配变三相不平衡整治策略分析

配变三相不平衡整治策略分析

于振国张运龙

（云南电网有限责任公司昆明供电局云南省昆明市650500）

摘要：三相不平衡问题普遍存在于配电网中，直接增加配网线路损耗，降低经济运行水平。本文以实现三相负荷最优调整为目标，充分利用了配网用电采集系统的数据资源，建立了三相不平衡实用化分析模型，深度分析配变低压侧三相电流特征。综合得出三相不平衡调整的最优方案，确定三相电流最佳调节系数，最大限度减少三相不平衡引起的额外损耗。

关键词：三相不平衡；用电采集系统；最优改接；计算机分析

引言

由于低压配网中单相用户负荷特征较复杂、用电习惯差距较大、用电随机性强、用电同时率低等因素导致的三相负荷不平衡问题呈现长期性特征。三相负荷不平衡可造成配电变压器处于不平衡运行状态、损耗增大、局部温升较大而缩短变压器使用寿命，可造成低压线路中性点电位偏移导致部分用户电压偏低和低压线路损耗增大，可造成用电设备不能正常工作等问题。

1三相不平衡影响分析

1.1配变三相负荷不平衡对电压质量的影响

目前我国农村地区绝大部分配变的绕组接线都采用D/yn0或者Y/yn0的接线方式，配变一次侧绕组绝缘接地、二次侧绕组经中性线接地，同时连接零线，二次侧低压出线采用三相四线制的供电模式。当出现三相用电负荷不平衡时，将会出现零序电流。由于配电变压器的一次侧绕组没有中性线，二次绕组侧产生的零序电流无法在一次侧绕组中予以平衡，零序电流在零序电阻上产生电压降直接会对配变二次侧产生中性点位置偏移。我们结合电路模型分析可以知道，中性点位移会导致A、B、C三相的相电压不对称，当某一相上接的负荷过大，这一相上的电压也就会降低，同时另两相的电压将会升高。因此当三相负荷的电流不平衡度值越大时，中性点的位移也就会越大，导致电压的偏差情况也就会越大。

1.2三相负荷平衡是安全供电的前提

三相负荷不平衡时，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因负荷相重载过大，造成导线烧断、开关烧坏或者变压器烧坏等严重事故。同时低压线路中线线径一般较细，三相负荷不平衡时中线电流过大，会导致发热，有可能引起火灾，或者被烧断。同时只有三相阻抗平衡，才能保证低压漏电保护器安全运行，防止出现人身触电伤亡等恶性事故。

1.3三相负荷保持平衡是降低线损的基本

三相负荷不平衡将会产生不平衡电压，出现电压偏移，增大中性线的电流，就会大大增加线路的损耗。实践证明，一般情况下如三相负荷不平衡可引起线损率上升2％~10％，三相负荷不平衡度如果大于10％，则台区线损将会很明显的增加，较大的影响企业的经济效益。

1.4三相电器的效率降低

配变如果在三相负载不平衡情况下运行，输出的电压三相也会不平衡。由于存在着正序、负序、零序三个电压分量，当三相不平衡的电压输入三相电器后，负序电压产生旋转磁场和正序电压产生的旋转磁场相反，就会引起制动效应。由于正序磁场比负序磁场强，电动机仍按正序磁场方向转动，而负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率降低，从而导致电动机输出效率降低。运行时电动机的温度和无功损耗，也将随电压的不平衡升高和增大，如果这种情况下长时间运行就会出现故障或者事故。

2配变损耗模型

2.1三相不平衡对网损的影响在三相平衡状态下，三相电流向量和为零，即

式（1）

三相负荷平衡时，三相电流幅值满足IA=IB=IC=I，则三相平衡时线路功率损耗为

式（2）

式中，R为相线电阻。三相不平衡时，三相负荷电流不相等，不平衡电流在中性线上流过，引起额外损耗，导致配变总损耗增加。若三相不平衡，A、B、C三相电流分别为2I、0.5I、0.5I，则中性线电流为

