基于農(nóng)村地區(qū)的三相負(fù)荷不平衡研究與治理

郎林 李品 曹勇敢

【摘 要】周口供電區(qū)屬農(nóng)業(yè)地區(qū)，農(nóng)村人口眾多，農(nóng)村負(fù)荷所占比例較大。近年來，隨著農(nóng)民生活水平的提高，大功率家用電器逐漸進(jìn)入各家各戶，農(nóng)村電網(wǎng)經(jīng)常性出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象，且不平衡程度越來越嚴(yán)重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的限值，嚴(yán)重影響著農(nóng)村電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】三相負(fù)荷不平衡 換相調(diào)節(jié) 無級差調(diào)節(jié)

由于家電下鄉(xiāng)政策的影響和居民收入水平的提高，大功率家用電器在周口農(nóng)村地區(qū)用戶家中日趨普遍。受到同時率的影響，低壓配電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡問題越來越嚴(yán)重、越來越突出，三相負(fù)荷不平衡的產(chǎn)生也越來越隨機(jī)。為解決三相負(fù)荷不平衡的問題，在周口供電區(qū)某1#臺區(qū)和2#臺區(qū)開展三相負(fù)荷不平衡的專項治理工作，以探究三相負(fù)荷不平衡的產(chǎn)生原因及最佳治理方案。

1 三相負(fù)荷不平衡度分析

1.1 三相負(fù)荷平衡的重要性

（1）三相負(fù)荷平衡是安全供電的基礎(chǔ)。三相負(fù)荷不平衡，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會因重負(fù)荷相超載過多，可能造成某相導(dǎo)線燒斷、開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴(yán)重后果。

（2）三相負(fù)荷平衡才能保證用戶的電能質(zhì)量。三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱，中性點電位就會發(fā)生偏移，線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏低，電燈不亮、電器效能降低、小水泵易燒毀等問題。而接在輕負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏高，可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。對動力用戶來說，三相電壓不平衡，會引起電機(jī)過熱現(xiàn)象。

（3）三相負(fù)荷保持平衡是節(jié)約能耗、降損降價的基礎(chǔ)。三相負(fù)荷不平衡將產(chǎn)生不平衡電壓，加大電壓偏移，增大中性線電流，從而增大線路損耗。實踐證明，一般情況下三相負(fù)荷不平衡可引起線損率升高2%-10%，三相負(fù)荷不平衡度若超過15%，則線損顯著增加。

（4）只有三相阻抗平衡，才能保證低壓漏電總保護(hù)良好運行，防止人身觸電傷亡事故。

1.2 三相負(fù)荷不平衡度的相關(guān)規(guī)定及計算方法

根據(jù)《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定，三相負(fù)荷不平衡度須保持在15%及以下。

目前，三相負(fù)荷不平衡度計算方法有兩種，算法如下，本文采用第1種算法。

（1）（最大單相電流-最小單相電流）/三相平均電流；

（2）（最大單相電流-三相平均電流）/三相平均電流。

由于三相負(fù)荷不平衡度采集數(shù)據(jù)較多，這里只選取某1#臺區(qū)和2#臺區(qū)調(diào)節(jié)設(shè)備安裝前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

2 某1#臺區(qū)三相負(fù)荷不平衡度調(diào)節(jié)效果分析

2.1 調(diào)節(jié)原理

在某1#臺區(qū)安裝了基于三相負(fù)荷自動平衡智能臺區(qū)系統(tǒng)，包括具有采集、編程和無線通訊網(wǎng)功能的獨立式終端1臺，在低壓線分支點安裝了具有相間負(fù)荷轉(zhuǎn)換、電流、電壓保護(hù)，剩余電流動作保護(hù)，采集器和編程、無線通訊網(wǎng)功能的永磁式智能換相型斷路器8臺。QWZL-XT相調(diào)型智能保護(hù)器，負(fù)荷出線為單相220V，自動檢測電流并識別相序，當(dāng)三相負(fù)荷不平衡度達(dá)到設(shè)定的閥值，自動將某一相高電流的開關(guān)切換到電流負(fù)荷小的開關(guān)上，使每一相上的電流達(dá)到平衡。

