變壓器的三相不平衡的原因分析及治理措施

高陽超

摘要：在實際應(yīng)用中，需根據(jù)各配電網(wǎng)的特點和重要性，經(jīng)過經(jīng)濟、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，三相不平衡的防控措施會越來越成熟，且隨著設(shè)備的大量應(yīng)用其成本也會越來越低。本文主要 對變壓器的三相不平衡的原因分析及治理措施進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；三相不平衡；原因；治理

中圖分類號：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）06-0318-01

引言

通過分析三相負(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，措施一具有測量設(shè)備操作簡單、投資低的優(yōu)點， 但需要專業(yè)人員進(jìn)行計算、優(yōu)化方案，且需停電進(jìn)行人工換相，安 全性相對較差；措施二具有自動進(jìn)行無功補償和調(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，有功電流轉(zhuǎn)移能力有限； 措施三可全容量自動調(diào)整三相不平衡負(fù)荷，且具有無功補償能力， 但其設(shè)備安裝復(fù)雜、投資大。

1 配電網(wǎng)三相不平衡運行

三相不平衡是由低壓配電網(wǎng)中的電流與電壓問題所引發(fā)的，它

還分為正常性不平衡與事故性不平衡，其中事故性不平衡也是當(dāng)前 縣級供電公司所重點關(guān)注并研究的。事故性不平衡會導(dǎo)致低壓配電 網(wǎng)一相短路或單相接地，嚴(yán)重影響電能輸出質(zhì)量，必須加以治理。

2 配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的成因及危害分析

2.1造成配電變壓器和線路損壞

當(dāng)三相不平衡時，若負(fù)載達(dá)到變壓器額定容量，負(fù)載最重一相

將超過該相額定容量，則變壓器將超負(fù)荷運行，造成變壓器溫度升 高、絕緣加速老化等，嚴(yán)重超負(fù)荷運行甚至?xí)龤ё儔浩?；三相?平衡時，中性線上將出現(xiàn)零序電流，一方面電流過大超出承載能力 會燒毀中性線，另一方面零序電流在變壓器低壓側(cè)會產(chǎn)生零序磁通，

該磁通無法耦合到高壓側(cè)，只有通過變壓器外殼、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，給安全運行帶來隱患。當(dāng)三相不平衡運行時，零線（中性 線）上將流過零序電流，正常設(shè)計零線線徑小于相線線徑。當(dāng)電流 過大時，零線會嚴(yán)重發(fā)熱，引起火災(zāi)甚至被燒斷，同時一些用電設(shè) 備電壓可能由相電壓變成線電壓，造成設(shè)備因過壓損壞。

2.2降低配電網(wǎng)容量利用率，增加線損

三相不平衡運行時，當(dāng)負(fù)載最重一相達(dá)到額定容量時，該變壓

器就屬于滿負(fù)荷運行，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。三相不平衡運行時，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，會使零線上損耗 增加，且損耗與零序電流平方成正比。

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

三相不平衡運行時，單相過載等不僅會造成變壓器過載、損壞， 還會造成線路開關(guān)跳閘、線路燒毀等；有些保護(hù)采用電壓、電流的 負(fù)序、零序分量作為啟動條件，而三相不平衡運行產(chǎn)生的負(fù)序、零 序分量可能會使該保護(hù)誤動作；另外，旋轉(zhuǎn)電機因負(fù)序、零序電壓 分量存在，不僅出力會減少，還會出現(xiàn)發(fā)熱、振動等現(xiàn)象；零序電 流會使零線上產(chǎn)生壓降，該電壓疊加至三相端電壓上，將造成三相 電壓不對稱，使中性點發(fā)生漂移，重載相電壓會降低更多，而輕載 相電壓會抬升，電壓升高不僅會造成配電線路及設(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、用電安全等問題，還會使用戶對供電部門服務(wù)不滿， 增加用戶投訴量。

3 配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的防控措施

3.1三相調(diào)平

三相調(diào)平是解決低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡較為有效的途徑之

一，在對三相進(jìn)行調(diào)平的過程中，存在一個難點問題，即如何以用 戶實際用電量對分相進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)三相之間用電量的相對一 致。在對算法進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要著重考慮的問題是如何根據(jù) 用電量對三相待調(diào)相的用戶用電接入數(shù)據(jù)進(jìn)行組合排序，并建立與 之相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，對用電量偏高和偏低的用戶進(jìn)行重組調(diào)相，從 而使調(diào)整后分相間用電量的均值到達(dá)總體用電平均值水平。

