配電變壓器三相負荷自動調平技術方案探究

蘇志斌

摘要：我國在運的變壓器總容量巨大、臺數很多。據統計，我國配變器每年的電能損耗是總發電量的2%，約30～50TkW，如何控制變壓器損耗關系到節能降損的效益。此外，在運配變器出現了老化、缺陷、參數退減等情況，直接降低了配電網的可靠性供電，影響到其安全運行，其中配變器存在低壓側的負載不平衡有嚴重的危害。文章分析了配變器負荷三相不平衡的危害問題，從而提出了常規性的技術解決方法，通過改良自動控制、調整換相，實現有載調整三相負荷平衡的目的。

關鍵詞：配變器；三相失衡；自動控制；改良

第四，三相不平衡會減小感應電動機的有功出力。通常，配電變壓器的三相負載處于不平衡狀態，這就導致其三相電壓的不平衡，將這三相失衡電壓進行正序、負序和零序3個電壓分量的等效分解，在接入電動機后，其中的正序電勢分量的磁場會大于負序電勢分量的磁場，此時的感應電動機的旋轉方向和正序電勢分量的磁場方向相同，然而正序電勢分量的旋轉磁場受到了負序電勢分量旋轉磁場的制動，降低電機的輸出功率，從而減小了感應電動機的有功出力。電動機總轉矩因為負序電流磁場下降，導致電動機的過載能力也降低，此外在正反磁場周期性的作用下，很有可能因為轉矩周期脈動導致電動機的震動。

第五，三相不平衡會升高變壓器局部金屬件的溫度。由于變壓器運行時三相負載不對稱而產生零序電流，受到變壓器電壓的不對稱度的影響，零序電流的大小會產生變化，當三相電壓出現越大的不對稱度，就會增大零序電流；當流經變壓器內部時，會出現鐵心的零序磁通。變壓器位于低壓側，但零序電流在高壓側，大小是0，這就不能讓高壓零序磁通和低壓零序磁通進行抵消，也就不能將變壓器內部的零序磁通消除，從而造成了變壓器的鋼材部件有大量的零序磁通經過，再加上鋼材部件存在磁滯現象與渦流損耗，這對于不能導磁的鋼材部件來說會發熱，使得變壓器會產生更多的額外功耗。

第六，三相不平衡會減少變壓器出力。根據配電變壓器原理指導各相的額定容量決定了變壓器的最大允許出力。此外，變壓器各相的額定容量由其繞組的性能決定，然而繞組結構是以變壓器三相負載平衡的運行工況為依據進行設計的。假設三相負載失衡下進行配電變壓器的運行，此時就肯定會有一相的負載較輕，而且會有較多容量剩余，從而大大減少了配電變壓器出力。所以說，三相失衡程度關系到變壓器的出力降低程度，隨著三相負載運行的失衡程度的增大，配電變壓器的出力會降低。此時的配電變壓器不能輸出額定容量，減少了變壓器的備用容量，不能保證過載能力，從而出現了配電變壓器的單相過載，甚至引發大量的自發熱而燒損配電變壓器。

2.常規的技術解決措施

當前治理配電變壓器三相不平衡的技術方案分別有人工調整換相、三相不平衡自動換相器和三相不平衡補償器。

（1）人工調整換相。這是供電企業加強對日常的巡視、消防和監測工作的基礎管理，定期對每個臺區進行負荷測試，以判斷換相調整，頻率為1～2次/季度，并在負荷高峰期增加測量調負荷的頻率。這無疑會增加員工的工作量，不能保障能及時對負荷進行調整，也會對用戶形成短暫停電，無法發揮會調整的效率。

（2）自動控制調整換相。三相不平衡自動換相器的主要構成部分是主控制器和自動切換單元。其中的主控制器是負責三相電流和零線電流的采集，將配電變壓器的不平衡度計算出來，結合變壓器出口三相電流、零線電流、節點接入相序、用戶負載狀況，制定出配電變壓器平衡控制策略，從而得出最佳的相別切換方案。自動控制調整換相裝置能夠通過自動切換單元對用戶的相別進行切換，降低三相電流失衡的危害，促進電網的平穩運行。當前，我國的切換開關最快的切換時間是1s，這會對用戶造成瞬時停電200～250ms，這對大于0.9功率因數的配變臺區電壓不敏感的用戶節點上并不適用。

自動調壓換相終端在采集到實時功率、電壓、電流數據信息后，會以載波方式將數據信息發送到數據匯總終端。該裝置主要是因為加裝了一套保持系統，使得其區別于傳統自動調平，其中間繼電器及接觸器能夠帶負荷，當下達切換指令后，該裝置還能通過保持系統進行負荷運行，時長達2-5ms，而負荷開關正好在200ms內完成切換，也就避免了瞬間停電的情況。

安裝在配變臺區的數據匯總終端，其任務是收集匯總變壓器所有分支采集來的數據，并將數據傳輸至系統主站。此外，該數據匯總終端會判斷出系統內預先下達的定值切換條件，通過篩選將主站下達的符合動作條件的切換命令進行分派，這無疑是具備了數據匯總與分發命令的功能。

（3）三相不平衡補償器。在三相不平衡補償器中，主要是以曲折接線變壓器和無功分相補償器為基礎。其中的曲折接線變壓器用了特殊方式連接的變壓器，屬于一種三相繞組，其特點是高正序阻抗、低零序阻抗，這就使得零序電流避開中性線而直接流經曲折變壓器，這里的曲折接線變壓器起到了補償中線電流的作用。而無功分相補償器的作用是平衡相間電流，經配電變壓器的功率因素進行提高，從而使得電壓質量得到改善。

在針對有復雜負荷特征的配變臺區的用戶，會存在較大的單相用戶負荷差異而形成三相不平衡，從而使得中性線電流比額定電流多25%，功率因數在0.9以下，此時最好應用三相不平衡補償器進行調整換相。

3.結語

總之，一個電力系統要有良好的供電質量和供電電壓水平，就需要配置一套負荷自動調平系統，從而對電能傳輸過程中的損耗進行有效控制，將配變的經濟利用率進行最大化提高，保障供電的可靠性。