平衡配电（精选九篇）
平衡配电 篇1
在中国低压配电网中,电力用户多而分散,存在大量时空不均匀的分布单相负载,造成多数配电台区有着不同程度的三相负荷不平衡问题[1]。根据江苏电网南京市某片区587台配电变压器监测数据显示[2],不平衡度大于20%的公用配电变压器约占57.58%,由此可见,该片区的三相不平衡问题十分严峻。三相负荷不平衡会对配电台区造成一系列的影响,主要包括:(1)造成配电变压器的出力降低,电能转换效率下降大;(2)大大增加了配电变压器和线路的损耗;(3)导致了配电台区中重载相的供电电压质量严重下降;(4)使得配电变压器零序电流大大增大,引起的涡流损耗使配电变压器运行温度升高,危及其安全与寿命[3]。因此,降低配电台区三相负荷不平衡度,提高配电台区经济运行水平和供电电压质量是亟待解决的问题。目前国内外配网三相不平衡治理一般采取的措施是换相投切负荷和附加补偿装置,其中,换相投切负荷的方法又包括人工换相和自动换相两大类。
虽然当前的研究在一定程度上解决了配电网的三相不平衡问题,但是随着未来间歇式新能源的大规模并网、各种储能设备以及电动汽车的大量接入[4],必将给电网及其电能质量的治理带来新的不可忽视的影响。为此,本文在综述了当前配网三相不平衡治理研究成果的基础上,分析了在大规模储能应用以及电动汽车大量接入电网的新形势下,配网三相负荷不平衡问题的治理所面临的挑战与机遇,提出了崭新的研究思路。
1 传统三相不平衡问题治理研究
在电网正常运行时,系统为三相平衡(对称)系统,即三相电压、电流正序对称,A、B、C三相正序互成120°。当系统由于断相或者三相元件以及负荷不对称等原因导致三相电压或电流不再正序对称,如相位角不再互成120°,幅值不再相等的情况就称之为三相不平衡系统。三相不平衡是配电网存在的影响电能质量的主要问题之一,我国国标对电网三相不平衡问题的含义、标准范围以及计量方法都做出了详细的规定[3]。参考文献[5]指出,事故性不平衡和正常性不平衡是电网中两种不平衡的类型,其中,事故性不平衡是由于系统中各种不对称故障引起的,此类故障是不允许出现的,而且必须尽快消除。正常性不平衡是由供用电线路中的非线性负荷、不对称负荷等原因造成的,参考文献[6]对引起配电网中正常性不平衡的因素进行了概括。下文将从控制算法和治理措施两个方面,分析传统配电网三相不平衡问题的研究现状。
1.1 控制算法
现有的不平衡控制算法包括相平衡算法和补偿算法两大类。
1.1.1 相平衡算法
参考文献[3]指出该算法又称平均负荷分配法,其原理是基于预估的每一相供电功率大小进行调整,使得总的三相不平衡度减小。如今智能电网快速发展,越来越多的传感器、智能仪表被接入到电网,有效地保证了电力系统中各项数据的实时性。目前配电网中常应用该算法来解决三相系统的单相供电的线性负荷分配不均的问题。例如参考文献[1]基于此算法确定了低压负载在线自动换相的方案和措施。这种算法的优点是投入成本低,但因在不同时段内用户用电情况并不一致,难以随时调整负荷分配,因此实际上是很难达到期望的平衡效果。
1.1.2 补偿算法
1)基于对称分量法的补偿方法
参考文献[6]中C.P.Steinmetz教授首先提出了在线性三相三线制的不平衡系统中理想的补偿网络理论。随之,参考文献[7]中提出了利用对称分量法将不平衡电流分解为对称的正序、负序、零序,进而求出各相所需补偿的导纳值,解决了由于负载导纳所表示的补偿导纳不容易被测量的问题。在此基础上,参考文献[8,9]分别通过测量瞬时电流、电压值和计算有功、无功功率平均值以求取所需补偿的导纳,前者有着严格的附加要求,即抽样时间必须是三相电压过零变正的时刻,后者虽然对采样时刻没有特别要求,但是电压量和电流量的相量形式难以测量和实现。参考文献[10,11]基于上述平衡化补偿的基本原理所提出的工程化的实现方法。
