三相不平衡治理优化控制技术应用

三相不平衡治理优化控制技术应用

张海林罗军白婷

国网黄化供电公司，青海尖扎811200

摘要：在电力系统中，配电网具有非常重要的作用，其运行稳定与否关系重大。为此，应当对配电网三相不平衡的危害进行分析，并从技术和管理两个方面着手，对三相不平衡问题进行治理，最大限度地减轻其对配电网运行的影响，从而提高配电网运行可靠性，这对于整个电网的安全运行具有重要的现实意义。

关键词：三相不平衡；危害；治理；优化

引言

三相不平衡是由低压配电网中的电流与电压问题所引发的，它还分为正常性不平衡与事故性不平衡，其中事故性不平衡也是当前县级供电公司所重点关注并研究的。事故性不平衡会导致低压配电网一相短路或单相接地，严重影响电能输出质量，必须加以治理。

1配电网三相不平衡运行的危害

配电网络理想状态下三相电压、电流具有相同的幅值，且相位差均为120°。实际运行中总是存在不同程度的指标偏离，国家标准允许存在一定的偏差。三相不平衡是指三相电压或电流中含有负序、零序分量，导致三相电压或电流的波形不再是标准正弦波，相位差也不是120°，零线上出现零序电流等。根据相关规定，配电变压器低压三相负荷不平衡率应≤15%，中性线电流允许值为额定电流的25%。三相不平衡将影响电能质量，严重时甚至会危及人身、设备安全。三相不平衡危害主要体现在以下几方面：

1.1造成配电变压器和线路损坏

当三相不平衡时，若负载达到变压器额定容量，负载最重一相将超过该相额定容量，则变压器将超负荷运行，造成变压器温度升高、绝缘加速老化等，严重超负荷运行甚至会烧毁变压器；三相不平衡时，中性线上将出现零序电流，一方面电流过大超出承载能力会烧毁中性线，另一方面零序电流在变压器低压侧会产生零序磁通，该磁通无法耦合到高压侧，只有通过变压器外壳、铁芯、夹件等以热能形式散掉，从而导致变压器发热及绝缘油升温等，将影响变压器寿命，给安全运行带来隐患。当三相不平衡运行时，零线（中性线）上将流过零序电流，正常设计零线线径小于相线线径。当电流过大时，零线会严重发热，引起火灾甚至被烧断，同时一些用电设备电压可能由相电压变成线电压，造成设备因过压损坏。

1.2降低配电网容量利用率，增加线损

三相不平衡运行时，当负载最重一相达到额定容量时，该变压器就属于满负荷运行，但其余两相未达到额定容量，这就造成了配电网容量利用率降低。三相不平衡运行时，由于存在零序、负序电流，变压器铜耗、铁耗将增加，零线因存在阻抗，会使零线上损耗增加，且损耗与零序电流平方成正比。

1.3损坏配电、用电设备，引起保护元件误动作，影响用户安全用电，增加用户投诉量

三相不平衡运行时，单相过载等不仅会造成变压器过载、损坏，还会造成线路开关跳闸、线路烧毁等；有些保护采用电压、电流的负序、零序分量作为启动条件，而三相不平衡运行产生的负序、零序分量可能会使该保护误动作；另外，旋转电机因负序、零序电压分量存在，不仅出力会减少，还会出现发热、振动等现象；零序电流会使零线上产生压降，该电压叠加至三相端电压上，将造成三相电压不对称，使中性点发生漂移，重载相电压会降低更多，而轻载相电压会抬升，电压升高不仅会造成配电线路及设备绝缘击穿，还影响用户的安全用电。三相不平衡造成的电能质量降低、设备损坏、非正常停电、用电安全等问题，还会使用户对供电部门服务不满，增加用户投诉量。

2三相不平衡治理优化控制技术应用

对于配电网而言，三相不平衡的危害非常严重，故此，必须采取有效的方法进行解决处理，以此来确保配电网的安全、稳定、可靠运行。由于三相不平衡的产生原因较为复杂。为此，应当从技术和管理两个层面着手，提高治理效果，使三相不平衡问题得到有效解决。

