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低压三相不平衡治理

发布时间:2016-11-21 09:41浏览次数:3771

1. 产生三相不平衡的原因

电力系统三相不平衡可以分为事故性不平衡和正常性不平衡两大类。事故性不平衡由系统中各种非对称性故障引起,如单相接地短路或两相相间短路等。事故性不平衡一般需要保护装置切除故障元件,经故障处理后才能重新恢复系统运行。正常性不平衡是电力系统在正常运行方式下,供电环节或用电环节导致电力系统的三相不平衡。电力系统中的事故性不平衡均有相应的保护装置来完成故障隔离,但正常性不平衡在电力系统中长时存在且不能由保护装置来完成隔离。目前在10kV配变的三相绕组接线均采用Dyn0或Yyn0的接线方式,配变一次绕组无中性线、二次绕组中性线接地,并接有零线。400V低压供电方式中一般采取三相四线制供电,变压器出口三相负荷理论上应该达到对称,但是在低压配电网中存在大量的单相负荷,由于单相负荷的分布不均和投入的时间不同时性,使得三相负荷不平衡成为低压配电网运行维护中一个比较突出的问题。

2. 台区三相不平衡的危害

《国家电网公司企业标准(Q/GDW519-2010)配电网运行规程》第8.7.4条中规定,不平衡度计算公式为:(最大相电流–最小相电流)÷最大相电流×100%。

三相负荷不平衡度不应大于15%,只带少量单相负荷的三相变压器,中性线电流不应超过额定电流的25%。三相负荷不平衡对电力系统的影响主要包括以下几个方面:

1) 对配电变压器的影响

配变设计时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能基本一致,各相额定容量相等。当配变处于三相不平衡工况下运行,负载轻的一相就有富余容量,从而使配变的出力减少。三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大, 局部金属件温升增高,甚至会导致变压器烧毁。

2) 对高压线路的影响

低压侧三相负荷平衡时,10kV高压侧也平衡,低压电网三相不平衡将反映到高压侧。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大,从而引起高压线路过流跳闸,引发大面积停电。

3) 对低压线路的影响

三相四线制供电线路,把负荷平均分配到三相上,最大不平衡时,某相为3I,另外两相为零,中性线也为3I,此时电能损耗是平衡时的6倍,中性线中流入过大的不平衡电流,导致中性线过载,甚至烧毁。

4) 对用电设备的影响

三相负荷不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加,从而使电动机的温度上升, 效率下降,能耗增加,发生震动,输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短,加速设备部件更换频率,增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少,当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。

3. 负荷平衡调节原理分类

1) 人工调相

针对低压台区的三负荷不平衡问题传统的方法是通过人工离线调整单相负荷相序,将低压线路上的负荷进行平衡分配,该方案尽管在一定程度上能够降低配电台区三相负荷不平衡的严重程度,但由于用电负荷的随机性和不确定性,依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线实时调整,不可避免地影响用户供电可靠性,且在一定程度上存在安全隐患。

通过人工调相调整负荷实施效率比较低,不能长期适应符合变化,供电单位管理困难。实施过程中人力成本投入大,停电时间长,对用电单位影响较大。

2) 无功补偿

在配电变压器低压侧通过相间无功补偿方式调整三相负荷不平衡状况,该方案只能在一定程度上改善配变自身问题,而不能够解决配电台区低压线路的三相负荷不平衡情况。典型的产品类别为智能电容器。

3) 不对称调补

对用电负荷进行不对称调补,通过将一个理想补偿网络与负载相并联,把不平衡、线性及中性点不接地的三相负载变换成单位功率因数且平衡的三相有功负荷,在进行无功补偿的同时补偿三相负荷不平衡。典型的产品类别为SVG。SVG设备成本较高,无法进行大面积推广。同时无法从根本彻底解决三相不平衡问题。

4) 智能换相开关

通过在配电台区低压线路上合理配置适量负荷在线换相装置,在线实现用电负荷相序在A、B、C三相间自由调整,达到低压线路三相负荷平均分配从根本上解决不平衡问题。

4. 三相不平衡治理最优治理

智能换相开关适用于三相四线制的380V/220V低压配电系统,能够在不中断用户供电的情况下根据不平衡度自动调节三相负载,减少低电压问题。

台区内,每个支路作为一个单元,每个支路始端均安装一台中控器,当中控器监测到自身支路的不平衡度超过设定值时,就会启动平衡算法,得出最优策略,然后将调节命令发送至该支路中的对应的换相器,换相器进行相应的换相操作,从而实现支路平衡。台区内如果每个三相的分支都达到三相平衡状态,那么最终变压器也会处于三相平衡状态 

 

低压台区变三相负载平衡系统图

  

工作原理:主控开关安装在配变出线端或各支路始端,实时监测三相不平衡,计算最优平衡状态,并根据计算结果向换相开关下发换相指令;换相开关安装在支路沿线用户前端,监测本分支用户负荷信息,既可接收主控开关指令智能换相,也可主动选高电压相,避免低电压。将负荷大的相位负载,调配部分负荷去负荷小或较小的相位上去,不影响连续供电和用电的情况下,使用自动交叉换相方法使不对称的负荷相对平衡。

智能换相开关治理方案能有效的从根本上解决低压台区三相不平衡问题。且经济、人力维护成本远低于其他治理方案。由此可见,智能换相开关治理方案将作为今后低压三相不平衡治理的主流方案。

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