淺談低壓配網三相不平衡治理硬件的現場應用

王劍鋒 楊懷建 劉揚

摘? 要：受“一帶一路”、“中國制造2025”、“民族復興夢”等方略推進的助力，我國經濟穩定發展城鎮化建設日新月異。電能作為生產生活的主要動力源，經過幾輪全國范圍的配網改造，之前影響居民用電體驗的低電壓，已經不再是供電質量的主要問題，而三相負荷不平衡引起的運行安全和損耗問題，成為低壓配電網運維的主要整治目標。針對低壓配電網三相負荷不平衡治理問題，該文對現有治理硬件在海西現場的應用情況做了概述，簡析其特點和適應條件，以供其他使用者參考。

關鍵詞：配電設備;治理;不平衡

中圖分類號：TM506? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

隨著社會進步和人民生活水平的日益提高，對供電質量的要求越來越高，但受現有電力技術水平和管理水平的限制，配電網的規劃建設卻跟不上居民負荷的增長變化。同時隨著生活水平的提高，大功率家用電器急劇增多，導致單相負荷不可控增長，造成的公變三相負荷不平衡問題，已經是困擾多數配網系統運行人員的一大難題。

1 現有治理不平衡硬件方案

低壓配電網三相不平衡是配電臺區普遍存在的一種電能質量問題。按照《配網運維規程》規定，配電變壓器的不平衡度應符合：Yyn0接線變壓器負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%。

由于單相用戶負荷變化具有不可控和不同時性，通過規劃負荷、臨時人工調相等管理手段無法徹底解決三相不平衡問題。經過實踐證明相對有效地治理三相不平衡的方法就是通過硬件手段進行在線治理。目前，大量廠商推出了電能質量治理的解決方案，治理產品也五花八門，較常見的有以下3類：換相開關型、電容器型、電力電子型。

2 硬件治理方案的應用

2018年，海西供電公司執行關于城鄉接合部臺區末端電壓質量問題的科研項目，該項目在治理三相不平衡問題時，嘗試應用了以上3種手段，將其兩相結合應用在同一試點臺區2條分支上。

2.1 換相開關型

在該次應用中，在末端單相用戶的下戶線前端串入了調節柜，調節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，開關輸出側向用戶供電，換相開關由線路分支處的智能控制器遠控。

換相開關型三相不平衡治理硬件工作原理是根據所選監測節點的負荷情況，篩選目前相位在重載相上當前負載合適的換相裝置，將裝置負載側的單相負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能做到帶225 A以上負載切換相位，動作時間控制在8 ms左右，能保證對供電不敏感的用戶設備運行不中斷;開關日常運行只有測量、通信功能耗電，損耗比較小基本不會增加線損。此方案從負荷側進行治理，類同于人工調節引流線，但是比人工調節具有自動化和實時性的優勢。

換相開關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處，一般位于電網末端，使換相開關有三相四線電源，以具備切換的硬性條件;安裝時設備須串入現有電網，增加施工工作量和施工難度，增加了系統故障點，對系統穩定系數有一定影響;不適合負荷側有對電能質量要求高的精密儀器;僅適用于單相負載較多的臺區，三相用戶引起的負荷不平衡無法調節;換相開關的監測點選擇比較重要，設備壽命受策略影響較大，策略合理性比較重要;開關安裝位置、所帶用戶、開關數量需要進行勘察和技術論證，需綜合投資收益比;開關與控制器遠程通信，其通信的穩定性對調節效果有一定影響，換相開關的調節是粗放調節，同時對有功和無功負荷進行相位切換，對低壓補償設備有不小的影響，兩者需有機配合。

2.2 電容器型

在該次應用過程中，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，通過在低壓配電網線路相間跨接電力電容器的方式進行無功補償和有功轉移。

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

電容器型調節設備因其有補償特性，非常容易造成過補償;電容器只能整退整投，實際轉移電流只有額定的1/3左右，想提高轉移電流，會使設備體積成倍增加;設備運行過程中容易產生諧波放大的隱患;安裝位置對其效果影響大，相對適合于變壓器低壓側或分支節點位置。電容器型治理方法僅將安裝點的負荷電流調節趨近于平衡，并未對末端實際負荷情況做調節，對補償節點后側線路安全穩定無任何影響，僅適合做補充手段。

2.3 電力電子型

電力電子型調節設備通過外接電流互感器（CT）實時監測線路電流，并將電流信息發送給內部控制器進行處理分析，計算出達到平衡狀態時各相所需轉換的電流值，然后將信號發送給內部IGBT并驅動其動作，通過吸收-儲能-轉移的方式，最后達到節點三相平衡狀態。

電力電子型三相不平衡治理設備具備精準調節的優勢，即根據設定閾值計算出需要轉移多少，就轉移多少電流;此類設備的安裝是并入現有線路，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償的特點，功率因數能達到0.999;既可以發出感性電流也可以發出容性電流，通過雙向無功補償，避免線路上無功流動;一套設備實現調節負荷平衡、調節無功、消除諧波的作用，調節過程不會出現振蕩。

電力電子型補償設備造價比較高，投資收益比相對較低;設備運行會產生一定的損耗，且隨不平衡度的上升而提高;設備多數比較重，對安裝環境有一定的要求。

3 應用總結

經過半年的實際監測運行數據統計，試點臺區的低壓側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%變為4.91%，;兩路分支節點功率因數月平均分別為0.992和0.998;變壓器低壓側零序電流趨近于相線額定電流的1%;電容器調節和換相開關調節配合的分支設備動作次數相對較多，且有過補償情況發生;電力電子型設備的運行有一定的損耗，在一定程度上增加了分支線損。由以上運行數據可以看出，3種硬件治理不平衡的手段各自有優缺點，適用于不同的用電需求客戶，兩兩結合比單獨使用一種投資回報率高。

臺區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實的。這就需要運行人員根據運行數據進行針對性分析。綜合城市區域規劃、投入資金、施工難度、負載用戶類型，來選擇組合類型，通過低壓配電網的合理規劃改造、詳細對負荷進行評估分配，規范線路施工、改用單相變供電、定期進行負荷實測和調整等辦法，進行詳細的技術論證，根據實際需求進行治理。該文僅對在海西地區該次科技項目應用的情況進行總結，因技術和監測手段原因造成的錯漏之處，也歡迎閱者指正。

參考文獻

[1]單林森，沈海江，朱圣盼，等.配電網運行規程：Q/GDW 1519—2014[S].國家電網公司，2014.

[2]鄧惠華，李國良，周曉明，等.基于協調控制SVG的低壓配網三相負荷不平衡治理技術[J].電工技術學報，2017，32（a01）：75-83.