2)基于瞬时无功功率理论的补偿方法
参考文献[12,13,14,15]阐述了该方法的原理与应用。其中,参考文献[12]指出该理论将三相电路的各相电压和电流的瞬时值变换到两相正交的坐标系上研究,很好地解决了以往采样延时和三相电压不对称影响等问题,同时为三相四线制系统的平衡化提供了一种新的思路。参考文献[13]提出一种通过检测计算负载瞬时功率值,分解得到其有功功率的直流分量,并转换成电流指标以此作为补偿指令的控制算法。
3)基于同步对称分量的补偿方法
参考文献[16,17]提出了另一种无功补偿导纳算法,即同步对称分量法。在电源电压发生畸变的情况下,以电网三相正序电压为同步参考坐标求得电网所需要补偿的导纳值。参考文献[16]指出在三相电压不是正序对称的情况下,可以将不平衡负载分解为平衡负载部分和单相负载部分,再对Steinmetz平衡化方法进行修正,从而得到所需的补偿量。
值得注意的是,以上的研究的控制算法中还存在很多的不足之处,如Steinmetz原理只适用于线性三相三线制系统,对于三相四线制系统并不适用。另外,还有一些控制算法存在较大的计算量,影响系统的响应速度。所以为了更好地对三相不平衡系统进行补偿,研究更为可靠、更准确的算法具有十分重要的意义。
1.2 检测与治理措施
1.2.1 换相投切负荷
1)人工换相
参考文献[2]研究了人工换相的方案治理,该方式采用相平衡控制算法,其调整策略是选取某配变的若干单相用户,通过分析智能仪表以及用电信息采集终端系统所采集的实时数据。工作人员凭借数据分析结果和调节的经验采用试错法对低压线路各相上的负荷进行平均分配。
虽然人工换相调整的成本较低,但这种方法需要进行大量的准备工作,而且换相操作需要大量的工作人员,工作量较大,人力成本较高,同时由于负荷的随机性和不确定性,依靠人工换相的方法不能实时的进行在线负荷调节,很难达到预期的理想效果且在一定程度上存在安全隐患。
2)自动换相
三相不平衡自动换相装置同样根据相平衡控制算法,它通过自动切换用户的相序,从而减小系统的三相不平衡度。三相不平衡自动换相装置主要由在线自动换相装置和综合控制终端组成[5],图1为低压负荷在线自动换相电路示意图。参考文献[5]中总结了自动换相器的不平衡检测方式,即通过综合控制终端采集三相线电流及零线电流,根据控制器内置算法计算出配电变压器三相不平衡度,并且进行优化分析计算,发出最优换相调节指令,控制在线自动换相装置执行换相操作。目前国内切换开关的切换时间最快为1 s,即换相时将引起用户瞬时停电,因此,在电压敏感度不高且配变台区的功率因数不低于0.9的用户节点上,可以安装三相不平衡自动换相器。
自动换相器的成本介于人工换相装置和不平衡补偿器两者之间,但是切换时可能会造成用户瞬时停电,影响了用电设备的安全性与稳定性。因此,需进一步优化和完善换相策略,进行更为合理地用户节点的配置选择。
1.2.2 附加不平衡补偿装置
附加不平衡补偿装置主要指的是对用电负荷进行不对称补偿,通过将一个理想补偿网络与负载相并联,如图2所示,对不平衡的三相负荷进行无功补偿,它把不平衡的三相负荷变换成平衡的三相有功负荷且功率因数为1。其中,依据上文总结的补偿算法求取补偿导纳最为关键。另外,附加不平衡补偿装置也可以是在配电变压器低压侧通过附加相间无功补偿装置调整配变的三相不平衡状况,但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。参考文献[8,9,10,11]概括总结了三相不平衡补偿方式的不平衡电流的检测方法,即通过并联在电网中的电流互感器实时监测线路中电流大小,通过安装不平衡电量的自动记录装置,在各条配电线路上以及多点同时进行测定,故能及时掌握配电母线不平衡电压变化情况并及时进行补偿。