3.1.1 算法的設(shè)計

本文所提出的算法運用了排序分組的數(shù)學(xué)方法，對配電線路中 所有用戶的用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。按照數(shù)量對所有用戶的用電量數(shù) 據(jù)進(jìn)行定義，即 n 個，并從中任意取待分析的用戶用電元素，定義 為 m（m≤n），同時將用電元素排成一列，然后對待分析用戶電量的 排列數(shù)進(jìn)行確定，可用 A（n，m）表示，并按照用戶的用電量大小， 采用降序的方式進(jìn)行排列。根據(jù)排序結(jié)果，結(jié)合三相的口徑對它們 進(jìn)行分組，從 n 中任意取 m 個元素合并成一個組，m 的取值為 3， 調(diào)整之后的三相總用電量分別為 A 相 =A1+A2+A3+…AN；B 相

=B1+B2+B3+…BN；C 相 =C1+C2+C3+…CN。 3.1.2 數(shù)據(jù)模擬

在進(jìn)行三相調(diào)平前，三相不平衡度為 73.83%，通過算法分析， 并按照分析結(jié)果對三相進(jìn)行調(diào)整，可使不平衡度降低至 14.06%，基 本與設(shè)計初衷相符。由此可見，本文所提出的算法，可以實現(xiàn)三相 調(diào)平。

3.2 無功補償裝置

在配電網(wǎng)中，無功補償裝置最為突出的作用是能夠降低設(shè)備和

線路損耗，從而提升供電效率和質(zhì)量，通過對補償裝置的合理選擇， 可以使配電系統(tǒng)的損耗得到有效降低。同時，無功補償裝置可以使 負(fù)荷不平衡引起的系統(tǒng)不平衡問題得到緩解，尤其是能夠改善零序 電流，從而提高三項不平衡度，降低配變損耗。雖然這種方法可以 解決低壓配電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡問題，但是由于補償裝置的體積 較大，加之安裝與運維成本較高，所以該方法的經(jīng)濟性偏低，如果 想要大范圍推廣使用，除了要縮小補償裝置的體積之外，還應(yīng)當(dāng)采 取相應(yīng)的措施降低安裝和運維費用。

3.3 相序自動轉(zhuǎn)換器

可以通過若干個集表箱組成一個三相電源相序自動轉(zhuǎn)換器，其

具有如下功能：對低電壓和高電壓進(jìn)行保護(hù)；零線斷開保護(hù)；斷電 自動斷開；缺相、斷相保護(hù)；相序接反自動轉(zhuǎn)換等。

3.4 人工換相

通過人工對三相負(fù)荷不平衡進(jìn)行控制是較為傳統(tǒng)的方法，如果

配電臺區(qū)長期處于三相負(fù)荷不平衡的狀態(tài)，可以采用的人工換相的 方法進(jìn)行解決處理。從經(jīng)濟性的角度上講，這種方法主要依賴于人 工，相關(guān)費用較低，但在進(jìn)行換相前，需要對三相負(fù)荷不平衡的原 因進(jìn)行精密的數(shù)據(jù)分析，獲取用戶的負(fù)荷曲線，根據(jù)計算結(jié)果，確 定最佳的換相方案。同時，應(yīng)用該方法時，要求換相操作人員應(yīng)具 備過硬的專業(yè)技術(shù)和豐富的經(jīng)驗。

3.5 合理解決新增負(fù)荷

在對配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃的過程中，應(yīng)當(dāng)遵循“小多短”的原則，

即容量要小、布點要多、半徑要短，配變的位置應(yīng)當(dāng)盡可能靠近負(fù) 荷中心，并對供電區(qū)域進(jìn)行合理劃分；對于有條件的中等負(fù)荷區(qū)域， 應(yīng)增加四線制供電，這樣可以在出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡時，對符合進(jìn) 行調(diào)整；對配電臺區(qū)內(nèi)的負(fù)荷接線圖進(jìn)行完善，并做好臺區(qū)內(nèi)的理 論線損計算，并定期對線損的影響因素進(jìn)行分析，借此來減少配電 臺區(qū)改造的隨意性；對報裝接電的用戶，必須核實其負(fù)荷情況，在 不影響三相負(fù)荷平衡的前提下，再為其進(jìn)行接電，由此可以減少因 負(fù)荷接入導(dǎo)致的不平衡問題；配電臺區(qū)應(yīng)當(dāng)加大對新增用戶的監(jiān)控 力度，及時掌握臺區(qū)內(nèi)負(fù)荷水平的變化情況。

結(jié)束語

綜上所述，在低壓配電網(wǎng)中，三相負(fù)荷不平衡問題普遍存在，

為確保配網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，應(yīng)對三相負(fù)荷不平衡的原因進(jìn)行分析， 并采取合理可行的措施加以防范和控制，只有這樣，才能使低壓配 電網(wǎng)的運行更加安全、可靠。

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