配变三相不平衡整治策略分析

刘小江 廖文龙 姚 晓 龚奕宇

（国网四川省电力公司电力科学研究院，成都 610072）

配变三相不平衡整治策略分析

刘小江 廖文龙 姚 晓 龚奕宇

（国网四川省电力公司电力科学研究院，成都 610072）

三相不平衡问题普遍存在于配电网中，直接增加配网线路损耗，降低经济运行水平。本文以实现三相负荷最优调整为目标，充分利用了配网用电采集系统的数据资源，建立了三相不平衡实用化分析模型，深度分析配变低压侧三相电流特征。综合得出三相不平衡调整的最优方案，确定三相电流最佳调节系数，最大限度减少三相不平衡引起的额外损耗。本方法克服了以往经验法进行三相不平衡调节效果不可控的缺点，解决了基层运维人员在进行三相负荷调整时无据可依问题，可实现计算机大规模自动分析，台区实例分析表明本方法具有较强的实用性。

三相不平衡；用电采集系统；最优改接；计算机分析

随着配电网在电网公司中的重要性不断提高，此前一直未得到足够重视的配变三相不平衡等问题被重新提起。造成配网三相不平衡的原因主要有：低压接线随意性大、单相用户容量增长不可控、低压单相负载运行随机性高、负荷季节性变化等[1]。由此带来的危害主要有：增加变压器损耗[2-4]、降低变压器利用率、影响变压器寿命及供电质量等[5-6]。

目前，国内外针对三相不平衡问题的研究较少，主要集中在不平衡新型补偿装置方面[7-10]，而采用这类装置往往需要较高的资金投入，且设备可靠性不佳，运维难度大，因此补偿装置适用范围很小。对多数三相不平衡问题，负荷改接是最佳手段，但以往由于缺少针对配变低压侧数据的采集及分析，三相不平衡负荷改接往往仅凭运维人员经验进行，调节效果不可控，难以实现最优调节。

智能电网的迅速发展将越来越多的传感器、智能仪器仪表装入供电网络，电网的各项运行数据得以实时回传，实现配网基础数据采集的用电采集系统在配网中得到大面积推广应用，为配电网的安全、经济、可靠运行提供了基础。用电采集系统实现了对低压侧电压、电流、功率等电气信息的有效、可靠采集，这为三相不平衡的大规模在线分析提供了可能[11-13]。事实表明，配网三相不平衡现象普遍存在。然而目前少有基于用采系统大数据分析的实用化三相不平衡治理策略研究，导致一线运维人员难以根据不同台区特点进行针对性治理。本文充分利用了现阶段用电采集系统的基础数据资源开展综合经济技术分析，针对不同台区提供最优三相不平衡整治策略，最大限度提高供电经济性。

1 配变损耗模型

1.1 三相不平衡对网损的影响

在三相平衡状态下，三相电流向量和为零，即

三相负荷平衡时，三相电流幅值满足 IA= IB=IC= I，则三相平衡时线路功率损耗为

式中，R为相线电阻。

三相不平衡时，三相负荷电流不相等，不平衡电流在中性线上流过，引起额外损耗，导致配变总损耗增加。

若三相不平衡，A、B、C三相电流分别为2I、0.5I、0.5I，则中性线电流为

此时功率损耗为

与三相平衡状态相比，功率损耗增加1.25倍。

1.2 实用化分析模型

用电采集系统具有同时采集并回传配电变压器低压侧三相电压、电流、有功功率及功率因数等电气信息的能力，设在时刻i配变低压侧出口测得的A相电流为IAi，采集周期为T，则三相不平衡状态下功率损耗为

式中，P0i为中性线功率损耗。

不平衡电流为

式中，R0为中性线电阻，一般取R0=2R[11]。

三相平衡时功率损耗为

式中，Iavi为三相电流平均值。

故在n个采样周期T内由于三相不平衡造成的额外有功损耗为

2 负荷改接计算模型

若某三相不平衡配变台区低压侧主干线为三相，则应优先考虑进行负荷改接。由于三相负荷在时刻变化，因此负荷改接不应仅考虑某个时刻的三相电流值。根据用电采集系统每天可定时采集配变低压侧三相电流的特点，本文将全部电流数据采集点均纳入负荷改接分析范畴，假定该台区有N组历史数据，则可计算各相电流平均值为

