论文部分内容阅读
摘要：随着经济的发展和社会的进步，用电设备越来越多，用电负荷越来越大，加剧了三相负荷的不平衡水平。三相不平衡问题在低压配电网络中经常出现，对配电变压器的可靠稳定运行带来了威胁。基于此，本文首先对三相负荷不平衡的原因进行分析，其次总结出解决三相不平衡问题的措施，并结合巴中地区低压台区负荷的具体形式，提出了有针对性的解决方案，供相关人员以参考。
关键词：低压台区；三相不平衡；原因；措施
1、引言
我国是用电大国，用电总量居世界第二。随着生活水平的不断提高，对高质量用电需求水涨船高。在低压供电中，多数居民为单相用电，这种单纯由火线、零线、接地线组成的单相用电接入相位有一定的随意性，用电负荷难以控制，极易出现三相不平衡问题。三相不平衡的计算公式为：
按照电力有关规定和规范，变压器三相负荷应力求实现最大平衡，比率不超过15%，仅带有微量单相负荷的变压器，三相四线制中的中性线电流不宜高于额定电流的25%。如果为满足以上规定，应采取系列措施对负荷进行调整。
2、三相负荷不平衡的原因
（1）随着人们生活水平的不断提高，用电量水涨船高，电容、电量的增长出现不均衡情况时，就有可能造成三相负荷不平衡。
（2）个别用户的用电受冬季寒冷、夏季炎热影响，可以具有季节性和周期性变化，容易引起三相负荷不平衡。
（3）配电线路引入不同大小的用户负荷后，由于接入时并不均衡，容易造成三相负荷不平衡。
（4）用户功率因数在负荷接入时存在差异，也是导致三相不平衡的原因之一。
3、解决三相不平衡问题的措施
3.1新增负荷解决措施
（1）用户业扩报装过程中，要进行严格的、深入的调查、核实，确保负荷大小、用電性质和用电时间等符合规定，并在负荷审批过程中充分考虑三相负荷平衡的因素，避免因负荷接入而引发的不平衡。
（2）杜绝扇形转向期间供电、越区供电和迂回供电，以“小容量、多布点、短半径”为配电网布设原则，在满足灵敏度的前提下配变应尽可能与负荷中心距离较近，从而科学配置供电区域。
3.2存量负荷解决措施
为优化生产用电，确保存量负荷设置科学合理，有效解决三项不平衡问题，解决思路主要有两方面。
（1）增加补偿装置，使三相均能实现较好的补偿，促进三相负荷的平衡。
（2）使单相负荷接入相位有所调整，调整后使得单相用电负荷比较均衡地接入三相负荷。
3.2.1加装补偿装置
零序以及负序分量是不平衡三相电流能够分解出的分量，利用补偿方式将上述二者予以抵消，即可解决问题。补偿装置主要可以分为三类，即基波正序电流计量补偿、负序电流补偿、三相负载平衡补偿。
（1）基于基波正序电流计量补偿
此种补偿方式主要是通过四相功率调节器解决无功和有功的解祸控制等电能问题，计算方式主要采用坐标变换运算，对拓扑结予以有功或无功补偿，其补偿的能量大部分来源于电网，使原来从三相用电负荷较小的相侧吸取功率转移至用电负荷较大的相侧吸取功率，实现功率调节。
（2）负序电流补偿
此种补偿方式比较多的体现在低压台区配电变压器综合配电柜（JP柜）中的补偿设备，特征为三相并行投切，使三相功率系数得到优化，使得负序分量得到一定程度弥补，对有功电流的负序分量则补偿无效。因此，此种补偿方式的负序电流补偿能力比较有限。
（3）三相负载平衡补偿
基于Steinmetz原理，从功率因数校正的角度入手，将负荷导纳上并联一个与负荷电纳负值一致的补偿电纳，将三相负载补偿为纯电阻负载，使负荷导纳调整成为纯电导，各相依次为纯电，若再在连接位置接入电容性电纳，实际上等同于在原有三相负荷网络接入理想化假设条件下的补偿网络，有效实现实现三相负载平衡化，单位电源以及负荷二者相互之间的有功功率并未得到交换。此种补偿方式的优势是可在持续供电情况下调整，使得调整频率及调整水平得到一定提升，但缺点在于对变压器容量有一定要求，且造价不低。
3.2.2改变负荷接入相位法
