王劍鋒 楊懷建 劉揚

摘? 要：受“一帶一路”、“中國制造2025”、“民族復(fù)興夢”等方略推進的助力，我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展城鎮(zhèn)化建設(shè)日新月異。電能作為生產(chǎn)生活的主要動力源，經(jīng)過幾輪全國范圍的配網(wǎng)改造，之前影響居民用電體驗的低電壓，已經(jīng)不再是供電質(zhì)量的主要問題，而三相負(fù)荷不平衡引起的運行安全和損耗問題，成為低壓配電網(wǎng)運維的主要整治目標(biāo)。針對低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡治理問題，該文對現(xiàn)有治理硬件在海西現(xiàn)場的應(yīng)用情況做了概述，簡析其特點和適應(yīng)條件，以供其他使用者參考。

關(guān)鍵詞：配電設(shè)備;治理;不平衡

中圖分類號：TM506? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著社會進步和人民生活水平的日益提高，對供電質(zhì)量的要求越來越高，但受現(xiàn)有電力技術(shù)水平和管理水平的限制，配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)卻跟不上居民負(fù)荷的增長變化。同時隨著生活水平的提高，大功率家用電器急劇增多，導(dǎo)致單相負(fù)荷不可控增長，造成的公變?nèi)嘭?fù)荷不平衡問題，已經(jīng)是困擾多數(shù)配網(wǎng)系統(tǒng)運行人員的一大難題。

1 現(xiàn)有治理不平衡硬件方案

低壓配電網(wǎng)三相不平衡是配電臺區(qū)普遍存在的一種電能質(zhì)量問題。按照《配網(wǎng)運維規(guī)程》規(guī)定，配電變壓器的不平衡度應(yīng)符合：Yyn0接線變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于15%，零線電流不大于變壓器額定電流的25%;Dyn11接線變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于25%，零線電流不高于變壓器額定電流的40%。

由于單相用戶負(fù)荷變化具有不可控和不同時性，通過規(guī)劃負(fù)荷、臨時人工調(diào)相等管理手段無法徹底解決三相不平衡問題。經(jīng)過實踐證明相對有效地治理三相不平衡的方法就是通過硬件手段進行在線治理。目前，大量廠商推出了電能質(zhì)量治理的解決方案，治理產(chǎn)品也五花八門，較常見的有以下3類：換相開關(guān)型、電容器型、電力電子型。

2 硬件治理方案的應(yīng)用

2018年，海西供電公司執(zhí)行關(guān)于城鄉(xiāng)接合部臺區(qū)末端電壓質(zhì)量問題的科研項目，該項目在治理三相不平衡問題時，嘗試應(yīng)用了以上3種手段，將其兩相結(jié)合應(yīng)用在同一試點臺區(qū)2條分支上。

2.1 換相開關(guān)型

在該次應(yīng)用中，在末端單相用戶的下戶線前端串入了調(diào)節(jié)柜，調(diào)節(jié)柜采用三相四線引流線從主線路獲取電源，三相四線電源先輸入換相開關(guān)，開關(guān)輸出側(cè)向用戶供電，換相開關(guān)由線路分支處的智能控制器遠控。

換相開關(guān)型三相不平衡治理硬件工作原理是根據(jù)所選監(jiān)測節(jié)點的負(fù)荷情況，篩選目前相位在重載相上當(dāng)前負(fù)載合適的換相裝置，將裝置負(fù)載側(cè)的單相負(fù)荷在不停電的情況下切換到輕載相。目前市面上的換相開關(guān)能做到帶225 A以上負(fù)載切換相位，動作時間控制在8 ms左右，能保證對供電不敏感的用戶設(shè)備運行不中斷;開關(guān)日常運行只有測量、通信功能耗電，損耗比較小基本不會增加線損。此方案從負(fù)荷側(cè)進行治理，類同于人工調(diào)節(jié)引流線，但是比人工調(diào)節(jié)具有自動化和實時性的優(yōu)勢。

換相開關(guān)安裝條件是必須安裝在三相四線制線路與單相兩線用戶的切換點處，一般位于電網(wǎng)末端，使換相開關(guān)有三相四線電源，以具備切換的硬性條件;安裝時設(shè)備須串入現(xiàn)有電網(wǎng)，增加施工工作量和施工難度，增加了系統(tǒng)故障點，對系統(tǒng)穩(wěn)定系數(shù)有一定影響;不適合負(fù)荷側(cè)有對電能質(zhì)量要求高的精密儀器;僅適用于單相負(fù)載較多的臺區(qū)，三相用戶引起的負(fù)荷不平衡無法調(diào)節(jié);換相開關(guān)的監(jiān)測點選擇比較重要，設(shè)備壽命受策略影響較大，策略合理性比較重要;開關(guān)安裝位置、所帶用戶、開關(guān)數(shù)量需要進行勘察和技術(shù)論證，需綜合投資收益比;開關(guān)與控制器遠程通信，其通信的穩(wěn)定性對調(diào)節(jié)效果有一定影響，換相開關(guān)的調(diào)節(jié)是粗放調(diào)節(jié)，同時對有功和無功負(fù)荷進行相位切換，對低壓補償設(shè)備有不小的影響，兩者需有機配合。

