負(fù)荷長(zhǎng)期大于 B、C相負(fù)荷，因此具備三相負(fù)荷改接的條件和需求。
根據(jù)式（10）至式（14），計(jì)算得到負(fù)荷改接方案見(jiàn)表1，即應(yīng)將A相負(fù)荷分別調(diào)整至B相和C相。
表1 負(fù)荷改接方案
根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，最佳負(fù)荷改接方案應(yīng)為從A相負(fù)荷中選擇平均電流最接近65A的單相負(fù)荷（可為單個(gè)負(fù)荷，也可為多個(gè)負(fù)荷），將其改接至C相。用電流采集裝置采集A相5個(gè)單相負(fù)荷一天的數(shù)據(jù)，得到結(jié)果見(jiàn)表2。負(fù)荷點(diǎn)1、2、4、5的平均電流之和為62.7，與A相預(yù)期調(diào)整電流最接近，將這4個(gè)負(fù)荷接至C相后，得到配變低壓側(cè)出口電流日負(fù)荷曲線如圖2所示。
表2 A相負(fù)荷測(cè)量點(diǎn)平均電流
圖2 負(fù)荷改接后電流日變化曲線
表3對(duì)負(fù)荷改接前后三相不平衡情況及損耗情況做了對(duì)比，從表中可以看出，改接后，最大不平衡度、平均不平衡度及均出現(xiàn)大幅下降，平均不平衡度降至15%以內(nèi)。
表3 改接前后三相不平衡度及損耗對(duì)比
4 結(jié)論
本文提出了一種用于配電變壓器三相不平衡低壓側(cè)負(fù)荷改接的最優(yōu)調(diào)節(jié)算法。該算法在用電采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，算法同時(shí)加入了經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)算功能，可輕易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)大規(guī)模分析。通過(guò)采集平均電流計(jì)算負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)的方法，克服了負(fù)荷波動(dòng)大導(dǎo)致實(shí)際負(fù)荷不平衡度測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。實(shí)例分析表明，本方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可在配電網(wǎng)中大規(guī)模推廣。
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Analysis on the Regulation Strategy of Three Phase Unbalanced Distribution Transformers
Liu Xiaojiang Liao Wenlong Yao Xiao Gong Yiyu
(State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072)
The problem of three-phase unbalance exists in the distribution network, which increases the distribution line loss and decreases operational economy directly. This paper aims the goal of the implementation of three-phase load optimal adjustment, makes full use of the electricity distribution network data acquisition system resources, establishes an practical analysis model of three-phase unbalance, analyses the characteristics of distribution transformer of the low-voltage-side three-phase current deeply, and makes the optimal adjustment scheme, finally determines the three-phase optimum current adjustment coefficient, minimizes the loss caused by the additional unbalance. This method overcomes the shortcomings of previous empirical method for three-phase unbalance regulation which is uncontrollable, and provides a method of solving three-phase unbalance problem for the basic maintenance personnel. This method can make large-scale computer automatic analysis come trueThe final example shows that this method have good practicability.
three phase unbalance；power acquisition system；optimal modification；computer analysis
劉小江（1986-），男，四川達(dá)州人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)自動(dòng)化、過(guò)電壓與接地技術(shù)。
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目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)三相不平衡問(wèn)題的研究較少，主要集中在不平衡新型補(bǔ)償裝置方面[7-10]，而采用這類裝置往往需要較高的資金投入，且設(shè)備可靠性不佳，運(yùn)維難度大，因此補(bǔ)償裝置適用范圍很小。對(duì)多數(shù)三相不平衡問(wèn)題，負(fù)荷改接是最佳手段，但以往由于缺少針對(duì)配變低壓側(cè)數(shù)據(jù)的采集及分析，三相不平衡負(fù)荷改接往往僅憑運(yùn)維人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，調(diào)節(jié)效果不可控，難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)節(jié)。
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1 配變損耗模型
1.1 三相不平衡對(duì)網(wǎng)損的影響
在三相平衡狀態(tài)下，三相電流向量和為零，即
三相負(fù)荷平衡時(shí)，三相電流幅值滿足 IA= IB=IC= I，則三相平衡時(shí)線路功率損耗為
式中，R為相線電阻。
三相不平衡時(shí)，三相負(fù)荷電流不相等，不平衡電流在中性線上流過(guò)，引起額外損耗，導(dǎo)致配變總損耗增加。
若三相不平衡，A、B、C三相電流分別為2I、0.5I、0.5I，則中性線電流為
此時(shí)功率損耗為
與三相平衡狀態(tài)相比，功率損耗增加1.25倍。
1.2 實(shí)用化分析模型
用電采集系統(tǒng)具有同時(shí)采集并回傳配電變壓器低壓側(cè)三相電壓、電流、有功功率及功率因數(shù)等電氣信息的能力，設(shè)在時(shí)刻i配變低壓側(cè)出口測(cè)得的A相電流為IAi，采集周期為T(mén)，則三相不平衡狀態(tài)下功率損耗為
式中，P0i為中性線功率損耗。
不平衡電流為
式中，R0為中性線電阻，一般取R0=2R[11]。
三相平衡時(shí)功率損耗為
式中，Iavi為三相電流平均值。
故在n個(gè)采樣周期T內(nèi)由于三相不平衡造成的額外有功損耗為
2 負(fù)荷改接計(jì)算模型