如果使负荷接入相位有所调整，可以采用自动改变或人工法改变两种方式。前者主要是利用系统的自动监测功能，对台变三相电流数据予以监测，对三相负荷不平衡具体状况进行分析，定位负荷分支系统是否需要调节，如果需要调节，即给出调节命令，实现相位切换与负荷接入的目的，其主要依赖于换相开关自动切换或电力电子开关自动倒闸两种开关装置实现自动控制。而采用人工调节方式则需要借助手动调节，确保负荷接入相位的切改。改变负荷接入相位法可以分为换相开关变更与工程变更两种形式。换相开关进行了一系列优化，使三相线接入三相开关装置，出线以后并入三个电流保护器，电流保护器出线后使三相线接入单相线，利用电流保护器的装拆使负荷接入相位得到调整。工程更改即断电后，在分支线路接点进行相应调整。虽然采用此种方法目前实现三相负荷全部平衡，但基本能够实现平衡率保持在《配电网运行规程》所要求的范围以内，同时，由于需要断电，因此此种方式一般适用于对持续供电要求不高的农村地区。
4、某地区台区负荷现状及其解决措施
采用试验及数据分析法，对某地区的台区负荷现状进行分析统计，所用工具为三相电流曲线表，收集三相电流信息，以三相电流最高阈值为基准，计算负载率以及不平衡率。本系统从2017年5月5日开始记录并保存，合计有约60天数据，绘制三相电流变化情况，这些位置的情况主要有以下三类：
（1）三相电流较长时间里一直处于较高水平；
（2）变压器负载率数值比较高，三相电流幅值浮动不大；
（3）变压器负载率既不高也不低，三相电流幅值浮动较大。 （4）还有一种情形，与上述三种情况均有所不同，也可大致分为3类，即三相电流幅值均很小、因季节或天气原因负荷电流因素一相电流较高或较低，以及三相电流同一时刻发生剧变等。
经过对本区域的台区三相负荷进行统计，发现1268个台区均有不同程度的三相不平衡状态，占台区总数的95%，按照以上（1）-（4）分类情况统计如下（表1）：
（1）三相电流较长时间里一直处于较高水平
如图1所示，该台变一直保持在B相电流为较高水平，而A相电流一直处于较低的情况，三相电流变化类似，其不平衡率详见图2所示，维持在20%-70%。
如图3，C相负荷电流长时间内高于A相和B相，而A相、B相始终保持在固定区间内有规律浮动。其不平衡率变化详见图4，在20%-85%左右。
对于这种情况，解决措施为调整负荷接入相位的方法，依次来使三相不平衡率得到下降。对于A01类型的台区，调整后得到改善的效果比较良好。由于A02类型台区比重更高，用人工调整后效果如果不佳，应进行后续结果检测并采取进一步措施。
（2）变压器负载率数值比较高，三相电流幅值浮动不大
如图5所示，B01号柱上变的三相电流浮动不大，电流水平相当，但波动没有规律可循。如图6所示，虽然电流水平相当，但不平衡率起伏较大。
由于这一台区三相负荷变化规律不明显，难以利用人工改变负荷接入相位达到目的，可以采用引入自动调节或补偿装置的方式实现对三相负荷进行的监测和反馈。
（3）变压器负载率既不高也不低，三相电流幅值浮动较大
如图7显示，其三相电流变化并未出现较为有规律的曲线，浮动值相互之间不相等。图8可见，三相负荷不平衡率的浮动较大，最低为5%，最高为80%。
针对符合变化无规律且不平衡度较高的状况，不能依靠人工调节，鉴于地区负载率比较高的实际情况，为避免体积过大，也不适宜采用补偿或功率调节装置，此时较宜引入低压负荷自動调平衡系统对三相负荷进行监测、反馈和调整。
5、结论
本文首先分析了三相负荷不平衡的原因，其次总结出解决三相负荷不平衡问题的措施，并结合某地区低压台区负荷的具体形式，分析了各种方法的主要优缺点，提出了有针对性的解决方案，采用这些方法基本可以解决三相负荷不平衡问题，从而为配电系统可靠稳定运行奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]黄国栋； 杨仁刚； 冯小明. 三相不平衡负载无功补偿方法的研究[J]. 电测与仪表， 2011.04.
[2]许苏跃； 陈歆技； 马华中； 房雪涛. 配电网三相不平衡全电容无功补偿的研究[J]. 电器与能效管理技术， 2015.20.
