淺談低壓配網(wǎng)三相不平衡治理硬件的現(xiàn)場應(yīng)用

王劍鋒 楊懷建 劉揚(yáng)

摘? 要：受“一帶一路”、“中國制造2025”、“民族復(fù)興夢”等方略推進(jìn)的助力，我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展城鎮(zhèn)化建設(shè)日新月異。電能作為生產(chǎn)生活的主要?jiǎng)恿υ?，?jīng)過幾輪全國范圍的配網(wǎng)改造，之前影響居民用電體驗(yàn)的低電壓，已經(jīng)不再是供電質(zhì)量的主要問題，而三相負(fù)荷不平衡引起的運(yùn)行安全和損耗問題，成為低壓配電網(wǎng)運(yùn)維的主要整治目標(biāo)。針對(duì)低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡治理問題，該文對(duì)現(xiàn)有治理硬件在海西現(xiàn)場的應(yīng)用情況做了概述，簡析其特點(diǎn)和適應(yīng)條件，以供其他使用者參考。

關(guān)鍵詞：配電設(shè)備;治理;不平衡

中圖分類號(hào)：TM506? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著社會(huì)進(jìn)步和人民生活水平的日益提高，對(duì)供電質(zhì)量的要求越來越高，但受現(xiàn)有電力技術(shù)水平和管理水平的限制，配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)卻跟不上居民負(fù)荷的增長變化。同時(shí)隨著生活水平的提高，大功率家用電器急劇增多，導(dǎo)致單相負(fù)荷不可控增長，造成的公變?nèi)嘭?fù)荷不平衡問題，已經(jīng)是困擾多數(shù)配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行人員的一大難題。

1 現(xiàn)有治理不平衡硬件方案

低壓配電網(wǎng)三相不平衡是配電臺(tái)區(qū)普遍存在的一種電能質(zhì)量問題。按照《配網(wǎng)運(yùn)維規(guī)程》規(guī)定，配電變壓器的不平衡度應(yīng)符合：Yyn0接線變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于15%，零線電流不大于變壓器額定電流的25%;Dyn11接線變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于25%，零線電流不高于變壓器額定電流的40%。

由于單相用戶負(fù)荷變化具有不可控和不同時(shí)性，通過規(guī)劃負(fù)荷、臨時(shí)人工調(diào)相等管理手段無法徹底解決三相不平衡問題。經(jīng)過實(shí)踐證明相對(duì)有效地治理三相不平衡的方法就是通過硬件手段進(jìn)行在線治理。目前，大量廠商推出了電能質(zhì)量治理的解決方案，治理產(chǎn)品也五花八門，較常見的有以下3類：換相開關(guān)型、電容器型、電力電子型。

2 硬件治理方案的應(yīng)用

2018年，海西供電公司執(zhí)行關(guān)于城鄉(xiāng)接合部臺(tái)區(qū)末端電壓質(zhì)量問題的科研項(xiàng)目，該項(xiàng)目在治理三相不平衡問題時(shí)，嘗試應(yīng)用了以上3種手段，將其兩相結(jié)合應(yīng)用在同一試點(diǎn)臺(tái)區(qū)2條分支上。

2.1 換相開關(guān)型

在該次應(yīng)用中，在末端單相用戶的下戶線前端串入了調(diào)節(jié)柜，調(diào)節(jié)柜采用三相四線引流線從主線路獲取電源，三相四線電源先輸入換相開關(guān)，開關(guān)輸出側(cè)向用戶供電，換相開關(guān)由線路分支處的智能控制器遠(yuǎn)控。

換相開關(guān)型三相不平衡治理硬件工作原理是根據(jù)所選監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷情況，篩選目前相位在重載相上當(dāng)前負(fù)載合適的換相裝置，將裝置負(fù)載側(cè)的單相負(fù)荷在不停電的情況下切換到輕載相。目前市面上的換相開關(guān)能做到帶225 A以上負(fù)載切換相位，動(dòng)作時(shí)間控制在8 ms左右，能保證對(duì)供電不敏感的用戶設(shè)備運(yùn)行不中斷;開關(guān)日常運(yùn)行只有測量、通信功能耗電，損耗比較小基本不會(huì)增加線損。此方案從負(fù)荷側(cè)進(jìn)行治理，類同于人工調(diào)節(jié)引流線，但是比人工調(diào)節(jié)具有自動(dòng)化和實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢。

換相開關(guān)安裝條件是必須安裝在三相四線制線路與單相兩線用戶的切換點(diǎn)處，一般位于電網(wǎng)末端，使換相開關(guān)有三相四線電源，以具備切換的硬性條件;安裝時(shí)設(shè)備須串入現(xiàn)有電網(wǎng)，增加施工工作量和施工難度，增加了系統(tǒng)故障點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定系數(shù)有一定影響;不適合負(fù)荷側(cè)有對(duì)電能質(zhì)量要求高的精密儀器;僅適用于單相負(fù)載較多的臺(tái)區(qū)，三相用戶引起的負(fù)荷不平衡無法調(diào)節(jié);換相開關(guān)的監(jiān)測點(diǎn)選擇比較重要，設(shè)備壽命受策略影響較大，策略合理性比較重要;開關(guān)安裝位置、所帶用戶、開關(guān)數(shù)量需要進(jìn)行勘察和技術(shù)論證，需綜合投資收益比;開關(guān)與控制器遠(yuǎn)程通信，其通信的穩(wěn)定性對(duì)調(diào)節(jié)效果有一定影響，換相開關(guān)的調(diào)節(jié)是粗放調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)有功和無功負(fù)荷進(jìn)行相位切換，對(duì)低壓補(bǔ)償設(shè)備有不小的影響，兩者需有機(jī)配合。

