淺談配電變壓器三相負(fù)荷不平衡治理

摘 要：由于目前我國大部分的低壓配電系統(tǒng)選擇的接線方式都是三相四線制的，這樣容易造成單相負(fù)載不均衡問題的，進而使得變壓器輸出側(cè)處在三相不平衡的狀態(tài)下。當(dāng)配電變壓器長期處于三相不平衡的運行狀態(tài)，會造成變壓器損耗、電動機有功輸出降低，加大了配電線路損耗、降低了變壓器的輸出、損壞客戶用電設(shè)備等現(xiàn)象?；诖?，本文就對配電變壓器三相負(fù)荷不平衡治理展開分析。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；三相負(fù)荷；不平衡治理

中圖分類號：TM421 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0116-02

1 配電變壓器三相不平衡電流的危害和原因分析

1.1 配變?nèi)嗖黄胶怆娏髟斐傻奈：?/p>

1.1.1 降低配電變壓器負(fù)載能力

配電變壓器繞組結(jié)構(gòu)是按對稱運行情況設(shè)計的，其每組繞組結(jié)構(gòu)性能基本一樣，各相容量相等，故變壓器的允許最大出力只能按三相負(fù)荷中最大一相為限，當(dāng)三相不平衡時，變壓器的最大輸出容量將大幅降低，其過載能力也相應(yīng)降低，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)配變單相過載損壞。

1.1.2 引發(fā)電壓質(zhì)量不合格問題

配電變壓器運行過程中的三相不平衡現(xiàn)象會引起中性點電壓位移，造成負(fù)載輕的一相電壓偏高，而負(fù)載重的一相電壓偏低，且在低電壓越嚴(yán)重的節(jié)點，受負(fù)荷不平衡電流的影響越大。

1.1.3 危及變壓器的安全和壽命

一方面零序電流在配電變壓器中引起的渦流損耗，將使變壓器運行溫度升高，會進一步加快絕緣材料的熱老化，縮短配電變壓器的運行壽命。另一方面，由于變壓器內(nèi)部中性點連接導(dǎo)體是以低壓側(cè)三相額定電流的25%設(shè)計的，當(dāng)變壓器負(fù)荷三相極不平衡時，中性點連接導(dǎo)體流過電流遠大于其額定電流，將會導(dǎo)致中性點連接導(dǎo)體發(fā)熱燒斷而引發(fā)事故。

1.1.4 增加配電變壓器損耗

配電變壓器在運行過程中會產(chǎn)生功率損耗，包括鐵損和銅損。一方面當(dāng)配電變壓器在三相負(fù)荷不平衡狀況下運行時，低壓側(cè)會產(chǎn)生無法被抵消的零序電流，并在油箱壁及其它鋼鐵構(gòu)件中通過，產(chǎn)生額外的鐵損。另一方面，由于負(fù)載損耗與變壓器的負(fù)載電流的二次方成正比關(guān)系，在三相不平衡的狀態(tài)下，且隨著不平衡度的增大，負(fù)載損耗會更大。

1.1.5 增加低壓線損

電流流過導(dǎo)線時，必然將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過導(dǎo)線的電流平方成正比。低壓電網(wǎng)普遍采用三相四線制供電，配電變壓器三相負(fù)荷不平衡時，中性線即有電流通過，這樣不但在相線上有損耗，中性線也會產(chǎn)生損耗，增加了電網(wǎng)線路的損耗。

1.2 造成配變?nèi)嗖黄胶怆娏鞯脑?/p>

（1）用戶接入管理不科學(xué)。營銷裝表接線普遍存在接入隨意，對于低壓三相上的用戶分配未制定科學(xué)合理的分配方案，隨意性較大，長期以往，造成負(fù)荷分布的不均衡。

（2）單相用電設(shè)備的影響。單相用電線路中大多為家庭用戶，此類用戶中的照明電器和動力設(shè)備或者照明、動力混合設(shè)備占用電設(shè)備的大多數(shù)，而這些用電設(shè)備的負(fù)荷同時率一般較低，而且不同時段的用電存在很大差異，容易使變壓器三相負(fù)荷失衡，加大治理難度。

（3）臨時用電及季節(jié)性用電影響。臨時用電和季節(jié)性用電都有一定的時間性，尤其是生產(chǎn)時節(jié)，農(nóng)村地區(qū)的單相水泵應(yīng)用極為廣泛，此類單相設(shè)備不僅位置分散，而且用電時長和時段都難以把握，易引起配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡。

（4）治理上存在薄弱環(huán)節(jié)。長期以來，各運維單位對配變的三相負(fù)荷不平衡問題都未引起足夠的重視，治理措施缺乏目的性和針對性。

2 配電變壓器三相負(fù)荷不平衡治理措施研究

2.1 治理管理措施

（1）規(guī)劃設(shè)計方面。加強新建配變臺區(qū)負(fù)荷相序分配管理，在規(guī)劃設(shè)計階段，應(yīng)嚴(yán)格審查用戶申報資料，尤其是負(fù)荷大小和負(fù)荷性質(zhì)，預(yù)測負(fù)荷增長趨勢，做好用戶數(shù)量、負(fù)荷大小、負(fù)荷性質(zhì)、班次安排等統(tǒng)計分析工作，確定配變臺區(qū)的布局位置和出線方向。