[3] 李晓栋，贾爱平网建设工程项目的质量控制问题探讨[J].中国高新技术 企业，2017.08.
（作者单位：巴中市三新供电服务有限公司通江分公司）
关键词：低压台区；三相不平衡；原因；措施
1、引言
我国是用电大国，用电总量居世界第二。随着生活水平的不断提高，对高质量用电需求水涨船高。在低压供电中，多数居民为单相用电，这种单纯由火线、零线、接地线组成的单相用电接入相位有一定的随意性，用电负荷难以控制，极易出现三相不平衡问题。三相不平衡的计算公式为：
按照电力有关规定和规范，变压器三相负荷应力求实现最大平衡，比率不超过15%，仅带有微量单相负荷的变压器，三相四线制中的中性线电流不宜高于额定电流的25%。如果为满足以上规定，应采取系列措施对负荷进行调整。
2、三相负荷不平衡的原因
（1）随着人们生活水平的不断提高，用电量水涨船高，电容、电量的增长出现不均衡情况时，就有可能造成三相负荷不平衡。
（2）个别用户的用电受冬季寒冷、夏季炎热影响，可以具有季节性和周期性变化，容易引起三相负荷不平衡。
（3）配电线路引入不同大小的用户负荷后，由于接入时并不均衡，容易造成三相负荷不平衡。
（4）用户功率因数在负荷接入时存在差异，也是导致三相不平衡的原因之一。
3、解决三相不平衡问题的措施
3.1新增负荷解决措施
（1）用户业扩报装过程中，要进行严格的、深入的调查、核实，确保负荷大小、用電性质和用电时间等符合规定，并在负荷审批过程中充分考虑三相负荷平衡的因素，避免因负荷接入而引发的不平衡。
（2）杜绝扇形转向期间供电、越区供电和迂回供电，以“小容量、多布点、短半径”为配电网布设原则，在满足灵敏度的前提下配变应尽可能与负荷中心距离较近，从而科学配置供电区域。
3.2存量负荷解决措施
为优化生产用电，确保存量负荷设置科学合理，有效解决三项不平衡问题，解决思路主要有两方面。
（1）增加补偿装置，使三相均能实现较好的补偿，促进三相负荷的平衡。
（2）使单相负荷接入相位有所调整，调整后使得单相用电负荷比较均衡地接入三相负荷。
3.2.1加装补偿装置
零序以及负序分量是不平衡三相电流能够分解出的分量，利用补偿方式将上述二者予以抵消，即可解决问题。补偿装置主要可以分为三类，即基波正序电流计量补偿、负序电流补偿、三相负载平衡补偿。
（1）基于基波正序电流计量补偿
此种补偿方式主要是通过四相功率调节器解决无功和有功的解祸控制等电能问题，计算方式主要采用坐标变换运算，对拓扑结予以有功或无功补偿，其补偿的能量大部分来源于电网，使原来从三相用电负荷较小的相侧吸取功率转移至用电负荷较大的相侧吸取功率，实现功率调节。
（2）负序电流补偿
此种补偿方式比较多的体现在低压台区配电变压器综合配电柜（JP柜）中的补偿设备，特征为三相并行投切，使三相功率系数得到优化，使得负序分量得到一定程度弥补，对有功电流的负序分量则补偿无效。因此，此种补偿方式的负序电流补偿能力比较有限。
（3）三相负载平衡补偿
基于Steinmetz原理，从功率因数校正的角度入手，将负荷导纳上并联一个与负荷电纳负值一致的补偿电纳，将三相负载补偿为纯电阻负载，使负荷导纳调整成为纯电导，各相依次为纯电，若再在连接位置接入电容性电纳，实际上等同于在原有三相负荷网络接入理想化假设条件下的补偿网络，有效实现实现三相负载平衡化，单位电源以及负荷二者相互之间的有功功率并未得到交换。此种补偿方式的优势是可在持续供电情况下调整，使得调整频率及调整水平得到一定提升，但缺点在于对变压器容量有一定要求，且造价不低。
3.2.2改变负荷接入相位法