2.1技术措施

2.1.1手动调节相序

这是一种传统的三相不平衡治理措施，具体做法是通过操作人员进行换相，来消除三相不平衡问题，在三相不平衡长期存在的配电台区内，该技术措施的应用较为广泛。这种方法最为突出的特点是成本低，但前期的数据分析需要较长的时间，无法实现实时调整负荷相序的目的，故此该方法逐步被智能化的换相装置所取代，但有些地区仍在使用。

2.1.2相序自动转换装置

这是一种可以对三相相序进行自动转换的装置，通过在集表箱上加装自动切换开关，利用主控系统与换相元件的通信，对开关下达指令，当检测到三相不平衡后，便会对相序进行自动转换，以此来达到消除三相不平衡的目的。该装置具备如下功能：（1）高低压自动保护功能。对于接入到相序自动转换装置的线路中出现电压值异常的情况时，装置会自行将电路切断。（2）零线异常保护功能。当配电网进线端或是出线端的零线因三相不平衡度高于定值时，会出现异常现象，当该问题出现时，装置可以快速将电路断开，直至线路恢复后，再对开关进行闭合。（3）断电紧急保护。当配电线路出现异常中断的情况时，装置会自行切断开关电源输入与输出端之间的电路联系，直至断电故障排除后再将电路恢复正常。（4）缺相断相线路保护。当装置启用后，其会对三相中的缺相及断相问题进行自动检测，一经发现便会切断开关，防止危险发生。（5）合闸开关自动重启。供电时出现线路跳闸后，在系统恢复正常运行时，装置会自动进行合闸，从而恢复供电，避免人工进行合闸延误时间的问题。

2.1.3运用无功平衡补偿

由上文分析可知，配电网出现三相不平衡后，配变及线路的损耗会随之增大，为降低线路及设备的损耗，可运用无功平衡补偿的方法进行解决处理。目前，在配电网三相不平衡治理中，电容式无功补偿器的应用较多，这种类型的补偿器除能够使输送电的效率大幅度提高之外，还能使用户的电能质量得到有效改善。大量的实践表明，只要无功补偿装置选择的合理，可以使因三相不平衡引起的损耗降至最低程度，从而达到提高供电水平的目的。在此需要着重阐明的一点是，所选的无功补偿装置必须合理，否则无法达到预期的效果，而且还可能造成用电设备损坏，故此在应用该技术措施对配电网三相不平衡问题进行解决时，最为关键的环节就是要确保选择的无功补偿装置适宜。

2.2管理方法

2.2.1加强部门监督管理

政府相关部门要加强对配网的监督管理，出台有关政策对供电企业的配网建设、后期维护进行约束，要求供电企业严格执行规范标准保证供电质量，并督促供电企业解决好配网三相不平衡问题。

2.2.2完善供电企业管理体系

供电企业要加强日常事务管理，成立专门的配网运行监管小组，明确小组的工作责任，要求小组做好日常检查和维修工作；供电企业要定期检查配网三相系统的运行稳定性和安全性，若发现问题，则要查出产生问题的原因，对问题进行及时处理，始终保持三相系统负荷均衡；在日常检查中，如果发现某一区域出现三相不平衡问题，则需要调整该区域的线路结构，恢复均衡的三相系统；供电企业运维技术人员要不断提高专业技能，强化责任意识，做好日常检修维护工作，在工作实践中不断积累解决三相不平衡问题的技能和经验。

2.2.3合理调配线路结构

供电企业要派人员定期调查用户的实际用电量，掌握低压用户数量，以便在调配线路结构的过程中能够准确划分低压用户户与高压用户，保证低压配网运行的稳定性，降低三相不平衡的发生概率，从而保证配网供电服务质量。

结束语

三相不平衡治理综合节能优化控制系统是在智能化电网调度技术以及调度自动化平台的基础上研发出来的，能够在保证电网稳定运行的基础上，保证功率因素和电压因数合格，有效降低系统中因无功潮流造成的有功损耗，实现电网中无功补偿设备和有载调压装置的统一管理、集中监视，进而达到全网无功电压优化控制闭环运行的效果。

参考文献：

[1]石松.低压配网三相负荷自平衡装置及其控制策略[D].西安理工大学,2017.

[2]陈国宇.有源电力滤波器在低压配网三相不平衡治理中的应用研究[D].东南大学,2017.

[3]杨焕燕.不对称配网的三相潮流与状态估计方法研究[D].重庆大学,2013.