式（3）

此时功率损耗为式（4）

与三相平衡状态相比，功率损耗增加1.25倍。

2.2实用化分析模型

用电采集系统具有同时采集并回传配电变压器低压侧三相电压、电流、有功功率及功率因数等电气信息的能力，设在时刻i配变低压侧出口测得的A相电流为IAi，采集周期为T，则三相不平衡状态下功率损耗为

式（5）式中，P0i为中性线功率损耗。

不平衡电流为式（6）

式（7）式中，R0为中性线电阻，一般取R0=2R。三相平衡时功率损耗为

式（8）式中，Iavi为三相电流平均值。故在n个采样周期T内由于三相不平衡造成的

额外有功损耗为式（9）

3负荷改接计算模型

若某三相不平衡配变台区低压侧主干线为三相，则应优先考虑进行负荷改接。由于三相负荷在时刻变化，因此负荷改接不应仅考虑某个时刻的三相电流值。根据用电采集系统每天可定时采集配变低压侧三相电流的特点，本文将全部电流数据采集点均纳入负荷改接分析范畴，假定该台区有N组历史数据，则可计算各相电流平均值为

式（10）

根据计算结果对三相电流平均值排序，如三者的大小关系为

，设A、B、C三相电流平均值分别为

，则最佳负荷调节方案为式（11）

同理式（12-13）计算值为正则表明该增加相应负荷，为负则减少相应负荷，各相调节系数可用下式计算式（14）。

在具体实施过程中，在调节系数为负的相合理选择3～5个低压支路测量三相电流，测量时间点选择与用采系统测量时间一致，测量时间不少于24h，利用测量数据计算调节系数，若某支路或若干支路电流之和与式（1）中β值最接近，则对应支路应选为改接支路。同理，调节系数为正的相应增加相应负荷。

4实例分析

对用电采集系统运行数据进行分析后发现，某县城区配变存在长期三相不平衡现象。图1为该台区低压侧出口三相电流日变化曲线，系统每15min采集一个数据点，全天共计96组点。该配变当天最大三相不平衡度达82.2%，远高于国网公司15%的三相不平衡标准。

该台区配变型号为S11-31510kV/0.4kV，零序电阻R0=0.124Ω，低压侧绕组电阻R=0.0084Ω，低压线路电阻0.078Ω。采用式（9）计算此台区当天由于三相不平衡造成额外功率损耗为90.5kW•h，电费以0.5元/kW•h计算，该台区一年因三相不平衡额外损失的电费为16516元。由于该台区A相负荷长期大于B、C相负荷，因此具备三相负荷改接的条件和需求。根据式（10）至式（14），计算得到负荷改接方案见表1，即应将A相负荷分别调整至B相和C相。

根据表1的计算结果，最佳负荷改接方案应为从A相负荷中选择平均电流最接近65A的单相负荷（可为单个负荷，也可为多个负荷），将其改接至C相。用电流采集装置采集A相5个单相负荷一天的数据，得到结果见表2。负荷点1、2、4、5的平均电流之和为62.7，与A相预期调整电流最接近，将这4个负荷接至C相后，得到配变低压侧出口电流日负荷曲线如图2所示。

表3对负荷改接前后三相不平衡情况及损耗情况做了对比，从表中可以看出，改接后，最大不平衡度、平均不平衡度及均出现大幅下降，平均不平衡度降至15%以内。

结果表明，采取调整负荷措施后，台区原来因三相负荷不平衡引起的低电压情况得到显著改善，综合电压合格率显著提高，在全天各个时间段，三相电压均符合电压质量规定范围，实现了预期研究和应用目标。实施降低三相负荷不平衡后，设备利用率得到提高，因三相负荷相对平衡，可降低线损率，并有效提高相电压，不用进行投资。缺点是农村用电负荷同时率较低，在进行平均分配负荷后，不能完全达到负荷平衡，由于多次进行调整，影响工作效率。

结语

总之，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：

[1]王留成.考虑三相不平衡的配网无功优化[J].电气技术，2011，12（11）：37-40.

[2]叶伟杰.江西电网配电变压器三相不平衡综合治理措施研究[D].南昌：南昌大学，2013.