基于農村地區的三相負荷不平衡研究與治理

郎林 李品 曹勇敢

【摘 要】周口供電區屬農業地區，農村人口眾多，農村負荷所占比例較大。近年來，隨著農民生活水平的提高，大功率家用電器逐漸進入各家各戶，農村電網經常性出現三相負荷不平衡現象，且不平衡程度越來越嚴重，遠遠超出《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的限值，嚴重影響著農村電網運行的安全性和經濟性。

【關鍵詞】三相負荷不平衡 換相調節 無級差調節

由于家電下鄉政策的影響和居民收入水平的提高，大功率家用電器在周口農村地區用戶家中日趨普遍。受到同時率的影響，低壓配電網的三相負荷不平衡問題越來越嚴重、越來越突出，三相負荷不平衡的產生也越來越隨機。為解決三相負荷不平衡的問題，在周口供電區某1#臺區和2#臺區開展三相負荷不平衡的專項治理工作，以探究三相負荷不平衡的產生原因及最佳治理方案。

1 三相負荷不平衡度分析

1.1 三相負荷平衡的重要性

（1）三相負荷平衡是安全供電的基礎。三相負荷不平衡，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會因重負荷相超載過多，可能造成某相導線燒斷、開關燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴重后果。

（2）三相負荷平衡才能保證用戶的電能質量。三相負荷嚴重不對稱，中性點電位就會發生偏移，線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負荷相的單相用戶易出現電壓偏低，電燈不亮、電器效能降低、小水泵易燒毀等問題。而接在輕負荷相的單相用戶易出現電壓偏高，可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。對動力用戶來說，三相電壓不平衡，會引起電機過熱現象。

（3）三相負荷保持平衡是節約能耗、降損降價的基礎。三相負荷不平衡將產生不平衡電壓，加大電壓偏移，增大中性線電流，從而增大線路損耗。實踐證明，一般情況下三相負荷不平衡可引起線損率升高2%-10%，三相負荷不平衡度若超過15%，則線損顯著增加。

（4）只有三相阻抗平衡，才能保證低壓漏電總保護良好運行，防止人身觸電傷亡事故。

1.2 三相負荷不平衡度的相關規定及計算方法

根據《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定，三相負荷不平衡度須保持在15%及以下。

目前，三相負荷不平衡度計算方法有兩種，算法如下，本文采用第1種算法。

（1）（最大單相電流-最小單相電流）/三相平均電流；

（2）（最大單相電流-三相平均電流）/三相平均電流。

由于三相負荷不平衡度采集數據較多，這里只選取某1#臺區和2#臺區調節設備安裝前后的部分數據進行分析研究。

2 某1#臺區三相負荷不平衡度調節效果分析

2.1 調節原理

在某1#臺區安裝了基于三相負荷自動平衡智能臺區系統，包括具有采集、編程和無線通訊網功能的獨立式終端1臺，在低壓線分支點安裝了具有相間負荷轉換、電流、電壓保護，剩余電流動作保護，采集器和編程、無線通訊網功能的永磁式智能換相型斷路器8臺。QWZL-XT相調型智能保護器，負荷出線為單相220V，自動檢測電流并識別相序，當三相負荷不平衡度達到設定的閥值，自動將某一相高電流的開關切換到電流負荷小的開關上，使每一相上的電流達到平衡。

2.2 調節效果分析

該臺區三相負荷平衡度調節前情況如表1。

從表1可以看出，調節前三相負荷不平衡度遠遠超過《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的限值，且不平衡度的變化沒有規律，隨機性很強。因此，三相負荷不平衡度現象亟待治理。

該臺區三相負荷平衡度調節后情況如表2。

從表2可以看出，三相負荷不平衡度相比調節前大幅度下降，但因調節原理的限制，不能實現無極差平滑調節，調節后的三相負荷不平衡度仍可達到30%左右，不能滿足《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的要求。

3 某2#臺區三相負荷不平衡度調節效果分析

3.1 調節原理

三相負荷不平衡設備HLXPBF-0.4-150/4是基于電力電子技術的整流和逆變輪換理論，對于電網中的輕負荷相，通過整流電路，把能量從電網注入設備；對于重負荷相，通過有源逆變技術，把電能從設備回饋電網。在整個平衡過程中，整流和逆變同步進行。簡單講就是對于輕負荷相不平衡補償設備相當于負載，對重負荷相不平衡補償設備相當于電源。

3.2 調節效果分析

該臺區三相負荷平衡度調節前后情況如表3。

注1：.2015-03-13 13：30：00之前數據為調節前三相負荷不平衡度情況；

注2：2015-03-13 13：30：00—2015-03-13 15：45：00為臺區停電安裝設備時間；

從表3可以看出，三相負荷不平衡度相比調節前大幅度下降，三相負荷不平衡度控制在了3%左右，調節后的三相負荷不平衡度較好的滿足了《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的要求。

4 結語

（1）試點臺區在調節前均存在三相負荷不平衡現象，且產生時隨機性較大；兩個試點臺區調節前三相負荷不平衡度均嚴重超出了《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的限值，亟待治理。

（2）1#臺區和2#臺區安裝的三相負荷不平衡調節設備均能使三相負荷不平衡度大幅下降，但因工作原理的不同，1#臺區使用的QWZL-XT相調型智能漏電保護器調節后的三相負荷不平衡度離《架空配電線路及設備運行規定》第7.5.2條規定的15%及以下的要求仍有一定的差距，2#臺區使用的不平衡調節設備HLXPBF-0.4-150/4調節后的三相負荷不平衡度則很好的滿足了要求。

（3）這兩臺三相負荷調節裝置的運行經驗表明，每年可消除因人工停電換相所需的8個工作日的人工費和8小時左右的停電時間。減少了停電投訴風險，提高了供電可靠率。同時也降低了屬于供電企業產權內的低壓觸電傷亡和設備事故的發生機率。

（4）三相負荷基本平衡后，總保的剰余電流動作特性大大提高，縮小了保護盲區?？偅ㄒ唬⒅校ǘ┘壉Ｗo器的剩余電流動作保護功能全臺區復蓋，提高了穩定供電的可靠性。

作者簡介：李品（1979—），男，河南周口人，大學本科，工程師，主要研究方向：電力系統分析、電力系統運行與控制。郎林（1988—），男，河南扶溝人，大學本科，助理工程師，主要研究方向：電力系統運行與控制。曹勇敢（1985—），男，河南周口人，碩士，工程師，主要研究方向：電力系統分析、電力系統運行與控制、繼電保護。