（2）接入施工方面。嚴(yán)格按照既定的負(fù)荷相序分配規(guī)劃執(zhí)行，嚴(yán)禁隨意裝接用戶；施工完成后，盡快完成配變臺區(qū)一次接線圖、400V線路圖和地理信息圖等資料的收集和歸檔，為后期用戶接入做好數(shù)據(jù)支撐。

（3）運行維護方面。應(yīng)加強配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡監(jiān)測和調(diào)整工作，針對運行中三相不平衡超標(biāo)的配變，應(yīng)記錄在案，并做好負(fù)荷調(diào)整預(yù)案，尤其是負(fù)荷高峰期，對負(fù)載率超過50%的三相不平衡配變應(yīng)縮短監(jiān)測周期，避免配變單相過載損壞。

2.2 治理技術(shù)措施

2.2.1 裝置的調(diào)節(jié)原理

對于任何的三相不平衡負(fù)荷，通過適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)無功補償都可以使三相系統(tǒng)的線電流成為三相完全對稱的純有功電流。

2.2.2 裝置的技術(shù)特點

（1）快速無功補償：可以快速連續(xù)吸收或者釋放無功功率，無功補償后功率因素可達到0.99級補償效果。

（2）調(diào)節(jié)三相不平衡電流：可以轉(zhuǎn)移三相有功功率，使三相有功電流平均分配平衡，調(diào)節(jié)后三相不平衡度小于10%。

2.2.3 裝置的創(chuàng)新點

（1）裝置采用模塊化設(shè)計，各主部件之間保持了高度獨立性，任一模塊故障均不會影響其他模塊的性能，并可實現(xiàn)靈活替換，裝置整體防護等級達到IP44。

（2）裝置在實現(xiàn)三相不平衡調(diào)整和動態(tài)無功補償功能的基礎(chǔ)上，增加了電壓跌落補償、諧波抑制和抗系統(tǒng)諧振功能，有效解決了無源LC設(shè)備限制補償效果的難題。并可根據(jù)臺區(qū)所帶負(fù)荷的特性，實現(xiàn)三相不平衡調(diào)整和無功補償功能的優(yōu)先智能排序。

（3）項目設(shè)計了可靠的限流控制單元，當(dāng)系統(tǒng)中的待補償電流大于裝置容量時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動限流，并可將零線電流有效抑制在6A以內(nèi)，可有效避免設(shè)備過載燒毀等故障，提升了裝置安全性能。

3 典型試點及應(yīng)用效果分析

3.1 典型試點應(yīng)用

為進一步驗證裝置在調(diào)節(jié)三相不平衡電流時的無功補償效果，選取了赫山區(qū)珠波塘一字墻臺區(qū)進行試點應(yīng)用，原臺區(qū)三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，對居民及商鋪用電造成了嚴(yán)重影響，變壓器造成了很大的安全隱患，變壓器及線路損耗嚴(yán)重超標(biāo)。該變壓器為S11-100/10型配變，經(jīng)運維單位多次對該配變低壓線路進行負(fù)載重新調(diào)整依舊解決不了根本問題。通過在該配變加裝一臺智能三相不平衡優(yōu)化裝置。通過電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺觀察設(shè)備安裝前后的數(shù)據(jù)對比效果非常明顯。

安裝智能三相不平衡優(yōu)化裝置后，臺區(qū)最大不平衡度由99%下降至7%，中性點電流開機前47.39A開機后1.61A。由此可見在設(shè)備投入后該配變最大不平衡、中性點電流、三相電流得到了完美的改善。既提高了居民用電質(zhì)量，又降低了變壓器及線路的損耗及變壓器壽命等方面。

3.2 成效分析

從節(jié)支電費和臺區(qū)改造費用兩方面，分析SVG智能調(diào)控裝置的經(jīng)濟性。

（1）以S11-315/10型號配變?yōu)槔?，假設(shè)臺區(qū)一年中有1/3時間為三相不平衡度50%運行狀態(tài)，則全年因三相不平衡引起的額外損耗電量為7436kWh。按每千瓦時電價0.615元計算，項目設(shè)計的自動調(diào)節(jié)裝置每年可節(jié)省電費為4573元。按臺區(qū)全過程設(shè)計壽命30年計算，可累計節(jié)省電費20萬元。

（2）從節(jié)省臺區(qū)改造投資成本角度計算，每個315kVA臺區(qū)增容改造成本為10萬元左右計算（本項目裝置成本在2萬元左右），可節(jié)省臺區(qū)改造成本8萬元。

4 結(jié) 語

綜上所述，配變SVG智能調(diào)控裝置，可以有效的解決配電變壓器不平衡運行問題，實現(xiàn)了臺區(qū)動態(tài)無功補償和負(fù)荷不平衡調(diào)整功能，有效解決了配變單相重過載、低電壓、甚至設(shè)備損壞等系列問題，并具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具有一定的工程推廣價值。

參考文獻

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收稿日期：2018-8-14

作者簡介：何 旭（1982-），男，本科，湖南益陽人，電力工程師，主要從事電力工程方面工作。