低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響及治理對策

歐陽乾贊

廣東光達(dá)電氣股份有限公司，廣東 佛山 528329

0 引言

電能質(zhì)量和線路損耗作為用戶及供電部門所共同關(guān)注的問題，對供（用）電效率具有一定的影響。低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行不僅會加大線路損耗，同時會降低電能質(zhì)量[1]。三相不平衡的發(fā)生情況分為正常性和事故性不平衡兩類，其中正常性不平衡主要由單相用戶用電的不均衡所導(dǎo)致；而事故性不平衡發(fā)生的原因則主要在于單相斷路或單相接地。如何有效解決這些問題，是電網(wǎng)工作人員面臨的重要任務(wù)。

1 低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響

1.1 電能質(zhì)量

在低壓配電網(wǎng)處于工作狀態(tài)時，一些客觀原因使得變壓器發(fā)生三相不平衡運(yùn)動，這時變壓器的工作將對電能質(zhì)量構(gòu)成顯著影響，并給用戶的生產(chǎn)與生活帶來不便。當(dāng)變壓器的三相負(fù)載呈現(xiàn)不對稱狀態(tài)時，由于中心點電壓發(fā)生了較大變化，出現(xiàn)了偏移問題，導(dǎo)致系統(tǒng)正常運(yùn)行時，電壓達(dá)不到對稱標(biāo)準(zhǔn)，從而對電能質(zhì)量造成影響。當(dāng)?shù)蛪号潆娋W(wǎng)發(fā)生三相不平衡運(yùn)動時，相應(yīng)的三相負(fù)載會以不對稱的方式運(yùn)行，使得產(chǎn)生的電流往往與設(shè)計預(yù)期不吻合，這一問題主要發(fā)生在變壓器二次運(yùn)行時。此時，由于中性線工作方式的變動，導(dǎo)致零序電流的出現(xiàn)，從而出現(xiàn)相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，使變壓器二次側(cè)的變壓呈現(xiàn)不對稱狀態(tài)，相應(yīng)地中性點也將偏離既定位置。

1.2 線路損耗

低壓配電網(wǎng)三相不平衡情況的發(fā)生，導(dǎo)致變壓器的損耗率顯著增大，相應(yīng)的接線方式下，電流也與設(shè)計方案明顯不符。采用特定接線方式的配電變壓器以三鐵心結(jié)構(gòu)為主體，第一、第二側(cè)電流具有不同的狀態(tài)，前者并不存在無序電流，而后者以零序電流為主體，這使得三相不對稱的運(yùn)行狀態(tài)下，二次側(cè)的電流均為勵磁電流，相對應(yīng)的磁通率也會明顯變大，而流經(jīng)鐵心的零序磁通，則并不能達(dá)到閉合效果。處于這樣的工作狀態(tài)時，低壓配電網(wǎng)的各類附件由于勵磁電流的產(chǎn)生，而發(fā)生大量熱量，使變壓器的損耗較大。另外，低壓電網(wǎng)處于三相不平衡狀態(tài)時，輸電線路的損耗也會增加。線路電阻產(chǎn)生的損耗主要呈現(xiàn)為有功損耗，而低壓電網(wǎng)處于三相平衡運(yùn)動狀態(tài)時，三相電流模值的大小，對整體輸電線路損耗量造成直接影響[2]。

2 低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的治理對策

2.1 加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的全程管理

在低壓配電系統(tǒng)正常工作時，輸電線路運(yùn)行能力可以由線損率的計算進(jìn)行有效評估。但是，當(dāng)配電網(wǎng)路處于三相不平衡的運(yùn)行狀態(tài)中，在增加線路損耗的同時，會降低電能質(zhì)量，進(jìn)而對整個供電系統(tǒng)的運(yùn)行安全造成影響。為了解決這一問題，需要電力企業(yè)工作人員強(qiáng)化對低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的全程管理能力，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

