陸柏羽 章 忠 田 權(quán)

（國(guó)網(wǎng)泰順縣供電公司，浙江溫州325500）

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平提高，電能的作用日益重要，無(wú)論是企業(yè)生產(chǎn)還是居民生活都離不開(kāi)電能。居民負(fù)荷的增加和電力電子技術(shù)的發(fā)展，使電力負(fù)荷的構(gòu)成出現(xiàn)了新的變化。非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷及單相負(fù)荷的接入，進(jìn)一步加劇了配電網(wǎng)三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題，并對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。近年來(lái)，對(duì)于配電網(wǎng)三相不平衡進(jìn)行研究和優(yōu)化，逐漸成為配電網(wǎng)優(yōu)化的重要課題之一[1]。

1 配電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)狀

配電網(wǎng)三相不平衡分為正常性不平衡和事故性不平衡[2]，本文主要對(duì)正常性不平衡進(jìn)行分析研究。

我國(guó)配電網(wǎng)供電方式主要為三相四線制，配電變壓器接線多采用Y/yn0型。理想供電方式下，三相負(fù)荷均衡分配，變壓器對(duì)稱運(yùn)行，但實(shí)際上配電網(wǎng)中存在大量的沖擊性、非線性負(fù)荷，這些負(fù)荷會(huì)向系統(tǒng)注入大量諧波，引起閃變、電壓波動(dòng)和三相不平衡等。低壓配電網(wǎng)中居民多為單相負(fù)荷，具有網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、負(fù)荷性質(zhì)多樣（感性、容性、阻性）、同時(shí)性差、變化大等特點(diǎn)，這些負(fù)荷很難均衡分配以保持三相平衡。故配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中很難達(dá)到絕對(duì)的平衡，大多數(shù)情況下處于三相不平衡運(yùn)行狀態(tài)。

2 配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的危害

配電網(wǎng)絡(luò)理想狀態(tài)下三相電壓、電流具有相同的幅值，且相位差均為120°。實(shí)際運(yùn)行中總是存在不同程度的指標(biāo)偏離，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許存在一定的偏差。三相不平衡是指三相電壓或電流中含有負(fù)序、零序分量，導(dǎo)致三相電壓或電流的波形不再是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，相位差也不是120°，零線上出現(xiàn)零序電流等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，配電變壓器低壓三相負(fù)荷不平衡率應(yīng)≤15%[3]，中性線電流允許值為額定電流的25%[4]。三相不平衡將影響電能質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜叭松?、設(shè)備安全。三相不平衡危害主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）造成配電變壓器和線路損壞。

當(dāng)三相不平衡時(shí)，若負(fù)載達(dá)到變壓器額定容量，負(fù)載最重一相將超過(guò)該相額定容量，則變壓器將超負(fù)荷運(yùn)行，造成變壓器溫度升高、絕緣加速老化等，嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行甚至?xí)龤ё儔浩?；三相不平衡時(shí)，中性線上將出現(xiàn)零序電流，一方面電流過(guò)大超出承載能力會(huì)燒毀中性線，另一方面零序電流在變壓器低壓側(cè)會(huì)產(chǎn)生零序磁通，該磁通無(wú)法耦合到高壓側(cè)，只有通過(guò)變壓器外殼、鐵芯、夾件等以熱能形式散掉，從而導(dǎo)致變壓器發(fā)熱及絕緣油升溫等，將影響變壓器壽命，給安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

當(dāng)三相不平衡運(yùn)行時(shí)，零線（中性線）上將流過(guò)零序電流，正常設(shè)計(jì)零線線徑小于相線線徑。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，零線會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，引起火災(zāi)甚至被燒斷，同時(shí)一些用電設(shè)備電壓可能由相電壓變成線電壓，造成設(shè)備因過(guò)壓損壞。

（2）降低配電網(wǎng)容量利用率，增加線損。

三相不平衡運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載最重一相達(dá)到額定容量時(shí)，該變壓器就屬于滿負(fù)荷運(yùn)行，但其余兩相未達(dá)到額定容量，這就造成了配電網(wǎng)容量利用率降低。

三相不平衡運(yùn)行時(shí)，由于存在零序、負(fù)序電流，變壓器銅耗、鐵耗將增加，零線因存在阻抗，會(huì)使零線上損耗增加，且損耗與零序電流平方成正比。

（3）損壞配電、用電設(shè)備，引起保護(hù)元件誤動(dòng)作，影響用戶安全用電，增加用戶投訴量。

三相不平衡運(yùn)行時(shí)，單相過(guò)載等不僅會(huì)造成變壓器過(guò)載、損壞，還會(huì)造成線路開(kāi)關(guān)跳閘、線路燒毀等；有些保護(hù)采用電壓、電流的負(fù)序、零序分量作為啟動(dòng)條件，而三相不平衡運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)序、零序分量可能會(huì)使該保護(hù)誤動(dòng)作；另外，旋轉(zhuǎn)電機(jī)因負(fù)序、零序電壓分量存在，不僅出力會(huì)減少，還會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、振動(dòng)等現(xiàn)象；零序電流會(huì)使零線上產(chǎn)生壓降，該電壓疊加至三相端電壓上，將造成三相電壓不對(duì)稱，使中性點(diǎn)發(fā)生漂移，重載相電壓會(huì)降低更多，而輕載相電壓會(huì)抬升，電壓升高不僅會(huì)造成配電線路及設(shè)備絕緣擊穿，還影響用戶的安全用電。