如果使负荷接入相位有所调整，可以采用自动改变或人工法改变两种方式。前者主要是利用系统的自动监测功能，对台变三相电流数据予以监测，对三相负荷不平衡具体状况进行分析，定位负荷分支系统是否需要调节，如果需要调节，即给出调节命令，实现相位切换与负荷接入的目的，其主要依赖于换相开关自动切换或电力电子开关自动倒闸两种开关装置实现自动控制。而采用人工调节方式则需要借助手动调节，确保负荷接入相位的切改。改变负荷接入相位法可以分为换相开关变更与工程变更两种形式。换相开关进行了一系列优化，使三相线接入三相开关装置，出线以后并入三个电流保护器，电流保护器出线后使三相线接入单相线，利用电流保护器的装拆使负荷接入相位得到调整。工程更改即断电后，在分支线路接点进行相应调整。虽然采用此种方法目前实现三相负荷全部平衡，但基本能够实现平衡率保持在《配电网运行规程》所要求的范围以内，同时，由于需要断电，因此此种方式一般适用于对持续供电要求不高的农村地区。
4、某地区台区负荷现状及其解决措施
采用试验及数据分析法，对某地区的台区负荷现状进行分析统计，所用工具为三相电流曲线表，收集三相电流信息，以三相电流最高阈值为基准，计算负载率以及不平衡率。本系统从2017年5月5日开始记录并保存，合计有约60天数据，绘制三相电流变化情况，这些位置的情况主要有以下三类：
（1）三相电流较长时间里一直处于较高水平；
（2）变压器负载率数值比较高，三相电流幅值浮动不大；
（3）变压器负载率既不高也不低，三相电流幅值浮动较大。 （4）还有一种情形，与上述三种情况均有所不同，也可大致分为3类，即三相电流幅值均很小、因季节或天气原因负荷电流因素一相电流较高或较低，以及三相电流同一时刻发生剧变等。
经过对本区域的台区三相负荷进行统计，发现1268个台区均有不同程度的三相不平衡状态，占台区总数的95%，按照以上（1）-（4）分类情况统计如下（表1）：
（1）三相电流较长时间里一直处于较高水平
如图1所示，该台变一直保持在B相电流为较高水平，而A相电流一直处于较低的情况，三相电流变化类似，其不平衡率详见图2所示，维持在20%-70%。
如图3，C相负荷电流长时间内高于A相和B相，而A相、B相始终保持在固定区间内有规律浮动。其不平衡率变化详见图4，在20%-85%左右。
对于这种情况，解决措施为调整负荷接入相位的方法，依次来使三相不平衡率得到下降。对于A01类型的台区，调整后得到改善的效果比较良好。由于A02类型台区比重更高，用人工调整后效果如果不佳，应进行后续结果检测并采取进一步措施。
（2）变压器负载率数值比较高，三相电流幅值浮动不大
如图5所示，B01号柱上变的三相电流浮动不大，电流水平相当，但波动没有规律可循。如图6所示，虽然电流水平相当，但不平衡率起伏较大。
由于这一台区三相负荷变化规律不明显，难以利用人工改变负荷接入相位达到目的，可以采用引入自动调节或补偿装置的方式实现对三相负荷进行的监测和反馈。
（3）变压器负载率既不高也不低，三相电流幅值浮动较大
如图7显示，其三相电流变化并未出现较为有规律的曲线，浮动值相互之间不相等。图8可见，三相负荷不平衡率的浮动较大，最低为5%，最高为80%。
针对符合变化无规律且不平衡度较高的状况，不能依靠人工调节，鉴于地区负载率比较高的实际情况，为避免体积过大，也不适宜采用补偿或功率调节装置，此时较宜引入低压负荷自動调平衡系统对三相负荷进行监测、反馈和调整。
5、结论
本文首先分析了三相负荷不平衡的原因，其次总结出解决三相负荷不平衡问题的措施，并结合某地区低压台区负荷的具体形式，分析了各种方法的主要优缺点，提出了有针对性的解决方案，采用这些方法基本可以解决三相负荷不平衡问题，从而为配电系统可靠稳定运行奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]黄国栋； 杨仁刚； 冯小明. 三相不平衡负载无功补偿方法的研究[J]. 电测与仪表， 2011.04.
[2]许苏跃； 陈歆技； 马华中； 房雪涛. 配电网三相不平衡全电容无功补偿的研究[J]. 电器与能效管理技术， 2015.20.
[3] 李晓栋，贾爱平网建设工程项目的质量控制问题探讨[J].中国高新技术 企业，2017.08.
（作者单位：巴中市三新供电服务有限公司通江分公司）