配电变压器三相负荷自动调平技术方案探究

苏志斌

摘要：我国在运的变压器总容量巨大、台数很多。据统计，我国配变器每年的电能损耗是总发电量的2%，约30～50TkW，如何控制变压器损耗关系到节能降损的效益。此外，在运配变器出现了老化、缺陷、参数退减等情况，直接降低了配电网的可靠性供电，影响到其安全运行，其中配变器存在低压侧的负载不平衡有严重的危害。文章分析了配变器负荷三相不平衡的危害问题，从而提出了常规性的技术解决方法，通过改良自动控制、调整换相，实现有载调整三相负荷平衡的目的。

关键词：配变器；三相失衡；自动控制；改良

第四，三相不平衡会减小感应电动机的有功出力。通常，配电变压器的三相负载处于不平衡状态，这就导致其三相电压的不平衡，将这三相失衡电压进行正序、负序和零序3个电压分量的等效分解，在接入电动机后，其中的正序电势分量的磁场会大于负序电势分量的磁场，此时的感应电动机的旋转方向和正序电势分量的磁场方向相同，然而正序电势分量的旋转磁场受到了负序电势分量旋转磁场的制动，降低电机的输出功率，从而减小了感应电动机的有功出力。电动机总转矩因为负序电流磁场下降，导致电动机的过载能力也降低，此外在正反磁场周期性的作用下，很有可能因为转矩周期脉动导致电动机的震动。

第五，三相不平衡会升高变压器局部金属件的温度。由于变压器运行时三相负载不对称而产生零序电流，受到变压器电压的不对称度的影响，零序电流的大小会产生变化，当三相电压出现越大的不对称度，就会增大零序电流；当流经变压器内部时，会出现铁心的零序磁通。变压器位于低压侧，但零序电流在高压侧，大小是0，这就不能让高压零序磁通和低压零序磁通进行抵消，也就不能将变压器内部的零序磁通消除，从而造成了变压器的钢材部件有大量的零序磁通经过，再加上钢材部件存在磁滞现象与涡流损耗，这对于不能导磁的钢材部件来说会发热，使得变压器会产生更多的额外功耗。

第六，三相不平衡会减少变压器出力。根据配电变压器原理指导各相的额定容量决定了变压器的最大允许出力。此外，变压器各相的额定容量由其绕组的性能决定，然而绕组结构是以变压器三相负载平衡的运行工况为依据进行设计的。假设三相负载失衡下进行配电变压器的运行，此时就肯定会有一相的负载较轻，而且会有较多容量剩余，从而大大减少了配电变压器出力。所以说，三相失衡程度关系到变压器的出力降低程度，随着三相负载运行的失衡程度的增大，配电变压器的出力会降低。此时的配电变压器不能输出额定容量，减少了变压器的备用容量，不能保证过载能力，从而出现了配电变压器的单相过载，甚至引发大量的自发热而烧损配电变压器。

2.常规的技术解决措施

当前治理配电变压器三相不平衡的技术方案分别有人工调整换相、三相不平衡自动换相器和三相不平衡补偿器。

（1）人工调整换相。这是供电企业加强对日常的巡视、消防和监测工作的基础管理，定期对每个台区进行负荷测试，以判断换相调整，频率为1～2次/季度，并在负荷高峰期增加测量调负荷的频率。这无疑会增加员工的工作量，不能保障能及时对负荷进行调整，也会对用户形成短暂停电，无法发挥会调整的效率。

（2）自动控制调整换相。三相不平衡自动换相器的主要构成部分是主控制器和自动切换单元。其中的主控制器是负责三相电流和零线电流的采集，将配电变压器的不平衡度计算出来，结合变压器出口三相电流、零线电流、节点接入相序、用户负载状况，制定出配电变压器平衡控制策略，从而得出最佳的相别切换方案。自动控制调整换相装置能够通过自动切换单元对用户的相别进行切换，降低三相电流失衡的危害，促进电网的平稳运行。当前，我国的切换开关最快的切换时间是1s，这会对用户造成瞬时停电200～250ms，这对大于0.9功率因数的配变台区电压不敏感的用户节点上并不适用。

自动调压换相终端在采集到实时功率、电压、电流数据信息后，会以载波方式将数据信息发送到数据汇总终端。该装置主要是因为加装了一套保持系统，使得其区别于传统自动调平，其中间继电器及接触器能够带负荷，当下达切换指令后，该装置还能通过保持系统进行负荷运行，时长达2-5ms，而负荷开关正好在200ms内完成切换，也就避免了瞬间停电的情况。

安装在配变台区的数据汇总终端，其任务是收集汇总变压器所有分支采集来的数据，并将数据传输至系统主站。此外，该数据汇总终端会判断出系统内预先下达的定值切换条件，通过筛选将主站下达的符合动作条件的切换命令进行分派，这無疑是具备了数据汇总与分发命令的功能。

（3）三相不平衡补偿器。在三相不平衡补偿器中，主要是以曲折接线变压器和无功分相补偿器为基础。其中的曲折接线变压器用了特殊方式连接的变压器，属于一种三相绕组，其特点是高正序阻抗、低零序阻抗，这就使得零序电流避开中性线而直接流经曲折变压器，这里的曲折接线变压器起到了补偿中线电流的作用。而无功分相补偿器的作用是平衡相间电流，经配电变压器的功率因素进行提高，从而使得电压质量得到改善。

在针对有复杂负荷特征的配变台区的用户，会存在较大的单相用户负荷差异而形成三相不平衡，从而使得中性线电流比额定电流多25%，功率因数在0.9以下，此时最好应用三相不平衡补偿器进行调整换相。

3.结语

总之，一个电力系统要有良好的供电质量和供电电压水平，就需要配置一套负荷自动调平系统，从而对电能传输过程中的损耗进行有效控制，将配变的经济利用率进行最大化提高，保障供电的可靠性。