配變三相不平衡整治策略分析

劉小江 廖文龍 姚 曉 龔奕宇

（國網四川省電力公司電力科學研究院，成都 610072）

配變三相不平衡整治策略分析

劉小江 廖文龍 姚 曉 龔奕宇

（國網四川省電力公司電力科學研究院，成都 610072）

三相不平衡問題普遍存在于配電網中，直接增加配網線路損耗，降低經濟運行水平。本文以實現三相負荷最優調整為目標，充分利用了配網用電采集系統的數據資源，建立了三相不平衡實用化分析模型，深度分析配變低壓側三相電流特征。綜合得出三相不平衡調整的最優方案，確定三相電流最佳調節系數，最大限度減少三相不平衡引起的額外損耗。本方法克服了以往經驗法進行三相不平衡調節效果不可控的缺點，解決了基層運維人員在進行三相負荷調整時無據可依問題，可實現計算機大規模自動分析，臺區實例分析表明本方法具有較強的實用性。

三相不平衡；用電采集系統；最優改接；計算機分析

隨著配電網在電網公司中的重要性不斷提高，此前一直未得到足夠重視的配變三相不平衡等問題被重新提起。造成配網三相不平衡的原因主要有：低壓接線隨意性大、單相用戶容量增長不可控、低壓單相負載運行隨機性高、負荷季節性變化等[1]。由此帶來的危害主要有：增加變壓器損耗[2-4]、降低變壓器利用率、影響變壓器壽命及供電質量等[5-6]。

目前，國內外針對三相不平衡問題的研究較少，主要集中在不平衡新型補償裝置方面[7-10]，而采用這類裝置往往需要較高的資金投入，且設備可靠性不佳，運維難度大，因此補償裝置適用范圍很小。對多數三相不平衡問題，負荷改接是最佳手段，但以往由于缺少針對配變低壓側數據的采集及分析，三相不平衡負荷改接往往僅憑運維人員經驗進行，調節效果不可控，難以實現最優調節。

智能電網的迅速發展將越來越多的傳感器、智能儀器儀表裝入供電網絡，電網的各項運行數據得以實時回傳，實現配網基礎數據采集的用電采集系統在配網中得到大面積推廣應用，為配電網的安全、經濟、可靠運行提供了基礎。用電采集系統實現了對低壓側電壓、電流、功率等電氣信息的有效、可靠采集，這為三相不平衡的大規模在線分析提供了可能[11-13]。事實表明，配網三相不平衡現象普遍存在。然而目前少有基于用采系統大數據分析的實用化三相不平衡治理策略研究，導致一線運維人員難以根據不同臺區特點進行針對性治理。本文充分利用了現階段用電采集系統的基礎數據資源開展綜合經濟技術分析，針對不同臺區提供最優三相不平衡整治策略，最大限度提高供電經濟性。

1 配變損耗模型

1.1 三相不平衡對網損的影響

在三相平衡狀態下，三相電流向量和為零，即

三相負荷平衡時，三相電流幅值滿足 IA= IB=IC= I，則三相平衡時線路功率損耗為

式中，R為相線電阻。

三相不平衡時，三相負荷電流不相等，不平衡電流在中性線上流過，引起額外損耗，導致配變總損耗增加。

若三相不平衡，A、B、C三相電流分別為2I、0.5I、0.5I，則中性線電流為

此時功率損耗為

與三相平衡狀態相比，功率損耗增加1.25倍。

1.2 實用化分析模型

用電采集系統具有同時采集并回傳配電變壓器低壓側三相電壓、電流、有功功率及功率因數等電氣信息的能力，設在時刻i配變低壓側出口測得的A相電流為IAi，采集周期為T，則三相不平衡狀態下功率損耗為

式中，P0i為中性線功率損耗。

不平衡電流為

式中，R0為中性線電阻，一般取R0=2R[11]。

三相平衡時功率損耗為

式中，Iavi為三相電流平均值。

故在n個采樣周期T內由于三相不平衡造成的額外有功損耗為

2 負荷改接計算模型

若某三相不平衡配變臺區低壓側主干線為三相，則應優先考慮進行負荷改接。由于三相負荷在時刻變化，因此負荷改接不應僅考慮某個時刻的三相電流值。根據用電采集系統每天可定時采集配變低壓側三相電流的特點，本文將全部電流數據采集點均納入負荷改接分析范疇，假定該臺區有N組歷史數據，則可計算各相電流平均值為

