魏梅芳

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司技術(shù)技能培訓(xùn)中心， 湖南 長沙 410131）

引言

在我國的低壓配電網(wǎng)中，三相不平衡的問題長期存在。電負(fù)荷不能均勻分配到各相上是三相不平衡問題產(chǎn)生的主要原因。以國網(wǎng)湖南某縣供電公司為例，2017年5月，配變?nèi)嗖黄胶忸A(yù)警臺區(qū)達(dá)1 100個，對比分析同時段臺區(qū)線損不合格率，三相不平衡度高的臺區(qū)線損普遍高。

1 用戶相別識別存在的問題分析

目前主要采用負(fù)荷相序平衡和負(fù)荷補(bǔ)償法解決三相負(fù)載不平衡問題。無論采用哪種方案，其前提均是現(xiàn)場施工人員能準(zhǔn)確判斷出各相負(fù)荷分配情況，同時辨認(rèn)出每根低壓架空導(dǎo)線所屬相位。但目前低壓線路存在以下問題。

低壓線路交叉分布：低壓電網(wǎng)線路分布廣泛，并且存在相互交叉的問題，特別是在兩個或三個村莊相鄰的地段；

線路缺乏相位標(biāo)識：低壓線路一般不使用電桿導(dǎo)線相位色標(biāo)；

導(dǎo)線無相色標(biāo)識：目前湖南省農(nóng)村地區(qū)低壓導(dǎo)線一般采用裸鋁絞線或黑色絕緣導(dǎo)線，無法目視導(dǎo)線顏色判斷相位；

線路定位不規(guī)范：由于施工單位眾多，部分施工單位未能嚴(yán)格按照線路相位定位的標(biāo)準(zhǔn)；

導(dǎo)線走向混亂：例如穿樓過戶時，居民會將導(dǎo)線通過一個管道，由于目前農(nóng)村低壓導(dǎo)線一般采用黑色絕緣導(dǎo)線，在出管后，原有的導(dǎo)線排列順序已被打亂。

基于以上原因，雖然相關(guān)部門和人員均知道三相不平衡所屬臺區(qū)，但現(xiàn)場運(yùn)維人員根本無法識別重負(fù)荷相和低負(fù)荷相，很難在現(xiàn)場確定新增負(fù)荷應(yīng)具體接入哪一相導(dǎo)線，導(dǎo)致無法通過調(diào)相或新負(fù)荷接入來解決三相不平衡的問題，甚至可能因無法判斷正確的相位而陷入反復(fù)調(diào)相、不斷調(diào)相的惡性循環(huán)，即配網(wǎng)三相不平衡治理方案在現(xiàn)場實施過程中因相位識別問題而無法實現(xiàn)。

2 三相不平衡監(jiān)測方案

采用雙CPU+GPS+GPRS的構(gòu)建實現(xiàn)三相不平衡時用戶端用到主機(jī)相序的判別。

如圖1所示，兩個同步裝置都從計量箱內(nèi)獲取電網(wǎng)信號，進(jìn)入信號調(diào)理電路。與此同時，兩個裝置通過GPRS進(jìn)行同步通訊，設(shè)定統(tǒng)一時間進(jìn)行信號采集。兩個同步裝置的DSP處理器在GPS同步秒脈沖下啟動A/D轉(zhuǎn)換器采樣并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理顯示。同時臺區(qū)同步檢測裝置1將帶有時標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸給遠(yuǎn)端同步檢測裝置2，遠(yuǎn)端同步檢測裝置2將處理后的相位信號與臺區(qū)同步檢測裝置1的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行對比匹配，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)端用戶相位的識別。

