一种低压三相负荷不平衡台区相位识别监测方案

魏梅芳

（国网湖南省电力有限公司技术技能培训中心， 湖南 长沙 410131）

引言

在我国的低压配电网中，三相不平衡的问题长期存在。电负荷不能均匀分配到各相上是三相不平衡问题产生的主要原因。以国网湖南某县供电公司为例，2017年5月，配变三相不平衡预警台区达1 100个，对比分析同时段台区线损不合格率，三相不平衡度高的台区线损普遍高。

1 用户相别识别存在的问题分析

目前主要采用负荷相序平衡和负荷补偿法解决三相负载不平衡问题。无论采用哪种方案，其前提均是现场施工人员能准确判断出各相负荷分配情况，同时辨认出每根低压架空导线所属相位。但目前低压线路存在以下问题。

低压线路交叉分布：低压电网线路分布广泛，并且存在相互交叉的问题，特别是在两个或三个村庄相邻的地段；

线路缺乏相位标识：低压线路一般不使用电杆导线相位色标；

导线无相色标识：目前湖南省农村地区低压导线一般采用裸铝绞线或黑色绝缘导线，无法目视导线颜色判断相位；

线路定位不规范：由于施工单位众多，部分施工单位未能严格按照线路相位定位的标准；

导线走向混乱：例如穿楼过户时，居民会将导线通过一个管道，由于目前农村低压导线一般采用黑色绝缘导线，在出管后，原有的导线排列顺序已被打乱。

基于以上原因，虽然相关部门和人员均知道三相不平衡所属台区，但现场运维人员根本无法识别重负荷相和低负荷相，很难在现场确定新增负荷应具体接入哪一相导线，导致无法通过调相或新负荷接入来解决三相不平衡的问题，甚至可能因无法判断正确的相位而陷入反复调相、不断调相的恶性循环，即配网三相不平衡治理方案在现场实施过程中因相位识别问题而无法实现。

2 三相不平衡监测方案

采用双CPU+GPS+GPRS的构建实现三相不平衡时用户端用到主机相序的判别。

如图1所示，两个同步装置都从计量箱内获取电网信号，进入信号调理电路。与此同时，两个装置通过GPRS进行同步通讯，设定统一时间进行信号采集。两个同步装置的DSP处理器在GPS同步秒脉冲下启动A/D转换器采样并进行相应的数据处理显示。同时台区同步检测装置1将带有时标的标准信号传输给远端同步检测装置2，远端同步检测装置2将处理后的相位信号与台区同步检测装置1的标准信号进行对比匹配，从而实现远端用户相位的识别。

图1 同步检测装置的总体设计方案

采集模块包括信号调理模块和模数转换模块。信号调理模块包括强电压信号采集电路、滤波电路、限幅电路三部分。强电信号采集电路将电网监测点互感器二次侧的强电量转换成弱电信号，方便后续电路的采集；滤波电路滤除电路中的高频分量，避免了后续信号采集中的混叠现象的出现；限幅电路限制信号的幅值，防止意外情况下烧毁模数转换芯片，保护后续电路。模数转换模块是连接模拟信号与数字信号的纽带，它经过采集、保持、量化和编码等过程将模拟信号转换成数字信号，以供数字信号处理单元应用。

通讯模块。包括GPS接收模块、GPS与DSP通讯模块以及GPRS通讯模块。GPS信号接收模块接收GPS系统的时间信息，并为同步时钟模块、数字信号处理模块提供同步秒脉冲和标准的世界协调时间。DSP与GPS的通信主要是在DSP端通过串口对GPS进行数据的收发。在系统初始化时，DSP通过串口对GPS接收机发送初始化命令控制GPS发送数据的内容，在装置的运行中GPS接收机通过串口向DSP发送指定的语句，提供装置需要的标准世界时间等信息。同步时钟由DSP实现，它的功能是输出采样信号，根据同步秒脉冲产生满足采样频率要求的同步采样信号，并具有一定的守时功能，在GPS信号缺失时，保持测量单元的同步性。同步检测装置之间采用无线通讯GPRS模型实现远距离传输。两个同步装置采样之前要进行通讯，以确定统一的采样时间。采样启动后，台区采样的带有时标的信息可看作标准信息通过GPRS传递给用户端同步检测装置供其判断相位之用。图2是通信系统的通讯过程。

图2 通信系统通信过程

中断程序主要是在同步时钟的作用下完成电网信号的采样，如图3所示。

通过PT和CT测量母线电压和进线电流信号，利用傅里叶变换得到母线基波相电压相量（Ua、Ub和Uc）和进线基波线电流相量（Ia、Ib和 Ic），对母线基波相电压相量运用对称分量法得到母线基波相电压正序分量；对进线基波线电流相量运用对称分量法得到进线基波线电流正序和负序分量；以线电流相量有效值最小相作为参考向量，将零序表达式中基波线电流负序分量做正序化旋转，得到正序化的负序电流矢量。即通过对称分量法得到的等效负载线电流的正序基波线电流分量、正序化的负序基波线电流分量和相间电流分量。分别计算不平衡负荷等效基波正序阻抗、正序化的负序阻抗和相间阻抗，在此基础上最终计算得到不平衡负荷等效线阻抗。

图3 采样中断程序

3 结论

三相负荷不平衡时，各相的负荷电流不相等，这就导致相间产生不平衡电流。这些不平衡电流除了在相线上引起损耗之外，还将在中性线上引起损耗，这就造成了线路总损耗的增加。根据相关资料显示，与平衡时相比，三相不平衡时的损耗可达其1.25倍，最高甚至可达6倍。因此，需要准确获取三相不平衡与线损信息，以此为依据指导台区负荷的调整，达到降损与精益化管理的目的。