配变三相不平衡解决方案及控制策略

配变三相不平衡解决方案及控制策略

刘宝娟袁林涛

国网山东省电力公司枣庄供电公司山东枣庄277100

摘要：现阶段，我国的经济发展的十分的迅速，电力工程的发展也有了很大的提高。当前，农村部分地区仍然存在着台区三相负荷不平衡现象，特别是季节性、时段性用户用电时间不统一造成配变三相负荷不平衡，通过人工调整三相负荷平衡是很难实现的，要实现真正三相负荷平衡，必须采用自动化方式完成，采用自动调节三相负荷平衡也解决了因台区负荷分布变化、新增用户等原因造成的三相负荷不平衡现象。自动调节三相不平衡装置的推出是适应当前智能电网建设要求，通过调整三相负荷分配，降低三相负荷不平衡率，可以有效平衡低压线路电流，解决偏负荷相电流大压降高的问题，从而提高末端电压，降低线损。

关键词：配变三相不平衡；解决方案；控制策略

引言

三相不平衡使我们评价电能质量的重要指标。就目前而言，当前造成三项不平衡的因素主要可以分为事故性和正常性两种类型，其中事故性的主要诱因是电路系统故障，而正常性则是由三相元件、线路参数以及负荷等因素的不对称引起的。属于允许长期存在或长时间存在的三项不平衡现象。在低压电网中，配电变压器是中心枢纽，而三相负荷的平均分配则是确保电能质量、为用电单位输出高安全系数电能的重要保障。近年来，国家采取了诸多措施改变农村等偏远地区低压电网状况，使配电台区的供电能力和电压质量有了一定程度的提高。但三相负荷不平衡这一问题仍将导致低压电网的可靠性与稳定性降低、电能质量差、线损率与故障率高，甚至影响电力系统的安全运行。

1基本概念

在电路理论中，根据供电是系统的电量是否对称将其分为了对称系统和不对称系统。其中对称系统表示的电动势、电压以及电流等数值大小相等，而且彼此的相互移动角度均为2π/m。此外，根据多相系统是否平衡的特点，又可以将其分为多相平衡系统和多相不平衡系统与不平衡的，两者的根本区别在于电路系统中的功率是都根据时间的变动而变动，若变动，则是不平衡系统，若不变动，则是平衡系统。最后，我们还应该明白系统不对称的多相系统并不是衡量其是否平衡的标准。例如，在不对称二相系统中，其主要组成单元为两个大小相等，夹角互为90度角的电动势，这种电路的对称性与平衡性则是相互对应。而在单相系统中，其功率受时间变化的影响，波动范围为:p1+1/cosφ，p1－1/cosφ。其中p代表系统的有功功率。这种电路的对称性和平衡性则不能对应。但是，本文的主要目的是为了论述三相系统的不平衡，所以将“不平衡”和“不对称”定义为同种含义。

2配变三相不平衡的危害

2.1影响电能质量、危及安全

对电能质量的影响主要体现在由于中性点漂移引起三相电压不对称。当配电变压器在三相负荷不对称运行时，变压器次级线圈发生三相电流运行异常，异常现像导致中性线产生零序电流。此类现状下，使得三相电流电压对称性出现异常，三相电流中性点产生位移，这时将出现三相电压不对称的电能质量问题。当配电变压器长期处于不平衡运行时容易造成如下问题：1）低压相电用电户电器设备，因电压异常现象无法正常应用。高压相电用电户，电器设备则因电压变动存在设备烧坏的可能性。2）三相电流运行异常，造成中性线出现零序电流。零序电流的移动，导致中性线产生电流。最终造成中性线路熔断，相电压运行失效，转换为线电压。此类现状下，对于用电设备以及操作人员的人身安全，都造成了较大的危害。3）电流负荷较大区域，最终用电线路在供电的过程中，产生了大量的热能。热能现象使得用电线路绝缘性快速降低，最终造成人员触电等危害。4）三相电流不平衡运行时间加长，超负荷区域负载超限。最终造成相电导线熔断，电器设备烧毁。严重时可能造成变压器设备的爆炸等后果，严重影响电网的安全运行。

2.2配变产生零序电流

配变在三相负荷不平衡工况下运行，将产生零序电流，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则铁芯中将产生零序磁通(高压侧没有零序电流)，迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低，同时，零序电流的存在也会增加配变的损耗。

2.3增加线路的电能损耗

在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时因存在阻抗必将产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。当线路三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过,这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。

3配变三相不平衡的控制措施

3.1换相控制策略

基于台区配变终端的三相不平衡治理系统换相控制策略是关键。配变终端根据设定的周期定时计算三相不平衡率，当计算值大于设定的三相不平衡门槛值时，将对分散安装的换相开关进行控制换相。首先找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序，然后查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束。若存在则遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率，该值小于转换前的三相不平衡率则存入可控队列。

3.2预测控制策略

换相开关根据采集的电流值，实时调整不平衡负载的方式节能效果最好，但换相动作过于频繁会给用户生活带来干扰，例如引起白炽灯跳闪等现象发生。预测控制策略是基于用户历史负荷数据，采用时间序列分析、模糊理论等算法对未来负荷变化情况作出预测，在凌晨等非高峰时段调整换相开关，避免在用电高峰期的频繁换相给居民生活带来影响。系统对用电随机性的准确预测是影响治理效果的主要因素，换相开关的提前或滞后动作减少了对用户的影响，但总体来说牺牲了节能效果。

3.3加强对配变的监测，形成闭环管理

加大配变监测终端的覆盖率，通过配变监测计量系统，及时查获配电变压器的三相电压、电流、有功功率、有功电量、负载率和不平衡度等实时数据，经过统计分析得到相应的结果，可以为三相不平衡的整改提供所需的数据，根据这些数据，可以及时做出整改措施。也能够对调整以后的配电变压器运行状况时时刻刻进行跟踪监测，及时发现配电变压器运行过程中存在的问题并上报上级部门，形成闭环管理。

结语

本文提出了一种用于配电变压器三相不平衡低压侧负荷改接的最优调节算法。该算法在用电采集系统的基础上实现，算法同时加入了经济效益分析计算功能，可轻易实现计算机大规模分析。通过采集平均电流计算负荷调节系数的方法，克服了负荷波动大导致实际负荷不平衡度测量不准确的问题。实例分析表明，本方法具有很强的实用性，可在配电网中大规模推广。

参考文献

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