三相不平衡智能调补系统在电网中的应用

王洪林+张发斌+黄小伟

摘  要：简要阐述了三相负荷不平衡的相关情况及其产生的危害，针对电网运行中出现的问题，介绍了智能调补系统的应用情况，以期为日后的相关工作提供参考和借鉴。

关键词：三相负荷;智能调补系统;变压器;线路

中图分类号：TM714.3            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.132

1  概述

电网的无功状况和电压质量是衡量电能质量的重要指标之一。由于电网中的大多数用电设备都是感性负载，所以，在设备运行时，向电网注入了大量的感性无功，这也是导致三相无功不平衡的重要原因之一。而供电网络的无功主要采用三相共补与分补相结合的方式，因为它的补偿容量有限，在电网无功需求严重时，会导致电压崩溃，电网的功率因数较低，电气设备得不到充分的利用，电网传输能力下降，损耗增加。由上述内容可知，补偿负荷不平衡、无功短缺等情况对配电网来说具有很大的实用价值，它可以降低线损，提高电能质量，增加配电网的可靠性和安全性。

2  三相负荷不平衡的危害

2.1  增加线路损耗

当三相负载不平衡运行时，中性线有电流通过，同时，因为中性线存在阻抗，所以，会在中性线上产生损耗。这时，不但相线有损耗，而且中性线也会产生损耗，进而增加了电网线路的损耗。电网线路的损耗为：

？P=I2R.                   （1）

式（1）中：？P为电网线路的损耗;I为电流;R为电阻。

2.2  增加配变的电能损耗

当配变在三相负载不平衡工况下运行时，将产生零序电流，零序磁通通过油箱壁和钢构件形成回路，产生磁滞和涡流损耗。严重的磁滞和涡流损耗会增加变压器的功耗和温升，配变的绕组绝缘因为过热会加快老化的速度，缩短设备的使用寿命，降低供电系统的安全性。

2.3  影响用电设备的安全运行

当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。

3  应用案例

2014-12-26，经忠县供电公司同意，在该供电局白马村公变配电房安装了调补装置，配变容量为150 kVA，二次侧额定电流为216 A。该处是典型的单相负荷和三相负荷混用变台区，以单相负荷为主。在装置投入运行前，该台区变压器在用电高峰处于超负荷运行状态，为此，采取了很多措施，比如调整三相负荷、调整变压器分接开关、安装电容柜等，但是，这些措施都没有从根本上解决问题。当功率因数低时，只能补偿到0.75左右;当功率因数高时，可以补偿到0.85左右。

在台区安装智能调补系统后，对比、分析采集到的数据，如表1所示。从表1中可以看出，电能质量得到了大幅提升。

表1  2种状态下变压器运行数据比较

状态 无调补装置 投入调补装置 说明

24h 24 h

三相电流/A Ia 170.2 104.8 减少65.4

Ib 204.7 112.6 减少92.1

Ic 145.6 103 减少42.6

三相功率因数 PFa 0.659 0.981 提高0.322

PFb 0.777 0.979 提高0.202

PFc 0.762 0.965 提高0.203

三相无功功率/kVar Qa 30.1 3.48 减少26.62

Qb 30.2 5.3 减少24.9

Qc 22.1 6.03 减少16.07

总无功/kVar Q 82.4 13.6 减少68.8

最大不平衡度 % 28.87 8.53 减少了70.47

由表1中的数据可知，在有功负荷不变的情况下，提高功率因数可以减小负荷的无功功率和负荷电流，从而达到降低变压器损耗和线路损耗的目的。投入无功补偿后，变压器即使轻度超载，不增容量也可以安全运行，以充分发掘设备的潜力、提高设备的使用率。当配电房中安装了补偿装置后，在很大程度上改善了过载的情况。

4  结论

三相不平衡智能调补系统利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现了对现场运行情况的监视、测量和有功调整控制，解决了城市民用电网和农用电网中存在大量单相负荷导致三相电流不平衡的问题，同时，还研发了三相不平衡智能调补系统。该系统适用于0.4～10 kV低压台区DYn11、YYn0接线配电变压器系统的城市电网和农村电网的改造工程中，解决了因不平衡电流造成变压器、线路的能源损耗和设备利用率低的问题。

参考文献

[1]沈铁军.低压电网三相不平衡问题的几点探讨[J].民营科技，2011（8）.

[2]赵吴鹏，刘其辉，周浩，等.低压配电网三相不平衡动态补偿措施及实验研究[J].现代电力，2009（06）.

[3]林志雄，陈岩，蔡金锭，等.低压配电网三相不平衡运行的影响及治理措施[J].电力科技与技术学报，2009（3）.

〔编辑：白洁〕

Application of Three Phase Unbalanced Smart Tune up System in Power Network

Wang Honglin， Zhang Fabin， Huang Xiaowei

Abstract： This paper briefly describes the three-phase unbalanced load and the harm， in view of the problems in the operation of the power grid， introduces the application of intelligent adjustable compensation system， in order for the future related work to provide reference.

Key words： three phase load; intelligent tune and fill system; transformer; line