2.2 電容器型

在該次應(yīng)用過程中，還嘗試電容器型治理三相不平衡的方法。

電容器型三相不平衡治理的硬件是利用Wangs定理，通過在低壓配電網(wǎng)線路相間跨接電力電容器的方式進行無功補償和有功轉(zhuǎn)移。

電容器型治理方案主要通過相間電容器實現(xiàn)，成本較低，施工難度小，即使電容器損壞也不影響配電網(wǎng)正常運行;此方法在治理三相不平衡的同時還可以補償無功;無論是單相用戶還是三相用戶引起的不平衡都可以治理。

電容器型調(diào)節(jié)設(shè)備因其有補償特性，非常容易造成過補償;電容器只能整退整投，實際轉(zhuǎn)移電流只有額定的1/3左右，想提高轉(zhuǎn)移電流，會使設(shè)備體積成倍增加;設(shè)備運行過程中容易產(chǎn)生諧波放大的隱患;安裝位置對其效果影響大，相對適合于變壓器低壓側(cè)或分支節(jié)點位置。電容器型治理方法僅將安裝點的負(fù)荷電流調(diào)節(jié)趨近于平衡，并未對末端實際負(fù)荷情況做調(diào)節(jié)，對補償節(jié)點后側(cè)線路安全穩(wěn)定無任何影響，僅適合做補充手段。

2.3 電力電子型

電力電子型調(diào)節(jié)設(shè)備通過外接電流互感器（CT）實時監(jiān)測線路電流，并將電流信息發(fā)送給內(nèi)部控制器進行處理分析，計算出達到平衡狀態(tài)時各相所需轉(zhuǎn)換的電流值，然后將信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT并驅(qū)動其動作，通過吸收-儲能-轉(zhuǎn)移的方式，最后達到節(jié)點三相平衡狀態(tài)。

電力電子型三相不平衡治理設(shè)備具備精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢，即根據(jù)設(shè)定閾值計算出需要轉(zhuǎn)移多少，就轉(zhuǎn)移多少電流;此類設(shè)備的安裝是并入現(xiàn)有線路，施工難度小;具有一定的消除諧波作用;裝置具備線性無功補償?shù)奶攸c，功率因數(shù)能達到0.999;既可以發(fā)出感性電流也可以發(fā)出容性電流，通過雙向無功補償，避免線路上無功流動;一套設(shè)備實現(xiàn)調(diào)節(jié)負(fù)荷平衡、調(diào)節(jié)無功、消除諧波的作用，調(diào)節(jié)過程不會出現(xiàn)振蕩。

電力電子型補償設(shè)備造價比較高，投資收益比相對較低;設(shè)備運行會產(chǎn)生一定的損耗，且隨不平衡度的上升而提高;設(shè)備多數(shù)比較重，對安裝環(huán)境有一定的要求。

3 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過半年的實際監(jiān)測運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，試點臺區(qū)的低壓側(cè)三相不平衡率由原來的月平均39.6%降到17.2%;綜合線損率略有降低，由原來的5.22%變?yōu)?.91%，;兩路分支節(jié)點功率因數(shù)月平均分別為0.992和0.998;變壓器低壓側(cè)零序電流趨近于相線額定電流的1%;電容器調(diào)節(jié)和換相開關(guān)調(diào)節(jié)配合的分支設(shè)備動作次數(shù)相對較多，且有過補償情況發(fā)生;電力電子型設(shè)備的運行有一定的損耗，在一定程度上增加了分支線損。由以上運行數(shù)據(jù)可以看出，3種硬件治理不平衡的手段各自有優(yōu)缺點，適用于不同的用電需求客戶，兩兩結(jié)合比單獨使用一種投資回報率高。

臺區(qū)三相不平衡的治理并不是一蹴而就的事情，單純依賴硬件手段也是不現(xiàn)實的。這就需要運行人員根據(jù)運行數(shù)據(jù)進行針對性分析。綜合城市區(qū)域規(guī)劃、投入資金、施工難度、負(fù)載用戶類型，來選擇組合類型，通過低壓配電網(wǎng)的合理規(guī)劃改造、詳細(xì)對負(fù)荷進行評估分配，規(guī)范線路施工、改用單相變供電、定期進行負(fù)荷實測和調(diào)整等辦法，進行詳細(xì)的技術(shù)論證，根據(jù)實際需求進行治理。該文僅對在海西地區(qū)該次科技項目應(yīng)用的情況進行總結(jié)，因技術(shù)和監(jiān)測手段原因造成的錯漏之處，也歡迎閱者指正。

參考文獻

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