王剑锋 杨怀建 刘扬

摘  要：受“一带一路”、“中国制造2025”、“民族复兴梦”等方略推进的助力，我国经济稳定发展城镇化建设日新月异。电能作为生产生活的主要动力源，经过几轮全国范围的配网改造，之前影响居民用电体验的低电压，已经不再是供电质量的主要问题，而三相负荷不平衡引起的运行安全和损耗问题，成为低压配电网运维的主要整治目标。针对低压配电网三相负荷不平衡治理问题，该文对现有治理硬件在海西现场的应用情况做了概述，简析其特点和适应条件，以供其他使用者参考。

关键词：配电设备;治理;不平衡

中图分类号：TM506          文献标志码：A

0 前言

随着社会进步和人民生活水平的日益提高，对供电质量的要求越来越高，但受现有电力技术水平和管理水平的限制，配电网的规划建设却跟不上居民负荷的增长变化。同时随着生活水平的提高，大功率家用电器急剧增多，导致单相负荷不可控增长，造成的公变三相负荷不平衡问题，已经是困扰多数配网系统运行人员的一大难题。

1 现有治理不平衡硬件方案

低压配电网三相不平衡是配电台区普遍存在的一种电能质量问题。按照《配网运维规程》规定，配电变压器的不平衡度应符合：Yyn0接线变压器负荷不平衡度不得大于15%，零线电流不大于变压器额定电流的25%;Dyn11接线变压器负荷不平衡度不得大于25%，零线电流不高于变压器额定电流的40%。

由于单相用户负荷变化具有不可控和不同时性，通过规划负荷、临时人工调相等管理手段无法彻底解决三相不平衡问题。经过实践证明相对有效地治理三相不平衡的方法就是通过硬件手段进行在线治理。目前，大量厂商推出了电能质量治理的解决方案，治理产品也五花八门，较常见的有以下3类：换相开关型、电容器型、电力电子型。

2 硬件治理方案的应用

2018年，海西供电公司执行关于城乡接合部台区末端电压质量问题的科研项目，该项目在治理三相不平衡问题时，尝试应用了以上3种手段，将其两相结合应用在同一试点台区2条分支上。

2.1 换相开关型

在该次应用中，在末端单相用户的下户线前端串入了调节柜，调节柜采用三相四线引流线從主线路获取电源，三相四线电源先输入换相开关，开关输出侧向用户供电，换相开关由线路分支处的智能控制器远控。

换相开关型三相不平衡治理硬件工作原理是根据所选监测节点的负荷情况，筛选目前相位在重载相上当前负载合适的换相装置，将装置负载侧的单相负荷在不停电的情况下切换到轻载相。目前市面上的换相开关能做到带225 A以上负载切换相位，动作时间控制在8 ms左右，能保证对供电不敏感的用户设备运行不中断;开关日常运行只有测量、通信功能耗电，损耗比较小基本不会增加线损。此方案从负荷侧进行治理，类同于人工调节引流线，但是比人工调节具有自动化和实时性的优势。

换相开关安装条件是必须安装在三相四线制线路与单相两线用户的切换点处，一般位于电网末端，使换相开关有三相四线电源，以具备切换的硬性条件;安装时设备须串入现有电网，增加施工工作量和施工难度，增加了系统故障点，对系统稳定系数有一定影响;不适合负荷侧有对电能质量要求高的精密仪器;仅适用于单相负载较多的台区，三相用户引起的负荷不平衡无法调节;换相开关的监测点选择比较重要，设备寿命受策略影响较大，策略合理性比较重要;开关安装位置、所带用户、开关数量需要进行勘察和技术论证，需综合投资收益比;开关与控制器远程通信，其通信的稳定性对调节效果有一定影响，换相开关的调节是粗放调节，同时对有功和无功负荷进行相位切换，对低压补偿设备有不小的影响，两者需有机配合。

2.2 电容器型

在该次应用过程中，还尝试电容器型治理三相不平衡的方法。

电容器型三相不平衡治理的硬件是利用Wangs定理，通过在低压配电网线路相间跨接电力电容器的方式进行无功补偿和有功转移。

电容器型治理方案主要通过相间电容器实现，成本较低，施工难度小，即使电容器损坏也不影响配电网正常运行;此方法在治理三相不平衡的同时还可以补偿无功;无论是单相用户还是三相用户引起的不平衡都可以治理。

电容器型调节设备因其有补偿特性，非常容易造成过补偿;电容器只能整退整投，实际转移电流只有额定的1/3左右，想提高转移电流，会使设备体积成倍增加;设备运行过程中容易产生谐波放大的隐患;安装位置对其效果影响大，相对适合于变压器低压侧或分支节点位置。电容器型治理方法仅将安装点的负荷电流调节趋近于平衡，并未对末端实际负荷情况做调节，对补偿节点后侧线路安全稳定无任何影响，仅适合做补充手段。

2.3 电力电子型

电力电子型调节设备通过外接电流互感器（CT）实时监测线路电流，并将电流信息发送给内部控制器进行处理分析，计算出达到平衡状态时各相所需转换的电流值，然后将信号发送给内部IGBT并驱动其动作，通过吸收-储能-转移的方式，最后达到节点三相平衡状态。

电力电子型三相不平衡治理设备具备精准调节的优势，即根据设定阈值计算出需要转移多少，就转移多少电流;此类设备的安装是并入现有线路，施工难度小;具有一定的消除谐波作用;装置具备线性无功补偿的特点，功率因数能达到0.999;既可以发出感性电流也可以发出容性电流，通过双向无功补偿，避免线路上无功流动;一套设备实现调节负荷平衡、调节无功、消除谐波的作用，调节过程不会出现振荡。

电力电子型补偿设备造价比较高，投资收益比相对较低;设备运行会产生一定的损耗，且随不平衡度的上升而提高;设备多数比较重，对安装环境有一定的要求。

3 应用总结

经过半年的实际监测运行数据统计，试点台区的低压侧三相不平衡率由原来的月平均39.6%降到17.2%;综合线损率略有降低，由原来的5.22%变为4.91%，;两路分支节点功率因数月平均分别为0.992和0.998;变压器低压侧零序电流趋近于相线额定电流的1%;电容器调节和换相开关调节配合的分支设备动作次数相对较多，且有过补偿情况发生;电力电子型设备的运行有一定的损耗，在一定程度上增加了分支线损。由以上运行数据可以看出，3种硬件治理不平衡的手段各自有优缺点，适用于不同的用电需求客户，两两结合比单独使用一种投资回报率高。

台区三相不平衡的治理并不是一蹴而就的事情，单纯依赖硬件手段也是不现实的。这就需要运行人员根据运行数据进行针对性分析。综合城市区域规划、投入资金、施工难度、负载用户类型，来选择组合类型，通过低压配电网的合理规划改造、详细对负荷进行评估分配，规范线路施工、改用单相变供电、定期进行负荷实测和调整等办法，进行详细的技术论证，根据实际需求进行治理。该文仅对在海西地区该次科技项目应用的情况进行总结，因技术和监测手段原因造成的错漏之处，也欢迎阅者指正。

参考文献

[1]单林森，沈海江，朱圣盼，等.配电网运行规程：Q/GDW 1519—2014[S].国家电网公司，2014.

[2]邓惠华，李国良，周晓明，等.基于协调控制SVG的低压配网三相负荷不平衡治理技术[J].电工技术学报，2017，32（a01）：75-83.