具体的补偿方法一般可分为静态补偿和动态补偿。静态补偿的方法造价低,控制和结构简单,但装置的性能受负荷变化的影响较大。早期的动态补偿采用的是同步调相机装置,随着电力电子技术的飞速发展,出现了柔性交流输电系统(FACTS)和各种新型的无功补偿装置。目前静止同步补偿器(STATCOM)和静止无功补偿器(SVC)应用最为广泛,但是STATCOM调节能力要优于SVC,但STATCOM与同容量的SVC相比成本相对较高,技术还不够成熟。图3为几种主要的无功补偿装置。参考文献[18]提出了统一潮流控制器(UPFC)、统一电能质量控制器(UPQC)等新型装置,未来也将成为三相不平衡无功补偿技术的重要组成部分。
目前国际上治理三相不平衡通用的方法是附加无功补偿装置。但是,一般无功补偿装置的价格较昂贵,占地面积也较大,相对于其它的方法而言,投入成本较大,并不太适用于低压台区。因而,寻求更为优良的三相不平衡治理方案是仍需深入研究的重要内容。
2 新环境下配网三相不平衡问题的研究
在传统环境污染和能源短缺问题日益严重的情况下,作为新一代的交通工具,电动汽车在节能减排、减少环境污染方面具有很大的优势[19]。参考文献[4]阐述了随着电动汽车的不断普及,对电力系统的运行规划带来的深刻影响。目前,研究的新热点电动汽车—电网互动技术(Vehicle to Grid),指的是电动汽车在受控状态下实现与电网能量、信息双向互动的新型技术[20]。参考文献[21,22,23,24]总结了在大量的电动汽车接入系统之后,对配电网的节点电压值以及三相不平衡等方面的影响。其中,参考文献[23]的研究结果表明,通过对电动汽车的有序充放电控制,可以改善电网的节点电压水平,并降低系统的三相不平衡度。由此可见,设想通过算法控制电力电子开关和变流器动作,使蓄电池组与电网之间进行三相不平衡充放电,便可以在不改变电网原有配置的基础上实现系统的三相不平衡补偿,从而削减线路三相不平衡程度。
同时,随着电动汽车的大规模普及应用,现有储能方式也将发生重大的改变。2015年5月,美国特斯拉公司正式发布了家用储能电池,只需要通过在用户自家屋顶安装太阳电池板,便可以实现家庭“自给自足”的供用电模式。参考文献[25]中提出了家庭分布式储能模式的概念,家庭分布式储能系统相当于一个个小型储能电站,根据需求量的不同,每个家庭的用电量都能随时进行调节,可以随时将多余电量在用电高峰期输入电网,必要时从电网将之前输出的电能取回,从而能有效缓解电网波峰时期的用电压力,而且通过家庭储能系统平衡用电负荷,能大大节省了电费开支。更重要的是,作为单相用电系统,用户在灵活支配电能的基础上,通过控制需求侧响应和接入电网的户数,使得储能设备补偿或者吸收一定的电网功率,便能主动参与电网三相不平衡的治理,从而改善系统的电能质量。
综上所述,新环境下配网三相不平衡治理将面临更大的挑战与机遇,随着光伏发电等分布式能源技术的不断发展,家用储能以及电动汽车的逐渐普及,通过电动汽车三相有序充放电就能有效地实现各项电能质量调节,这意味着不再需要通过传统的负荷投切或是附加补偿装置,仅需改变和优化调度方案便可实现系统的三相不平衡治理。
3 结语
平衡配电 篇2
郭宇航
山东省菏泽第一中学, 山东省菏泽市274000 摘要：在我国的城乡居民供电系统中，由于每家每户用的电器不同，那么负荷必然也不同，而这就会加剧电网三相电流的不平衡，而对于这种情况，目前供电企业并没有找到很好的解决措施，只能经常的对其进行测量、监控，以减少出现状况的频率。而接下来本文就着重研究配电变压器三相负载不平衡的危害，并提出了相应的治理措施。关键词：配电变压器；电流不平衡；治理措施