三相不平衡造成的電能質(zhì)量降低、設(shè)備損壞、非正常停電、用電安全等問(wèn)題，還會(huì)使用戶對(duì)供電部門服務(wù)不滿，增加用戶投訴量。

3 配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化措施

配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化措施主要包括管理和技術(shù)兩個(gè)方面。管理方面主要包括供電企業(yè)重視三相負(fù)荷平衡度，將三相不平衡納入經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)，建立健全規(guī)章制度，制定考核和獎(jiǎng)懲標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)動(dòng)員工積極性等措施。技術(shù)方面主要采取以下措施：

3.1 加強(qiáng)負(fù)荷監(jiān)測(cè)及負(fù)荷調(diào)整

負(fù)荷監(jiān)測(cè)方法有：

（1）采用人工方法對(duì)配電網(wǎng)線路進(jìn)行不定期監(jiān)測(cè)；

（2）采用三相電流平衡分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

（3）通過(guò)配網(wǎng)自動(dòng)化及計(jì)量系統(tǒng)提取信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)配網(wǎng)中三相不平衡負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，考慮負(fù)荷的同時(shí)性、多樣性，按照從末級(jí)向上級(jí)的順序調(diào)整，保證從線路末端、分開(kāi)關(guān)至配電變壓器出口都達(dá)到負(fù)荷的平衡，且盡量減小配電線路供電半徑。

3.2 通過(guò)加裝跨接電容器進(jìn)行補(bǔ)償

在相線之間跨接三角形接線方式電容器和相線與地線之間跨接星形接線方式電容器，通過(guò)控制各個(gè)電容器的投切，利用負(fù)荷中的感性負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，對(duì)有功電流進(jìn)行相間轉(zhuǎn)移，進(jìn)而達(dá)到平衡三相負(fù)荷的目的[5]。

3.3 加裝三相不平衡自動(dòng)調(diào)整裝置

三相不平衡自動(dòng)調(diào)整裝置有以下幾種：在負(fù)荷末端加裝自動(dòng)換相裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)各負(fù)荷電流及變壓器出線端電流、電壓，由集中控制器進(jìn)行分析、判斷，下達(dá)換相指令，進(jìn)行自動(dòng)換相，使三相負(fù)荷達(dá)到新的平衡；在三相線路中加裝由電抗器、電容器和電力電子器件組成的全電力電子自動(dòng)調(diào)整裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)線路中三相電流、電壓參數(shù)，由控制器進(jìn)行分析、判斷，然后發(fā)送指令給裝置內(nèi)部的IGBT裝置，控制各相電容、電抗器的通斷，進(jìn)而起到無(wú)功補(bǔ)償和有功電流轉(zhuǎn)移的作用，使三相線路達(dá)到新的平衡。

4 總結(jié)與展望

通過(guò)分析三相負(fù)荷不平衡的危害，本文提出了優(yōu)化措施，得到了如下結(jié)論：對(duì)于三相不平衡優(yōu)化，需采取管理與技術(shù)相結(jié)合的措施。在技術(shù)方面，措施一具有測(cè)量設(shè)備操作簡(jiǎn)單、投資低的優(yōu)點(diǎn)，但需要專業(yè)人員進(jìn)行計(jì)算、優(yōu)化方案，且需停電進(jìn)行人工換相，安全性相對(duì)較差；措施二具有自動(dòng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)整負(fù)荷不平衡能力，投資適中，但限于配電網(wǎng)架構(gòu)特點(diǎn)，有功電流轉(zhuǎn)移能力有限；措施三可全容量自動(dòng)調(diào)整三相不平衡負(fù)荷，且具有無(wú)功補(bǔ)償能力，但其設(shè)備安裝復(fù)雜、投資大。

在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)各配電網(wǎng)的特點(diǎn)和重要性，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后，選擇合適的優(yōu)化措施。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，措施三中的技術(shù)會(huì)越來(lái)越成熟，且隨著設(shè)備的大量應(yīng)用其成本也會(huì)越來(lái)越低。

［參考文獻(xiàn)］

[1]呂行.低壓三相不平衡調(diào)補(bǔ)裝置的研究和設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

[2]何偉剛.淺析低壓臺(tái)區(qū)三相不平衡原因及對(duì)策[J].科技視界，2017（9）：105.

[3]電能質(zhì)量 三相電壓不平衡：GB/T15543—2008[S].

[4]配電變壓器運(yùn)行規(guī)程：DL/T1102—2009[S].

[5]林志雄，陳巖，蔡金錠，等.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響及治理措施[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（3）：63-67.