小電流平衡裝置在不平衡電流治理中的應(yīng)用

鄧雪梅，王碩猛

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，山東 菏澤 274200）

小電流平衡裝置的應(yīng)用，主要以智能斷路器形式為主，并按照管理平臺(tái)的具體指令，對(duì)電源間的單項(xiàng)負(fù)荷進(jìn)行全面調(diào)整。在智能管理器檢測(cè)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)三相電流的不平衡程度超出了預(yù)期值，相關(guān)設(shè)備便會(huì)根據(jù)電網(wǎng)中的各個(gè)支路電流大小，對(duì)各路負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)整，并將負(fù)荷較大的部分轉(zhuǎn)移到負(fù)荷較小區(qū)域之中，促使三相負(fù)荷平衡始終處于最佳狀態(tài)。

1 小電流平衡裝置的接地保護(hù)

1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

在小電流平衡裝置作用發(fā)揮過程中，主要以單相接地為主，但在此過程中，很容易出現(xiàn)臨時(shí)性故障，對(duì)地電壓迅速降低情況，同時(shí)使得其他兩相的電壓升高。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)不平衡電流的有效治理，即使系統(tǒng)相電壓出現(xiàn)不對(duì)稱情況，線電壓也應(yīng)該保持對(duì)稱，這主要與負(fù)序電壓情況直接相關(guān)。但如果故障電壓過高，電網(wǎng)中的絕緣裝置便會(huì)受到嚴(yán)重影響，一些薄弱部分還會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，從而引起短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外，在電壓互感器的作用下，鐵芯出現(xiàn)了嚴(yán)重的飽和狀態(tài)，此種情況下，電壓互感器很容易被損毀。因此，在小電流平衡裝置的作用下，單相接地可以讓系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，但不能進(jìn)行長(zhǎng)期對(duì)外供電。

1.2 系統(tǒng)接地監(jiān)視裝置的工作原理

在系統(tǒng)接地監(jiān)視裝置的回路設(shè)計(jì)過程中，存在很強(qiáng)的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電壓互感器中的三角繞組之中并沒有出現(xiàn)電壓，即使存在電壓不對(duì)稱現(xiàn)象，影響程度也可以忽略不計(jì)，更不能將電壓繼電器啟動(dòng)，各個(gè)電壓表的示數(shù)顯示也處于正常狀態(tài)。當(dāng)小電流平衡裝置中的一相出現(xiàn)接地時(shí)，其中一個(gè)電壓表的示數(shù)會(huì)變?yōu)?，其他兩個(gè)電壓表的示數(shù)顯示依然正常。當(dāng)電壓互感器的三角繞組電壓達(dá)到100V時(shí)，繼電器將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)A相與高電弧組分相接時(shí)，各個(gè)電壓表示數(shù)將會(huì)出現(xiàn)較大變化，此時(shí)的接地電壓會(huì)出現(xiàn)降低，非接地電壓也會(huì)出現(xiàn)升高趨勢(shì)。另外，電壓互感器在三角繞組可能會(huì)存在低電壓情況，當(dāng)這一電壓逐漸升高到繼電器啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作才會(huì)被激發(fā)。

2 不平衡電流的危害

2.1 對(duì)系統(tǒng)銅損的影響

站在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)角度來說，系統(tǒng)銅損與電流平方呈現(xiàn)出正比關(guān)系。實(shí)驗(yàn)研究證明，如果將零線的耗損程度忽略，在三相電流達(dá)到平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的銅損便會(huì)出現(xiàn)最小值。例如，假設(shè)某系統(tǒng)中的三相線路和變壓器繞組中的總電阻數(shù)值為R，如果能夠?qū)⑷嚯娏鞅３衷谄胶鉅顟B(tài)下，即IA、IB、IC三者電流均為100A，則總銅損（W）的計(jì)算方式如下：

如果三相電流始終保持在不平衡狀態(tài)，IA=50A，IB=100A，IC=150A，根據(jù)上述公式，總銅損的示數(shù)為35000R，相比之下，銅損出現(xiàn)了較大范圍的增加。如果不平衡狀態(tài)嚴(yán)重，即IA=0A，IB和IC均為150A，此時(shí)的銅損便會(huì)變成45000R，銅損消耗量是正常情況下的三倍。

