低压三相负荷不平自动调节装置

低压三相负荷不平自动调节装置

蔡齐陈

贵州电网有限责任公司安顺平坝供电局 贵州安顺561100

摘要：随着智能配电网技术的不断提高，三相负荷不平衡问题尤其突出，提高配电设备的高效运行水平，降低负荷损耗，实现节能利用是我们需要面临的巨大挑战。三相负荷不平衡会造成配电变压器损耗增大，中性线老化发热甚至会发生火灾等危险，局部电压不平衡造成设备误故障。近年来，国内外很多专家学者对三相负荷不平衡的问题进行了深入研究，通过智能检测终端实现对三相负荷的实时监控，采用相序平衡算法对三相负荷不平衡进行分析。本发明专利提供了一种安装在配电变压器三相线与单相线之间的负载平衡开关，涉及配电辅助设备技术领域，适用于10kV配电变压器400V侧。该发明能实时监控变压器三相负载情况，并能实时计算给出最佳的调整方案。最终通过自动控制及时调整三相负荷，避免了变压器及线路烧毁和因此导致的用户停电损失。同时自动调节可极大地减少人员触电风险、缩短负荷调整的时间。

关键词：配电网；三相负荷不平衡；电能质量

前言：本发明是通过关口表电流值、装置所带电流互感器测量的电流值进行计算，预设一定的规则与阈值，在关口电流过载时，控制该设备的某一个开关动作来达到变更单相分支负荷接入的相别，从而达到调节三相负载平衡的目的。

1.变压器设备在运行过程中主要存在以下几个问题：

1.1低压用户负荷具有一定的随机性，往往配电变压器存在整体不过载而单相或两相过载的情况，若不进行负载调节会造成变压器烧毁或变压器利用率过低。

1.2现有的变压器低压负载调节方式是通过对整个变压器台区进行停电后，人工登高将过载一相的部分负荷通过解开导线重新搭接在负荷较低的一相上完成负载调节。此种方式存在效率低、人工成本高、人身安全风险高、停电时间长、影响范围大的缺点。

1.3在用电量大的月份（冬季），负载不平的情况尤为突出，而人工调整总是跟不上负载变化，常常是昨天调整了负载明天就变成另一相过载。工作人员疲于应对且往往效果不佳。

2.配电网三相负荷不平衡分析

2.1三相负荷不平衡的原因

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用户组成的统一整体，其中配电网系统主要起到分配电能的作用，而且分布极为广泛，直接和用户相连。在电力系统正常运行情况下，配电网负荷逐渐增多，配电网负荷变化较大，但是政府的规划和电网的规划，没有完全协调统一，造成配电网负荷分布不均匀；在线路改造过程中，工作人员在装表接电过程中随意的进行安装，很大程度上造成三相负荷的不平衡；随着临时用电和季节性用电的不稳定性，出现三相负荷不平衡情况大幅上升。配电网存在着三相负荷不平衡的问题，因此需要对变压器台区每相电压、电流和相角进行监控分析。

2.2三相负荷不平衡的危害

配电网系统三相负荷不平衡会提高配电变压器和配电线路的损耗，冲击电网正常运行，影响配电网系统的电能质量。配电变压器的每相绕组固定，每相配置的额定容量相同，在三相负荷不平衡情况下运行，负载小的相会影响整个配变的出力情况。由于各相电流的矢量和不为零，造成中性线有电流存在，功率损耗会随着负载的不平衡度的提高而增加。在三相四线制配电网系统中，用户通常是单相负载，当电流通过线路导线时会造成三相不平衡，中性线有电流通过，这样不但相线有损耗，而且中性线也产生了损耗；三相负荷不平衡情况下运行时，产生的零序电流会随着三相负荷不平衡度的提高而增大，严重时会造成配电变压器的损坏。

3.产品技术原理及指标

3.1基本原理

装置由一个台区主控器和若干个换相器组成，依据台变容量及当前不平衡度确定换相器安装数量及安装位置。

台区主控器安装在配电变压器旁，实时检测变压器低压侧三相电流、电压数据，综合各换相器实时工作相及其负荷电流、电压，自动生成最优配置指令，该指令通过无线通信发送到相应的换相器，由换相器自动完成负荷的相间切换，从而使三相负荷逐步趋向于平衡。