圖1 同步檢測裝置的總體設(shè)計方案

采集模塊包括信號調(diào)理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。信號調(diào)理模塊包括強(qiáng)電壓信號采集電路、濾波電路、限幅電路三部分。強(qiáng)電信號采集電路將電網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)互感器二次側(cè)的強(qiáng)電量轉(zhuǎn)換成弱電信號，方便后續(xù)電路的采集；濾波電路濾除電路中的高頻分量，避免了后續(xù)信號采集中的混疊現(xiàn)象的出現(xiàn)；限幅電路限制信號的幅值，防止意外情況下燒毀模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，保護(hù)后續(xù)電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是連接模擬信號與數(shù)字信號的紐帶，它經(jīng)過采集、保持、量化和編碼等過程將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以供數(shù)字信號處理單元應(yīng)用。

通訊模塊。包括GPS接收模塊、GPS與DSP通訊模塊以及GPRS通訊模塊。GPS信號接收模塊接收GPS系統(tǒng)的時間信息，并為同步時鐘模塊、數(shù)字信號處理模塊提供同步秒脈沖和標(biāo)準(zhǔn)的世界協(xié)調(diào)時間。DSP與GPS的通信主要是在DSP端通過串口對GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。在系統(tǒng)初始化時，DSP通過串口對GPS接收機(jī)發(fā)送初始化命令控制GPS發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)容，在裝置的運(yùn)行中GPS接收機(jī)通過串口向DSP發(fā)送指定的語句，提供裝置需要的標(biāo)準(zhǔn)世界時間等信息。同步時鐘由DSP實現(xiàn)，它的功能是輸出采樣信號，根據(jù)同步秒脈沖產(chǎn)生滿足采樣頻率要求的同步采樣信號，并具有一定的守時功能，在GPS信號缺失時，保持測量單元的同步性。同步檢測裝置之間采用無線通訊GPRS模型實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。兩個同步裝置采樣之前要進(jìn)行通訊，以確定統(tǒng)一的采樣時間。采樣啟動后，臺區(qū)采樣的帶有時標(biāo)的信息可看作標(biāo)準(zhǔn)信息通過GPRS傳遞給用戶端同步檢測裝置供其判斷相位之用。圖2是通信系統(tǒng)的通訊過程。

圖2 通信系統(tǒng)通信過程

中斷程序主要是在同步時鐘的作用下完成電網(wǎng)信號的采樣，如圖3所示。

通過PT和CT測量母線電壓和進(jìn)線電流信號，利用傅里葉變換得到母線基波相電壓相量（Ua、Ub和Uc）和進(jìn)線基波線電流相量（Ia、Ib和 Ic），對母線基波相電壓相量運(yùn)用對稱分量法得到母線基波相電壓正序分量；對進(jìn)線基波線電流相量運(yùn)用對稱分量法得到進(jìn)線基波線電流正序和負(fù)序分量；以線電流相量有效值最小相作為參考向量，將零序表達(dá)式中基波線電流負(fù)序分量做正序化旋轉(zhuǎn)，得到正序化的負(fù)序電流矢量。即通過對稱分量法得到的等效負(fù)載線電流的正序基波線電流分量、正序化的負(fù)序基波線電流分量和相間電流分量。分別計算不平衡負(fù)荷等效基波正序阻抗、正序化的負(fù)序阻抗和相間阻抗，在此基礎(chǔ)上最終計算得到不平衡負(fù)荷等效線阻抗。

圖3 采樣中斷程序

3 結(jié)論

三相負(fù)荷不平衡時，各相的負(fù)荷電流不相等，這就導(dǎo)致相間產(chǎn)生不平衡電流。這些不平衡電流除了在相線上引起損耗之外，還將在中性線上引起損耗，這就造成了線路總損耗的增加。根據(jù)相關(guān)資料顯示，與平衡時相比，三相不平衡時的損耗可達(dá)其1.25倍，最高甚至可達(dá)6倍。因此，需要準(zhǔn)確獲取三相不平衡與線損信息，以此為依據(jù)指導(dǎo)臺區(qū)負(fù)荷的調(diào)整，達(dá)到降損與精益化管理的目的。