為此，應(yīng)加強(qiáng)配電設(shè)備的日常維護(hù)工作，從而保障設(shè)備的運(yùn)行能力。當(dāng)下電力企業(yè)普遍在低壓配電網(wǎng)中安裝了質(zhì)量合格的配電檢測器，提高了配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在未安裝檢測儀的區(qū)域，為了確保配電網(wǎng)絡(luò)能夠安全運(yùn)行，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)完善對關(guān)鍵配電設(shè)備的日常維護(hù)工作，以有效的技術(shù)手段，對負(fù)荷電流現(xiàn)場展開合理的測量工作，從而更好保證三相負(fù)載的平衡。在常常發(fā)生負(fù)荷不平衡的區(qū)域，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)合理調(diào)整輸電線路，同時綜合評估有關(guān)設(shè)備的安全性能，以便實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行能力的逐步提高。

此外，工作人員應(yīng)以低壓配電網(wǎng)的實際概況為依托，綜合選取最佳的中性線界面。在選擇偏小的中性線界面時，會對低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行能力造成一定影響。為了實現(xiàn)輸電線路安全性能的有效增強(qiáng)，避免系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)生中性線燒毀有關(guān)現(xiàn)象，實現(xiàn)線路損耗的有效降低，可在中性線上合理安裝進(jìn)行一定數(shù)量的熔斷器[3]。全面加強(qiáng)配電設(shè)備的日常維護(hù)提高設(shè)備的運(yùn)行能力，在盡量避免低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行影響的過程中對于整個線路運(yùn)行而言，尤其是對于配電設(shè)備的運(yùn)行應(yīng)該全加強(qiáng)設(shè)備的管理和維護(hù)，使其能夠正常發(fā)揮作用。同時，在設(shè)備運(yùn)行過程中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)參數(shù)設(shè)置和顯示情況進(jìn)行針對性的檢查和維護(hù)，全面應(yīng)用先進(jìn)的配電檢測儀進(jìn)行系統(tǒng)檢測。在檢測的過程中應(yīng)重點關(guān)注負(fù)載過大的線路。

2.2 采取針對性的技術(shù)方法和管理措施

從實際情況來看，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要想時刻保持三相完全平衡狀態(tài)并不現(xiàn)實，但電力部門應(yīng)盡可能降低電力三相不平衡度。

（1）技術(shù)方法。為了有效減少低壓配電網(wǎng)發(fā)生三相運(yùn)行不平衡的頻率，工作人員可從下述三個方面采取措施。首先，可對電容器組的數(shù)量予以適當(dāng)增加或減少，同時應(yīng)從不同設(shè)備的不同接線方式出發(fā)，合理運(yùn)用負(fù)荷系統(tǒng)中的電感，以便有效調(diào)整三相不平衡運(yùn)行狀態(tài)下的有功電流。其次，可在系統(tǒng)中增設(shè)調(diào)補(bǔ)裝置，以便在電力系統(tǒng)處于不平衡工作狀態(tài)時，及時補(bǔ)償電流，從而實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的增強(qiáng)。最后，合理選擇中性線截面。過往操作時往往選擇偏小的中性線截面，這一做法并不可取。為了避免中性線被燒斷或中性線電能損耗過大，中性線截面應(yīng)當(dāng)與相線截面相等或接近，在中性線上，也不得安裝刀閘開關(guān)、熔斷器等，以此減少中性面損耗。

（2）管理措施。對供電企業(yè)而言，應(yīng)當(dāng)不斷健全管理措施，促進(jìn)管理力度提升。供電企業(yè)可以專門成立監(jiān)管小組，并對小組的工作形式及機(jī)制予以明確。同時，應(yīng)當(dāng)對三相系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行定期檢測，及時處理運(yùn)行時暴露的問題，從而確保三相系統(tǒng)處于負(fù)荷均衡狀態(tài)。對企業(yè)技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)不斷提升自身職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能，以深化學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的態(tài)度，不斷在實踐中促進(jìn)自身技術(shù)體系的完善。同時，企業(yè)應(yīng)專門派遣人員對用戶的實際用電情況展開定期調(diào)查，以統(tǒng)計低壓用戶數(shù)，確保在調(diào)配線路結(jié)構(gòu)時，更為合理地劃分低壓及高壓用戶，以提升低壓配網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)用三相不平衡調(diào)補(bǔ)裝置