换相器安装在供电线路单相负荷各个T接分线处，向主控器发送当前工作相及当前负荷电流、电压等数据，接收并执行主控器发来的指令，完成负荷的相间切换。

3.2选择治理台区原则

3.2.1三相四线到用户表箱的台区。

3.2.2台区负载率较高，一般不选择负载率低于20%的台区。

3.2.3不平衡度较高，一般不选择不平衡度小于25%的台区。

3.2.4中性线电流很大，导致线路损耗较大的台区。

3.2.5由于中性点偏移，导致供电电压不稳定，造成末端电压低的台区。

3.2.6单相过载，导致跳闸大面积停电的台区。

3.3产品应用指南

换相开关的安装位置,主控器每个台区一般只需配置一台，装在变压器的旁边，如果有低压配电柜，最好安放在低压配电柜内；如果在室外安装，必须外加户外防雨箱。

换相器安装在靠近用户端。选择单相用户T接处安装。有集中表箱的地方在表箱旁边壁挂安装，没有大表箱的地方安装在单户下线的电杆上或用户较集中的地方壁挂安装，如果在室外安装，同样必须外加户外防雨箱。

3.4换相器安装数目

换相开关数量要根据台区变压器额定容量及负载率曲线确定。

该换相器设计电流100A，考虑到用户负荷波动，安装时应考虑开断负荷在80A以下。根据实践应用，500kVA台区建议配置10台左右，用户亦可根据治理的目标及效果灵活配置换相开关数量。

4.换相器安装选点原则

4.1换相器相别顺序要与台区考核表及主控器相别保持一致。

4.2换相器安装点的三相火线必须通过相线识别仪核相确定相别。

4.3换相器不要选择控制用电量太小的用户电表，这样该换相器调控能力太小。控制单相用户负荷应在10~70A之内，平衡效果比较好。

4.4换相器宜选择尽量靠近三相四线电缆的T接点，减少电缆长度及工程量。

4.5换相器应尽量避免选择用户门口上方或门前，避免引起争议。

4.6换相器避选安装点：单相路灯、饭店、小作坊等。

4.7若小分支线为单相线路，在该分支线路上用户用电量不超换相开关额定电流，可在T接点安装换相器。

5.其他三相负荷不平衡的解决方案

为了消除配电网系统三相负荷不平衡现象，经常采用的解决方案如下：

5.1通过加强配电网侧负荷管理，将变压器台区低压侧的实际用电负荷平均分配到每相线路上，降低变压器台区三相负荷不平衡的严重程度。此方案有较大的局限性，尤其是一些管理不规范的台区，接线人员往往图方便将负荷接到中间B相，造成单相过载。

5.2人工调相，在监测到单相过载时再派单给线路班进行停电调相。该方案首次投入成本低，但无法做到及时调整，同时后续浪费较多的人力资源、人员安全性相对较低、用户停电感知较为明显。

5.3通过在相间加装无功补偿装置对变压器低压侧进行补偿，在进行无功补偿的同时调整变压器台区三相负荷不平衡情况，改善配变自身性能。此方案无法从根源上解决三相负荷不平衡，且调整范围较小。

6.产品使用效果

6.1快速换相开关三相不平衡治理装置已在多地应用，治理成效显著，可用于解决低电压台区三相负荷不平衡引起的变压器发热损耗、线路发热老化、台区高线损、单相跳闸、末端电压低等一系列问题。

6.2降损分析——典型台区核算

以某公变台区为例，治理装置2022年9月18日投运以来，根据截止2023年1月31日数据，台区平均线损率由4.7%降至3.2%，下降幅度约31.91%。

因运行工况不同，采取同等供出电量正态分布数据进行线损对比，按500kVA台变41.22%负载率，4.7%线损进行测算，每日线损在232.48kWh,采用三相不平衡治理后，每日线损降低至158.28kWh,每日节省电量74.2kWh,年节省电量27083kWh。

6.3挽回直接经济损失

按平均电价0.5元/kWh计算，该台区每年可节省损失13541.5元。

6.4末端低电压治理

治理前台区变压器在接近额定负荷时，若不平衡严重，会导致供电电压大幅波动，末端电压低至部分用电电器无法启动，空开频发跳闸，使得用户用电体验较差，投诉率较高。

在台区负载率下调后，再经三相不平衡治理装置的控制后，台区运行工况稳定性明显提升，末端电压不再低于合格电压，用户满意度大幅提升。

结束语：

综上所述，对台区三相不平衡问题进行治理，可有效技术节能降损，成片区治理因三相不平衡引起的末端低电压，降低因单相重过载导致的分支线跳闸率，减少用户投诉。运用技术手段，实时动态的对三相负荷进行有载调控，可降低工作人员劳动强度，减少安全责任事故。

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