浅论配电网三相不平衡治理

张胜达

摘要：在中国低压配电网中，电力用户多而分散，存在大量时空不均匀的分布单相负载，造成多数配电台区有着不同程度的三相负荷不平衡问题。虽然当前的研究在一定程度上解决了配电网的三相不平衡问题，但是随着未来间歇式新能源的大规模并网、各种储能设备以及电动汽车的大量接入，必将给电网及其电能质量的治理带来新的不可忽视的影响。为此，本文在综述了当前配网三相不平衡治理研究成果的基础上，分析了在大规模储能应用以及电动汽车大量接入电网的新形势下，配网三相负荷不平衡问题的治理所面临的挑战与机遇，提出了崭新的研究思路。

关键词：配电网；三相不平衡；治理措施

引言

随着社会发展、科技推广，人类离不开电这个特殊商品，电能设备越来越多，电网变得日益复杂，非线性和冲击性负载持续增加，配电网中的三相不平衡等依然存在且不断影响电网企业日常管理工作。

1原因

电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为25%，短时间不得超过4%，三相不平衡危害主要体现在增加线路及配电电能损耗，具体为：

首先在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在抗住必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比，当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小。不平衡度愈严重，所造成损耗越大。

其次降低配变变压器工作容量以及增加铁损，降低变压器的利用率，配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。当配变在三相负载不平衡工况下运行时，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的总的出力减少。极端情况，单相负荷达到额定电流，其余两相空载，则配变出力减为额定的1/3，过载能路也降低。

再次影响用户用电质量，当三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失大大增加。轻负荷时造成高电压，重负荷时造成低电压，低电压会造成电网供电能力不足，用电设备不能正常工作；接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对于动力用户，三相不平衡，电动机效率降低，还会引起电机过热现象。

最后影响电能计量影响，根据对称分量法，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流，不会向系统传递，但负序电流分量可以毫无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。

2治理措施

有效解决三相不平衡问题是供电企业日常管理中的一项重要内容。

供电企业针对三相不平衡的传统治理办法是沿用即定的方案，选择用电高峰时段，选择大容量台区，安排工作人员到现场测量或观察现场配电线路设备或导线有过载痕迹、电流指示仪表现场读数，进行人工比对来确认三相电流是否存在不平衡，然后对于存在过载相再安排时间进行分流或负载相位调整，工作量较大且取得正确或接近解决三相平衡治理目标。

当前借用智能系统监测三相电流的手段有浙江省电力公司智能公用配变监测系统、浙江省剩余电流动作保护器监测系统和浙江省用电信息采集系统等。

公用配变监测系统主要用于配变低压侧三相电流在线监测，可实时有效地记录三相运行状况。剩余电流动作保护器监测系统要用于TT系统配变低压侧各分路三相电流在线监测，可实时有效地记录三相运行状况。用电信息采集系统专、公变用户主线三相电流在线监测或低压用户末端三相电流在线监测，可实时有效地记录三相运行状况。

浙江省电力公司智能公用配变监测系统有关三相平衡查询途径为“高级应用-电能质量统计-不平衡度分析或超过载与三相不平衡关联分析”。

浙江省剩余电流动作保护器监测系统有关三相平衡查询途径为“高级应用-干线三相不平衡-干线三相不平衡分析或干线三相不平衡明细”。

浙江省用电信息采集系统有关三相平衡查询途径为“高级应用-配变监测分析-配变负载分析-三相不平衡统计或三相不平衡明细”。

当前针对变压器三相不平衡的设备有配网三相不平衡自动调节装置，其工作原理为根据负载的三相不平衡电流，自动输出与负载中负序和零序电流大小相等、方向相反的电流，抵消补偿负载中的不平衡电流，有效地调节不平衡电流，实现相间有功转移，达到三相电流的平衡，从而间接使三相电压平衡输出，不平衡度降至5%以下。

配网三相不平衡自动调节装置工作原理图。

优点：1.增容降损，有效地改善三相电流不平衡，增加变压器的有效容量及带载能力，减少扩容所需的投资，有效地降低变压器的铜铁等损耗，提高变压器的安全运行系数，起到节能降耗目的。

2.供电系统效益，三相不平衡电流的减少，提高变压器有效输送能力，降低对通讯、自动控制装置、电能计量和继电器保护器的干扰，提高了电网的安全性能，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用。

缺点：1.投资成本较高，单台设备费用约7万左右。

2.使用寿命和维护成本核算，因为全电子产品，使用寿命不超10年，维护需厂家上门服务。

3.仅对变压器三相电不平有效治理，但对负载侧未能有效根治，大负载产生的大电流相易对刀闸、控制开关、导线破坏；三相四线制剩余电流动作保护器易跳闸，此外装置投运也会消耗部分电能，对于台区线损考核的小电量台区由于占比相对较大反应更加明显。

使用配网三相不平衡自动调节装置，部分工作人员会认为有了这设备，会出现三点不良现象：1.对配网新产生的的三相不平衡不重视，认定一担出现三相不平衡的台区，只要安装配网三相不平衡自动调节装置即可解决问题。2.轻视三相不平衡，导致现场装置后段线路和设备因电流实际值长期超过载流值而过载发热烧毁。

结束语

配网三相不平衡治理工作是项综合工作，早期以人为主，当前虽然可以借用三大系统和配网三相不平衡自动调节装置，但工作重心还得把握：即人机合一，通过系统发现某区域或台区三相不平衡，快速响应，要着手分析，通过多次不同时段的分析和现场调查，经大数据比对得出最佳治理方案后，快速安排检修计划并实施调整方案，方案完成后仍要进行后续跟踪，成就所有投入的有效价值，不然仅用系统代替工作人员发现问题而不立即着手解决，问题依就存在，使用不平衡自动调节装置代替现场负荷调整措施而不解决根源装置后侧危害依然存在。

参考文献：

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[2]韦钢，陈森环，蔡阳，等.基于瞬时无功功率理论的三相不平衡负荷补偿[J].电力自动化设备，2010，30（2）：59-62.