2.2 對(duì)變壓器鐵損的影響

在現(xiàn)有的低壓配電變壓器使用過程中，最為常用的使用類型為10/0.4kV，并以三相三柱鐵芯接線為主，提升變壓器的防護(hù)效果。在傳統(tǒng)變壓器使用和推廣過程中，主要包括以下幾方面優(yōu)勢(shì)：首先，由于高壓繞組的接線形式出現(xiàn)了很大變化，將D接法變成了Y接法，在降低相電壓的同時(shí)，可以對(duì)絕緣材料進(jìn)行有效節(jié)約。由于絕緣材料的使用量出現(xiàn)了大幅度降低，避免高壓導(dǎo)線重量較大的現(xiàn)象出現(xiàn)。其次，由于Y接繞組的分接頭可以安放在中性點(diǎn)側(cè)，這樣，三相分接頭之中的工作電壓可以降至最低，避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。但在該種類型變壓器使用過程中，一旦出現(xiàn)二次側(cè)負(fù)荷不平衡問題，便會(huì)產(chǎn)生一定的零線電流，該種電流也被稱之為零序電流，如果零序電流無法在系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)流通。便會(huì)引起不平衡狀態(tài)。從鐵芯角度來說，很容易受到零序激磁阻抗的控制，在此過程中，由于電壓對(duì)稱性受到嚴(yán)重影響，中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大程度的偏移。通過計(jì)算可知，當(dāng)零序電流為額定數(shù)值的25%時(shí)，很容易引發(fā)三相電壓出現(xiàn)不平衡狀態(tài)。

2.3 對(duì)供電質(zhì)量的影響

由于電流不平衡狀態(tài)的出現(xiàn)，整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量將會(huì)受到嚴(yán)重影響。另外，Yyn0結(jié)線中的變壓器零序阻抗很大，很容易引起電壓的大規(guī)模變化，最終引起三相電壓不平衡狀態(tài)的產(chǎn)生，不但可以對(duì)單相用戶產(chǎn)生巨大影響，還會(huì)產(chǎn)生用電不穩(wěn)定等情況。按照常理來說，可以將三相不平衡電流分解，以正序、負(fù)序和零序三方面對(duì)其進(jìn)行深入分析，這三者均會(huì)對(duì)測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生不同程度的影響。盡管對(duì)高壓側(cè)的影響并不是十分明顯，零序電流傳遞也不會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)傳遞之中，但負(fù)序電流可以對(duì)整個(gè)過程產(chǎn)生阻礙，不利于后續(xù)計(jì)量工作的開展。

3 小電流平衡裝置在不平衡電流治理中的具體應(yīng)用形式

3.1 智能管理器及管理平臺(tái)

在三相電流平衡裝置設(shè)計(jì)過程中，其智能管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)形式主要以模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，并對(duì)帶負(fù)荷熱的插拔工作提供有效支持。為了給不平衡電流治理工作提供方便，研究人員還將32位的ARM9處理器和嵌入式技術(shù)應(yīng)用其中，在提升采樣芯片精度的同時(shí)，提升智能管理器及管理平臺(tái)的電能計(jì)算能力。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)情況較大時(shí)，諧波含量也會(huì)有所上升，但由于小電流平衡裝置的存在，可以確保采樣及運(yùn)算精度不會(huì)受到任何影響，并對(duì)Web管理方式進(jìn)行充分利用，將終端服務(wù)器功能全部發(fā)揮出來。智能管理器及管理平臺(tái)功能如下：第一，對(duì)小電流的不平衡度進(jìn)行調(diào)整。第二，對(duì)供電可靠率、低壓線損率、電壓合格率進(jìn)行全面監(jiān)視。第三，對(duì)用戶信息采集進(jìn)行有效管理。第四，確保變壓器運(yùn)行具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。第五，對(duì)電網(wǎng)之中的諧波含量進(jìn)行充分檢測(cè)。第六，對(duì)電網(wǎng)周圍的環(huán)境、溫度等因素進(jìn)行全面監(jiān)控，避免周圍環(huán)境受到嚴(yán)重影響。通過這些功能的相互作用，不平衡電流便會(huì)得到有效治理。