1、简述配电变压器的三相负载不平衡及成因 三相负载不平衡也就是指：电力系统中的三相电流的振幅各不相同，且彼此间的振幅差超过了指定范围，而严格按照技术要求的话，那么三相负载电流不平衡度应该控制在15%，在这之间才是安全的范围。接下来讲解三相负载不平衡的原因，据调查发现三相负载不平衡的主要原因则是管理上出现了漏洞。因为相关工作人员在对配电变压器三相负荷进行分配时，部分工作人员存在盲目性、随意性，而工作人员的这种态度也就为以后埋下了安全隐患；再加上农村用电存在严重的混用现象，比如对用电功率、照明的混用等，而农村的这种现状，就会给相关工作人员增加很大的难度，因为农村用户用电的情况比较杂乱，不易于工作人员掌控；还有一种原因就是：供电企业并没有建立一个完善的监测、考核管理机制，而导致公用变压器三相负载达不到平衡运行的目的，很大一部分原因就是管理存在漏洞，没有时时有效的对用电情况进行监测，也没有定期的对工作人员进行考核，所以要想改善三相负载不平衡就要从本做起。
2、配电变压器三相不平衡的危害 2.1可能出现的安全方面的危害 在配电变压器的运行中，由于三相负载不平衡可能带来安全方面的危害，而本人把其归纳了四种：①会对人身产生危害。当配电变压器中性点在接地运行时，如果此时的接地电阻没有达到技术所要求的标准，那么当三相负荷不平衡到一定程度时，就会使配电变压器的中性线带电，而当这种情况出现时必然会给配电变压器金属构架人员的人身安全造成威胁，而因此造成的人员伤亡事故屡有发生，所以为了人们的生命安全，应对三相不平衡进行有效监测。②对配电变压器本身的危害。在对配电进行设计时，其绕组结构都是按照负载平衡运行情况设计的，而且性能相差无几、各相额定容量也相等，而这也就说明了:配电站不是可以无限出力的，而是要受到每相额定容量的限制。而在这种情况下，如果让配电在三相不平衡的工况下运行，那么负载重的一相极有可能因承受不住而出现状况，而负载轻的一相则有富余容量，而这样就会导致配电的出力减少，所以我们就可以认为：配电出力减少的程度与三相负荷的不平衡有关，即三相负载不平衡越大，其配电出力减少越多，反之则相反。因此，当三相负荷出现不平衡时，那么配电变压器的过载能力就会降低，久而久之就会对变压器造成危害。而在生产、生活的实际用电中，出现三相负荷不平衡的原因主要是用户用电的随意性以及配电工作人员分配不均，而这两种情况都会使配电变压器处于不平衡运行状态，且也会导致零序电流过大。而在这种状态下运行，轻则会使配电变压器的供电效率降低，进而会使其金属配件过度升高；重则就会把配电变压器的单项零件烧坏或者也会殃及池鱼把用户的电器烧坏。③会对用电设备带来危害。当配电变压器在三相平衡的状态下运行时，那么三相电流基本是相等的，必然配电内部每相的压降也相等，而在电流、电压都相等的情况下，配电变压器输出的三相电压也是平衡的，而只有在这种情况下，才会给用户提供一个安全的用电环境，也只有在这种情况下，才能保证相关工作人员的生命安全。但是当配电变压器在三相负载不平衡的状态下运行时，那么输出的电流必然不会相等，而且也会导致配电内部的三相压降也不相等，那么这种情况下，配电变压器输出的三相电压必定会不平衡。而在三相负荷不平衡的状态下运行，就会致使中性点的位置发生位移，进而导致中性点有电流通过，而这是极其危险的。除此之外，由于三相负荷的不平衡，就会导致负载重的一相电压降低，而造成的后果就是:照明灯具变暗以及电器效能降低等问题；而负荷轻的一相情况也很糟糕，因为负载轻的一相电压会升高，以及可能会损坏电器，就像刚打完球全身流汗的人，突然冲凉水澡，那么极有可能会给身体造成危害，而三相负荷不平衡造成的后果也是这个道理。