随着国民经济的发展,用户、企业电量的逐年增加,尤其是在广大农村、城乡结合部等用电负荷高增长地区,一些配变台区由于受地理位置和技术因素的影响,三相不平衡及低电压情况突出。再者,在我国城乡低压配电网中普遍采用三相四线制供电方式,配电变压器多为 10/0.4kV 降压、Y/yn0 接线。理想情况下,三相负荷为平衡配置变压器对称运行。但实际的供电网络是三相生产用电与单相负载混合用电,再加上相关线路的标准不统一问题、单相用户不可控的增容、大功率负载的接入以及单相负载用电时间的分散问题,都是造成三相负载不平衡的因素。

 

三相负荷不平衡除了容易对用户电压、台区线损造成影响外,还会增加变压器的有功损耗,使配电变压器运行温度升高,降低配电变压器效率,影响电动机输出功率并使绕组温度升高,产生中性点电压偏移,造成三相电压不对称,导致局部电压过高或过低的情况,严重时会烧毁用户电器。此外,还会加大对周围通信系统的干扰,影响正常通信质量,给供电企业和人民生活造成一定的影响。

 

图 1 农村配网和住宅小区

 

配网电流不平衡问题概述

针对上述综合性问题,需要应用综合治理的技术才能解决低压配电系统三相负荷不平衡问题,而针对当前三相负荷所产生的不平衡电流,最行之有效的方法就是做到尽量合理的分配负荷。当前低压配电系统中,尤其是农网改造过程中应用较广的三相负荷不平衡自动调节装置的主要功能就是通过综合技术手段,自动检测三相电路中的不平衡问题,智能优化三相电流的不平衡,以达到“合理的分配负荷”的目的。

 

本文通过设定不同的测试工况,来直观的检测某三相负荷不平衡自动调节装置在自动检测三相线路不平衡问题、智能优化三相电流不平衡方面的综合能力。

 

测试工况分析

 

待测试装置技术参数

 

交流输入(三相四线):400V 50Hz

 

额定容量:75kVA

 

如图 2 所示,搭建三相电流不平衡补偿测试平台,模拟装置智能补偿三相不平衡有功电流时的运行环境,图示测试回路中 R1、R2、R3 为电阻性负载。

 

 

补偿功能测试回路

根据测试要求正确连接互感器,选择装置在有功不平衡补偿模式下运行,检测装置分别在以下三种不同工况时的不平衡补偿能力。

 

工况一:

被测装置如图 2 所示并入测试回路中。仅投入 QF1 路负载,调节 R1,仅 A 相回路加载 30A 有功电流;

 

工况二:

被测装置如图 2 所示并入测试回路中。仅投入 QF1、QF2 路负载,调节 R1、R2,仅 A 相回路和 B 相回路加载 30A 有功电流;

 

工况三:

被测装置如图 2 所示并入测试回路中。投入 QF1、QF2、QF3 路负载,调节 R1、R2 和 R3,A、B、C 三相分别加载 10A、20A、30A 有功电流;

 

分别记录如下内容:

不平衡补偿前网侧电流(A、B、C、N)、不平衡补偿后网侧电流(A、B、C、N),要求在以上三种工况下,三相负荷不平衡自动调节装置运行补偿之后,网侧电流满足:A 相、B 相、C 相电流的不平衡度在 10%以内,则该项测试合格。

 

不平衡度是指三相电力系统中三相不平衡的程度,用电压或电流负序分量均方根值与正序分量均方根值百分比来表示。由于负序分量无有效测试手段,工程上,三相电流不平衡度采用下面的方法计算:

 

 

 

 

(本文测试时不平衡度计算参照上述方法)

 

测试数据结果及分析

工况一:仅 A 相投入 30A 有功电流,进行不平衡补偿

 

 

记录工况一:

测试数据如下(由于实际记录的数据较多,下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值)

 

 

工况二:仅 A/B 相分别投入 30A 有功电流,进行不平衡补偿

 

 

记录工况二:

测试数据如下(由于实际记录的数据较多,下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值)

 

 

工况三:A/B/C 分别投入 10A/20A/30A 有功电流,进行不平衡补偿

 

 

记录工况三:

测试数据如下(由于实际记录的数据较多,下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值)

 

 

结论

以上测试数据及结果直观反映了三相负荷不平衡自动调节装置的三相不平衡有功电流的补偿能力,正如本文背景介绍中所述,三相不平衡问题是一个综合性的问题,需要综合治理,治理过程中需要考虑不同的应用需求、综合治理功能的优先级别、经济性与实用性等。具体来说,如单相分布式光伏接入低压配电网时的应用需求与常规单相用电户的应用需求应该区别研究;实际装置的功能一般是综合性的,包含不平衡补偿、无功补偿、谐波补偿等功能,如何定位各功能的优先等级,也是需要充分考虑的;另外由于该装置多应用于户外、尤其是农村偏远地区,对于 IP 防护等级、使用寿命周期、维护保养能力等也是要综合设计。

 

总之,随着十三五农网改造升级工程的实施,低配电系统三相负荷不平衡问题亟需大力解决,研究三相负荷不平衡自动调节装置,及时掌握配电变压器的负荷大小及三相电流、电压等情况,综合运用技术手段,从根本上解决“三相不平衡”电力质量问题显得尤为重要。