3.2 智能斷路器

在智能斷路器使用過程中，主要以QWZL型相間負(fù)荷調(diào)節(jié)功能的發(fā)揮為主，將其基本功能有效發(fā)揮出來。在開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，主要由三組獨(dú)立的智能控制模塊組成，電壓的輸入標(biāo)準(zhǔn)為380V，單相負(fù)荷輸出也應(yīng)該保持在220V左右。另外，在智能斷路器使用過程中，主要由CPU主控模塊和智能管理器為主，最終實(shí)現(xiàn)電源各個(gè)相序類型的有效識(shí)別。尤其是在負(fù)荷電流檢測(cè)過程中，需要在通信功能上加入雙向渠道，在接受智能管理器主站指令的同時(shí)，還能對(duì)負(fù)荷相序進(jìn)行充分調(diào)整。如果在斷路器使用過程中出現(xiàn)較大電流時(shí)，電壓的整體工作特性便會(huì)得到有效切換，延長(zhǎng)其使用壽命，電網(wǎng)中的不平衡電流便會(huì)得到有效治理。整體來看，智能斷路器的功能參數(shù)如下：第一，對(duì)額定負(fù)荷電流進(jìn)行全面調(diào)節(jié)，從而對(duì)電子式過載及缺相保護(hù)等提升力度。第二，在剩余電流動(dòng)作保護(hù)類型中，常用AC形式，在動(dòng)作延遲上不會(huì)超過0.15s，動(dòng)作電流的調(diào)整范圍也較大，在30到500mA之間。第三，在單相電流變化過程中，主要涉及到30、50、75三個(gè)檔次，實(shí)現(xiàn)保護(hù)工作靈活性的有效提升。第四，為了提升使用效果，在智能斷路器中安裝新的通信接口，便可以對(duì)1到32個(gè)智能電表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集。

3.3 電流平衡裝置的電流治理

由于三相平衡裝置的加入，可以為電流的平衡分配提供有利條件。在此過程中，最為常用的三相平衡裝置為自動(dòng)化控制裝置，其工作原理主要是將三相電網(wǎng)中的不平衡電流進(jìn)行有效轉(zhuǎn)移，避免單一相中的電流持續(xù)增加，促使三相電流始終處于平衡狀態(tài)。值得注意的是，在該類小電流平衡裝置應(yīng)用過程中，電流治理工作需要從以下兩個(gè)角度著手：首先是對(duì)三相電流不平衡問題進(jìn)行調(diào)節(jié)；其次是功率補(bǔ)償因數(shù)的確定。在二者相互作用之下，可以對(duì)補(bǔ)償所需要的無功功率大小進(jìn)行確定。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，負(fù)荷會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的變化而變化，站在這種屬性角度來說，補(bǔ)償量的確定也需要根據(jù)負(fù)荷變化情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)整。

3.4 三相負(fù)荷的有效分配

在具體的三相負(fù)荷分配問題上，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)用電負(fù)荷的全面性預(yù)測(cè)。整體來看，在小電流平衡裝置的不平衡電流處理過程中，三相負(fù)荷的有效分配具有重要意義，促使小電流平衡裝置的覆蓋范圍更加廣泛。為了提升分配效果，企業(yè)可以對(duì)客戶接電中的相位進(jìn)行有效調(diào)整，在確保支線負(fù)荷平衡的同時(shí)，為主線路中的負(fù)荷平衡提供基礎(chǔ)。還可以通過開關(guān)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)支線路進(jìn)行全面平衡，最終確保電網(wǎng)中的不平衡電流得到消除。

4 結(jié)語

綜上所述，在小電流平衡裝置使用過程中，主要實(shí)現(xiàn)了人工處理形式向智能調(diào)控形式轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)相間負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整。另外，按照低壓電網(wǎng)配變新模式，監(jiān)控指令可以直接對(duì)用戶電源端的負(fù)荷進(jìn)行全面調(diào)整，促使三相負(fù)荷始終處于平衡狀態(tài)，從根本角度入手，將電網(wǎng)中的小電流問題進(jìn)行治理，促使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行保持一定的穩(wěn)定性。