同理

計算值為正則表明該增加相應負荷，為負則減少相應負荷，各相調節系數可用下式計算

在具體實施過程中，在調節系數為負的相合理選擇3～5個低壓支路測量三相電流，測量時間點選擇與用采系統測量時間一致，測量時間不少于24h，利用測量數據計算調節系數，若某支路或若干支路電流之和與式（14）中β值最接近，則對應支路應選為改接支路。同理，調節系數為正的相應增加相應負荷。

3 實例分析

對用電采集系統運行數據進行分析后發現，四川省某縣城區配變存在長期三相不平衡現象。圖 1為該臺區低壓側出口三相電流日變化曲線，系統每15min采集一個數據點，全天共計96組點。該配變當天最大三相不平衡度達 82.2%，遠高于國網公司15%的三相不平衡標準。

圖1 某臺區低壓出口三相電流日變化曲線

該臺區配變型號為S11-315 10kV/0.4kV，零序電阻 R0=0.124Ω，低壓側繞組電阻 R=0.0084Ω，低壓線路電阻 0.078Ω。采用式（9）計算此臺區當天由于三相不平衡造成額外功率損耗為 90.5kW·h，電費以0.5元/kW·h計算，該臺區一年因三相不平衡額外損失的電費為16516元。由于該臺區A相負荷長期大于 B、C相負荷，因此具備三相負荷改接的條件和需求。

根據式（10）至式（14），計算得到負荷改接方案見表1，即應將A相負荷分別調整至B相和C相。

表1 負荷改接方案

根據表1的計算結果，最佳負荷改接方案應為從A相負荷中選擇平均電流最接近65A的單相負荷（可為單個負荷，也可為多個負荷），將其改接至C相。用電流采集裝置采集A相5個單相負荷一天的數據，得到結果見表2。負荷點1、2、4、5的平均電流之和為62.7，與A相預期調整電流最接近，將這4個負荷接至C相后，得到配變低壓側出口電流日負荷曲線如圖2所示。

表2 A相負荷測量點平均電流

圖2 負荷改接后電流日變化曲線

表3對負荷改接前后三相不平衡情況及損耗情況做了對比，從表中可以看出，改接后，最大不平衡度、平均不平衡度及均出現大幅下降，平均不平衡度降至15%以內。

表3 改接前后三相不平衡度及損耗對比

4 結論

本文提出了一種用于配電變壓器三相不平衡低壓側負荷改接的最優調節算法。該算法在用電采集系統的基礎上實現，算法同時加入了經濟效益分析計算功能，可輕易實現計算機大規模分析。通過采集平均電流計算負荷調節系數的方法，克服了負荷波動大導致實際負荷不平衡度測量不準確的問題。實例分析表明，本方法具有很強的實用性，可在配電網中大規模推廣。

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Analysis on the Regulation Strategy of Three Phase Unbalanced Distribution Transformers

Liu Xiaojiang Liao Wenlong Yao Xiao Gong Yiyu
(State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072)

The problem of three-phase unbalance exists in the distribution network, which increases the distribution line loss and decreases operational economy directly. This paper aims the goal of the implementation of three-phase load optimal adjustment, makes full use of the electricity distribution network data acquisition system resources, establishes an practical analysis model of three-phase unbalance, analyses the characteristics of distribution transformer of the low-voltage-side three-phase current deeply, and makes the optimal adjustment scheme, finally determines the three-phase optimum current adjustment coefficient, minimizes the loss caused by the additional unbalance. This method overcomes the shortcomings of previous empirical method for three-phase unbalance regulation which is uncontrollable, and provides a method of solving three-phase unbalance problem for the basic maintenance personnel. This method can make large-scale computer automatic analysis come trueThe final example shows that this method have good practicability.

three phase unbalance；power acquisition system；optimal modification；computer analysis

劉小江（1986-），男，四川達州人，工程師，碩士，主要研究方向為配網自動化、過電壓與接地技術。