若某三相不平衡配變臺(tái)區(qū)低壓側(cè)主干線為三相，則應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行負(fù)荷改接。由于三相負(fù)荷在時(shí)刻變化，因此負(fù)荷改接不應(yīng)僅考慮某個(gè)時(shí)刻的三相電流值。根據(jù)用電采集系統(tǒng)每天可定時(shí)采集配變低壓側(cè)三相電流的特點(diǎn)，本文將全部電流數(shù)據(jù)采集點(diǎn)均納入負(fù)荷改接分析范疇，假定該臺(tái)區(qū)有N組歷史數(shù)據(jù)，則可計(jì)算各相電流平均值為
同理
計(jì)算值為正則表明該增加相應(yīng)負(fù)荷，為負(fù)則減少相應(yīng)負(fù)荷，各相調(diào)節(jié)系數(shù)可用下式計(jì)算
在具體實(shí)施過(guò)程中，在調(diào)節(jié)系數(shù)為負(fù)的相合理選擇3～5個(gè)低壓支路測(cè)量三相電流，測(cè)量時(shí)間點(diǎn)選擇與用采系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間一致，測(cè)量時(shí)間不少于24h，利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)系數(shù)，若某支路或若干支路電流之和與式（14）中β值最接近，則對(duì)應(yīng)支路應(yīng)選為改接支路。同理，調(diào)節(jié)系數(shù)為正的相應(yīng)增加相應(yīng)負(fù)荷。
3 實(shí)例分析
對(duì)用電采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，四川省某縣城區(qū)配變存在長(zhǎng)期三相不平衡現(xiàn)象。圖 1為該臺(tái)區(qū)低壓側(cè)出口三相電流日變化曲線，系統(tǒng)每15min采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，全天共計(jì)96組點(diǎn)。該配變當(dāng)天最大三相不平衡度達(dá) 82.2%，遠(yuǎn)高于國(guó)網(wǎng)公司15%的三相不平衡標(biāo)準(zhǔn)。
圖1 某臺(tái)區(qū)低壓出口三相電流日變化曲線
該臺(tái)區(qū)配變型號(hào)為S11-315 10kV/0.4kV，零序電阻 R0=0.124Ω，低壓側(cè)繞組電阻 R=0.0084Ω，低壓線路電阻 0.078Ω。采用式（9）計(jì)算此臺(tái)區(qū)當(dāng)天由于三相不平衡造成額外功率損耗為 90.5kW·h，電費(fèi)以0.5元/kW·h計(jì)算，該臺(tái)區(qū)一年因三相不平衡額外損失的電費(fèi)為16516元。由于該臺(tái)區(qū)A相負(fù)荷長(zhǎng)期大于 B、C相負(fù)荷，因此具備三相負(fù)荷改接的條件和需求。
根據(jù)式（10）至式（14），計(jì)算得到負(fù)荷改接方案見(jiàn)表1，即應(yīng)將A相負(fù)荷分別調(diào)整至B相和C相。
表1 負(fù)荷改接方案
根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，最佳負(fù)荷改接方案應(yīng)為從A相負(fù)荷中選擇平均電流最接近65A的單相負(fù)荷（可為單個(gè)負(fù)荷，也可為多個(gè)負(fù)荷），將其改接至C相。用電流采集裝置采集A相5個(gè)單相負(fù)荷一天的數(shù)據(jù)，得到結(jié)果見(jiàn)表2。負(fù)荷點(diǎn)1、2、4、5的平均電流之和為62.7，與A相預(yù)期調(diào)整電流最接近，將這4個(gè)負(fù)荷接至C相后，得到配變低壓側(cè)出口電流日負(fù)荷曲線如圖2所示。
表2 A相負(fù)荷測(cè)量點(diǎn)平均電流
圖2 負(fù)荷改接后電流日變化曲線
表3對(duì)負(fù)荷改接前后三相不平衡情況及損耗情況做了對(duì)比，從表中可以看出，改接后，最大不平衡度、平均不平衡度及均出現(xiàn)大幅下降，平均不平衡度降至15%以內(nèi)。
表3 改接前后三相不平衡度及損耗對(duì)比
4 結(jié)論
本文提出了一種用于配電變壓器三相不平衡低壓側(cè)負(fù)荷改接的最優(yōu)調(diào)節(jié)算法。該算法在用電采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，算法同時(shí)加入了經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)算功能，可輕易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)大規(guī)模分析。通過(guò)采集平均電流計(jì)算負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)的方法，克服了負(fù)荷波動(dòng)大導(dǎo)致實(shí)際負(fù)荷不平衡度測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。實(shí)例分析表明，本方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可在配電網(wǎng)中大規(guī)模推廣。
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Analysis on the Regulation Strategy of Three Phase Unbalanced Distribution Transformers
Liu Xiaojiang Liao Wenlong Yao Xiao Gong Yiyu
(State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072)
The problem of three-phase unbalance exists in the distribution network, which increases the distribution line loss and decreases operational economy directly. This paper aims the goal of the implementation of three-phase load optimal adjustment, makes full use of the electricity distribution network data acquisition system resources, establishes an practical analysis model of three-phase unbalance, analyses the characteristics of distribution transformer of the low-voltage-side three-phase current deeply, and makes the optimal adjustment scheme, finally determines the three-phase optimum current adjustment coefficient, minimizes the loss caused by the additional unbalance. This method overcomes the shortcomings of previous empirical method for three-phase unbalance regulation which is uncontrollable, and provides a method of solving three-phase unbalance problem for the basic maintenance personnel. This method can make large-scale computer automatic analysis come trueThe final example shows that this method have good practicability.
three phase unbalance；power acquisition system；optimal modification；computer analysis
劉小江（1986-），男，四川達(dá)州人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)自動(dòng)化、過(guò)電壓與接地技術(shù)。
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