2.2 調(diào)節(jié)效果分析

該臺區(qū)三相負(fù)荷平衡度調(diào)節(jié)前情況如表1。

從表1可以看出，調(diào)節(jié)前三相負(fù)荷不平衡度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的限值，且不平衡度的變化沒有規(guī)律，隨機(jī)性很強。因此，三相負(fù)荷不平衡度現(xiàn)象亟待治理。

該臺區(qū)三相負(fù)荷平衡度調(diào)節(jié)后情況如表2。

從表2可以看出，三相負(fù)荷不平衡度相比調(diào)節(jié)前大幅度下降，但因調(diào)節(jié)原理的限制，不能實現(xiàn)無極差平滑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的三相負(fù)荷不平衡度仍可達(dá)到30%左右，不能滿足《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的要求。

3 某2#臺區(qū)三相負(fù)荷不平衡度調(diào)節(jié)效果分析

3.1 調(diào)節(jié)原理

三相負(fù)荷不平衡設(shè)備HLXPBF-0.4-150/4是基于電力電子技術(shù)的整流和逆變輪換理論，對于電網(wǎng)中的輕負(fù)荷相，通過整流電路，把能量從電網(wǎng)注入設(shè)備；對于重負(fù)荷相，通過有源逆變技術(shù)，把電能從設(shè)備回饋電網(wǎng)。在整個平衡過程中，整流和逆變同步進(jìn)行。簡單講就是對于輕負(fù)荷相不平衡補償設(shè)備相當(dāng)于負(fù)載，對重負(fù)荷相不平衡補償設(shè)備相當(dāng)于電源。

3.2 調(diào)節(jié)效果分析

該臺區(qū)三相負(fù)荷平衡度調(diào)節(jié)前后情況如表3。

注1：.2015-03-13 13：30：00之前數(shù)據(jù)為調(diào)節(jié)前三相負(fù)荷不平衡度情況；

注2：2015-03-13 13：30：00—2015-03-13 15：45：00為臺區(qū)停電安裝設(shè)備時間；

從表3可以看出，三相負(fù)荷不平衡度相比調(diào)節(jié)前大幅度下降，三相負(fù)荷不平衡度控制在了3%左右，調(diào)節(jié)后的三相負(fù)荷不平衡度較好的滿足了《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的要求。

4 結(jié)語

（1）試點臺區(qū)在調(diào)節(jié)前均存在三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象，且產(chǎn)生時隨機(jī)性較大；兩個試點臺區(qū)調(diào)節(jié)前三相負(fù)荷不平衡度均嚴(yán)重超出了《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的限值，亟待治理。

（2）1#臺區(qū)和2#臺區(qū)安裝的三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)設(shè)備均能使三相負(fù)荷不平衡度大幅下降，但因工作原理的不同，1#臺區(qū)使用的QWZL-XT相調(diào)型智能漏電保護(hù)器調(diào)節(jié)后的三相負(fù)荷不平衡度離《架空配電線路及設(shè)備運行規(guī)定》第7.5.2條規(guī)定的15%及以下的要求仍有一定的差距，2#臺區(qū)使用的不平衡調(diào)節(jié)設(shè)備HLXPBF-0.4-150/4調(diào)節(jié)后的三相負(fù)荷不平衡度則很好的滿足了要求。

（3）這兩臺三相負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置的運行經(jīng)驗表明，每年可消除因人工停電換相所需的8個工作日的人工費和8小時左右的停電時間。減少了停電投訴風(fēng)險，提高了供電可靠率。同時也降低了屬于供電企業(yè)產(chǎn)權(quán)內(nèi)的低壓觸電傷亡和設(shè)備事故的發(fā)生機(jī)率。

（4）三相負(fù)荷基本平衡后，總保的剰余電流動作特性大大提高，縮小了保護(hù)盲區(qū)?？偅ㄒ唬?、中（二）級保護(hù)器的剩余電流動作保護(hù)功能全臺區(qū)復(fù)蓋，提高了穩(wěn)定供電的可靠性。

作者簡介：李品（1979—），男，河南周口人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)運行與控制。郎林（1988—），男，河南扶溝人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)運行與控制。曹勇敢（1985—），男，河南周口人，碩士，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)運行與控制、繼電保護(hù)。