三相電力系統(tǒng)主要由三相輸電線路、三相負(fù)載、三相電源三部分組成，確保低壓配網(wǎng)中三相用電處在平衡狀態(tài)，能夠大幅降低電力系統(tǒng)的前期成本[4]，從而更好保證輸電質(zhì)量。因此，確保三相用電均衡是有關(guān)部門及相關(guān)企業(yè)十分重要的工作，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化定期維護(hù)保養(yǎng)工作，加強(qiáng)管理和制度建設(shè)，從而更好保證電壓輸送的穩(wěn)定性。線路中性線發(fā)生問題時，原本在回路中呈現(xiàn)并聯(lián)形式的設(shè)備，便會以串聯(lián)的形式在供電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)。但是，在串聯(lián)形式下，電壓依據(jù)設(shè)備的自身電阻進(jìn)行分配，這使得設(shè)備電阻越大，分得的電壓越高，反之則相反。設(shè)備功率較小而較大電阻時，會加大設(shè)備發(fā)生燒毀事故的風(fēng)險。在全面改善低壓配電網(wǎng)三相運(yùn)行不平衡過程中，技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對于技術(shù)措施的有效處理，適當(dāng)增加部分電容或電阻，以提升某一相電的平衡性，同時對于不同設(shè)備的接線方式應(yīng)該進(jìn)行合理的調(diào)整，保證整個三相的運(yùn)行過程實現(xiàn)電流的有效補(bǔ)償，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

低壓配網(wǎng)發(fā)生三相不平衡時，會使得部分供電設(shè)備電壓相較于其他兩相而言更高，在長期運(yùn)行情況下，會導(dǎo)致溫度升高，長期運(yùn)行會降低設(shè)備的使用壽命，若使用者未及時發(fā)現(xiàn)這一隱患，甚至?xí)?dǎo)致電氣火災(zāi)事故，對用戶的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。當(dāng)下配網(wǎng)多以鋁為線路原材料，這是因為鋁具有較低的電阻系數(shù)，但在線路過長的情況下仍然會發(fā)生較大損耗，而在低壓配網(wǎng)發(fā)生三相不均衡時，會使得部分電壓分配在中性線上。由于中性線存在電阻，使得低壓配網(wǎng)產(chǎn)生不必要的電能損耗。為了解決低壓三相不平衡問題，很多廠家生產(chǎn)研發(fā)了三相不平衡調(diào)補(bǔ)裝置，這一裝置被多地電能系統(tǒng)所普遍采用。該裝置具有眾多種類的產(chǎn)品，但工作原理卻普遍一致，其內(nèi)部共裝配12臺單相400 V的電力電容器，在三相不平衡控制器的調(diào)控下，各電容器一方面可接于相線間，另一方面可接于零線與相線間，這使得電容器可同時實現(xiàn)星形接法和角形接法。通過技術(shù)手段，可以在相與相間、相線與零線間，接入不同數(shù)量電容器的方式，對負(fù)荷系統(tǒng)中的電感進(jìn)行有效利用，以便在對功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r，對不平衡有功電流進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到投入補(bǔ)償量與實際需要補(bǔ)償量相同的目的。

3 結(jié)束語

當(dāng)?shù)蛪号潆娋W(wǎng)發(fā)生三相不平衡運(yùn)行問題時，會對電力供應(yīng)和用戶的用電安全構(gòu)成威脅，為此應(yīng)從優(yōu)化管理、技術(shù)升級、設(shè)置調(diào)補(bǔ)裝置等方面采取措施，以保證低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。