同理

计算值为正则表明该增加相应负荷，为负则减少相应负荷，各相调节系数可用下式计算

在具体实施过程中，在调节系数为负的相合理选择3～5个低压支路测量三相电流，测量时间点选择与用采系统测量时间一致，测量时间不少于24h，利用测量数据计算调节系数，若某支路或若干支路电流之和与式（14）中β值最接近，则对应支路应选为改接支路。同理，调节系数为正的相应增加相应负荷。

3 实例分析

对用电采集系统运行数据进行分析后发现，四川省某县城区配变存在长期三相不平衡现象。图 1为该台区低压侧出口三相电流日变化曲线，系统每15min采集一个数据点，全天共计96组点。该配变当天最大三相不平衡度达 82.2%，远高于国网公司15%的三相不平衡标准。

图1 某台区低压出口三相电流日变化曲线

该台区配变型号为S11-315 10kV/0.4kV，零序电阻 R0=0.124Ω，低压侧绕组电阻 R=0.0084Ω，低压线路电阻 0.078Ω。采用式（9）计算此台区当天由于三相不平衡造成额外功率损耗为 90.5kW·h，电费以0.5元/kW·h计算，该台区一年因三相不平衡额外损失的电费为16516元。由于该台区A相负荷长期大于 B、C相负荷，因此具备三相负荷改接的条件和需求。

根据式（10）至式（14），计算得到负荷改接方案见表1，即应将A相负荷分别调整至B相和C相。

表1 负荷改接方案

根据表1的计算结果，最佳负荷改接方案应为从A相负荷中选择平均电流最接近65A的单相负荷（可为单个负荷，也可为多个负荷），将其改接至C相。用电流采集装置采集A相5个单相负荷一天的数据，得到结果见表2。负荷点1、2、4、5的平均电流之和为62.7，与A相预期调整电流最接近，将这4个负荷接至C相后，得到配变低压侧出口电流日负荷曲线如图2所示。

表2 A相负荷测量点平均电流

图2 负荷改接后电流日变化曲线

表3对负荷改接前后三相不平衡情况及损耗情况做了对比，从表中可以看出，改接后，最大不平衡度、平均不平衡度及均出现大幅下降，平均不平衡度降至15%以内。

表3 改接前后三相不平衡度及损耗对比

4 结论

本文提出了一种用于配电变压器三相不平衡低压侧负荷改接的最优调节算法。该算法在用电采集系统的基础上实现，算法同时加入了经济效益分析计算功能，可轻易实现计算机大规模分析。通过采集平均电流计算负荷调节系数的方法，克服了负荷波动大导致实际负荷不平衡度测量不准确的问题。实例分析表明，本方法具有很强的实用性，可在配电网中大规模推广。

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Analysis on the Regulation Strategy of Three Phase Unbalanced Distribution Transformers

Liu Xiaojiang Liao Wenlong Yao Xiao Gong Yiyu
(State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072)

The problem of three-phase unbalance exists in the distribution network, which increases the distribution line loss and decreases operational economy directly. This paper aims the goal of the implementation of three-phase load optimal adjustment, makes full use of the electricity distribution network data acquisition system resources, establishes an practical analysis model of three-phase unbalance, analyses the characteristics of distribution transformer of the low-voltage-side three-phase current deeply, and makes the optimal adjustment scheme, finally determines the three-phase optimum current adjustment coefficient, minimizes the loss caused by the additional unbalance. This method overcomes the shortcomings of previous empirical method for three-phase unbalance regulation which is uncontrollable, and provides a method of solving three-phase unbalance problem for the basic maintenance personnel. This method can make large-scale computer automatic analysis come trueThe final example shows that this method have good practicability.

three phase unbalance；power acquisition system；optimal modification；computer analysis

刘小江（1986-），男，四川达州人，工程师，硕士，主要研究方向为配网自动化、过电压与接地技术。