2.2 電容器型

在該次應(yīng)用過程中，還嘗試電容器型治理三相不平衡的方法。

電容器型三相不平衡治理的硬件是利用Wangs定理，通過在低壓配電網(wǎng)線路相間跨接電力電容器的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償和有功轉(zhuǎn)移。

電容器型治理方案主要通過相間電容器實(shí)現(xiàn)，成本較低，施工難度小，即使電容器損壞也不影響配電網(wǎng)正常運(yùn)行;此方法在治理三相不平衡的同時(shí)還可以補(bǔ)償無功;無論是單相用戶還是三相用戶引起的不平衡都可以治理。

電容器型調(diào)節(jié)設(shè)備因其有補(bǔ)償特性，非常容易造成過補(bǔ)償;電容器只能整退整投，實(shí)際轉(zhuǎn)移電流只有額定的1/3左右，想提高轉(zhuǎn)移電流，會(huì)使設(shè)備體積成倍增加;設(shè)備運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生諧波放大的隱患;安裝位置對(duì)其效果影響大，相對(duì)適合于變壓器低壓側(cè)或分支節(jié)點(diǎn)位置。電容器型治理方法僅將安裝點(diǎn)的負(fù)荷電流調(diào)節(jié)趨近于平衡，并未對(duì)末端實(shí)際負(fù)荷情況做調(diào)節(jié)，對(duì)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)后側(cè)線路安全穩(wěn)定無任何影響，僅適合做補(bǔ)充手段。

2.3 電力電子型

電力電子型調(diào)節(jié)設(shè)備通過外接電流互感器（CT）實(shí)時(shí)監(jiān)測線路電流，并將電流信息發(fā)送給內(nèi)部控制器進(jìn)行處理分析，計(jì)算出達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各相所需轉(zhuǎn)換的電流值，然后將信號(hào)發(fā)送給內(nèi)部IGBT并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作，通過吸收-儲(chǔ)能-轉(zhuǎn)移的方式，最后達(dá)到節(jié)點(diǎn)三相平衡狀態(tài)。

電力電子型三相不平衡治理設(shè)備具備精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢，即根據(jù)設(shè)定閾值計(jì)算出需要轉(zhuǎn)移多少，就轉(zhuǎn)移多少電流;此類設(shè)備的安裝是并入現(xiàn)有線路，施工難度小;具有一定的消除諧波作用;裝置具備線性無功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，功率因數(shù)能達(dá)到0.999;既可以發(fā)出感性電流也可以發(fā)出容性電流，通過雙向無功補(bǔ)償，避免線路上無功流動(dòng);一套設(shè)備實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)負(fù)荷平衡、調(diào)節(jié)無功、消除諧波的作用，調(diào)節(jié)過程不會(huì)出現(xiàn)振蕩。

電力電子型補(bǔ)償設(shè)備造價(jià)比較高，投資收益比相對(duì)較低;設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，且隨不平衡度的上升而提高;設(shè)備多數(shù)比較重，對(duì)安裝環(huán)境有一定的要求。

3 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過半年的實(shí)際監(jiān)測運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，試點(diǎn)臺(tái)區(qū)的低壓側(cè)三相不平衡率由原來的月平均39.6%降到17.2%;綜合線損率略有降低，由原來的5.22%變?yōu)?.91%，;兩路分支節(jié)點(diǎn)功率因數(shù)月平均分別為0.992和0.998;變壓器低壓側(cè)零序電流趨近于相線額定電流的1%;電容器調(diào)節(jié)和換相開關(guān)調(diào)節(jié)配合的分支設(shè)備動(dòng)作次數(shù)相對(duì)較多，且有過補(bǔ)償情況發(fā)生;電力電子型設(shè)備的運(yùn)行有一定的損耗，在一定程度上增加了分支線損。由以上運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，3種硬件治理不平衡的手段各自有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的用電需求客戶，兩兩結(jié)合比單獨(dú)使用一種投資回報(bào)率高。

臺(tái)區(qū)三相不平衡的治理并不是一蹴而就的事情，單純依賴硬件手段也是不現(xiàn)實(shí)的。這就需要運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性分析。綜合城市區(qū)域規(guī)劃、投入資金、施工難度、負(fù)載用戶類型，來選擇組合類型，通過低壓配電網(wǎng)的合理規(guī)劃改造、詳細(xì)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估分配，規(guī)范線路施工、改用單相變供電、定期進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測和調(diào)整等辦法，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)論證，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行治理。該文僅對(duì)在海西地區(qū)該次科技項(xiàng)目應(yīng)用的情況進(jìn)行總結(jié)，因技術(shù)和監(jiān)測手段原因造成的錯(cuò)漏之處，也歡迎閱者指正。

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