④会对电动机造成危害。配电变压器如果在三相负载不平衡的工况下运行，那么输出的电流、电压都不相同，在上面我也有详细说明，在此就不过多阐述了。由于不平衡电压有三个电压分量，即正序、负序、零序，当不平衡电压输入电动机后，负序电压就会产生旋转磁场，同样正序电压也会产生旋转磁场，而这两者的磁场是相反的，能起到制动作用。但是在运行的过程中正序磁场发挥的能力远远强于负序磁场，那么电动机就仍会朝正序磁场方向转动，可是在运行的时候还是会受到负序磁场的制动作用，而这样造成的后果就是：电动机输出功率减少，效率降低且电动机的无功损耗也会随着三相电压的不平衡度而变大，所以说在三相负荷不平衡的状态下运行，对电动机是极其危害的。以上就是三相负荷不平衡带给安全方面的危害。
2.2对电压质量和线损带来的危害 在三相负载不平衡度较大的情况下，会使配电变压器的中性点不接地或者也可以说是接地的电阻达不到标准，进而导致中性点的位置发生了改变并同时使中性线带有电压。而这造成的后果就是：线路的电压降被加大了，且输出的功率也降低了，最终导致线路供电的电压偏低，尤其是线路末端的电压。而在这种情况下就会直接导致用户的用电设备无法正常工作，而且电器的效能也比较低，久而久之就会大大提高低压线破损率，这种结论并不是空穴来风的，而是有实践证明的。在实践证明下，我们可以粗略的得出：三相负荷长期的不平衡比平衡状态情况下的低压线破损率高2%-10%，而且三相负载不平衡度如果超过了15%，那么线损率会更加严重，也就是说不平衡度越大，给线损率造成的影响也越大。所以接下来，本人就着重研究解决三相不平衡负再的办法。
3、三相不平衡负载的解决办法 3.1应在管理方面做好两方面的措施
为改善三相负载不平衡，在管理方面应双管齐下:①要建立一个完善的监测制度。因为在监测制度的驱使下，就能督促管理人员认真的监测三相负荷的变化，尤其是在用电的高峰期，比如早中晚，在这期间极易出现状况。如果不间断的对其进行监测，就能够通过对三相负荷的监测，计算偏差的范围，进而当出现问题时能够及时制定调整三相负荷的计划，以减少出现事故的概率。所以在供电企业中，应该设立专业的人来对三相负荷进行有效监测。②应该加强对基础资料的管理。因为在我国县级供电企业中，普遍存在这样一种现状：就是不重视基础资料的管理，进而使用户负荷管理这项工作成为薄如环节，那么当新增用户接入时，比较的随意，总觉得加几户不会对三相负荷造成影响，但是‘千里之堤毁于蚁穴’，而新增用户的随意性就是引起三相负载不平衡的源头，所以要想改善这种现状，就应该在日常管理工作中，加强对基础资料的管理。
3.2要想三相负荷平衡应做的技术措施 在技术层面应做的措施我把其归纳了五点：①要积极改善配电网络，比如可以减少两线制增加四线制，这样做的目的是为了当三相负荷不平衡时，能够有效的对其进行负荷调整，而且还能避免新用户接入负荷的随意性，因为当有新的用户接入或者用户要进行改造时，都会受到三相负荷平衡度的限制。②工作人员要根据三相负荷检测情况，对低压用户的负荷及时的进行调整，进而保障在每天高峰期时能够使三相负荷保持基本平衡，如果当地的经济条件比较好的话，就可以安装配电监测系统，这样就能够每时每刻的对其进行监测，一旦出现不平衡状态就能发出警报，提醒相关的工作人员对其进行调整。③要尽量增大中性线的导线截面。尤其是在规划或者建设配电网络时，尽量使中心线与其他导线的界面一致，这样就能够有效减少损耗，进而消除存在的断线事故隐患。④要在配电网络中尽可能多的增加接地点，这样就能够有效减少三相负载不平衡引起中性点偏移时产生的电压降，这样就能够从一定程度起到保护设备的目的，进而确保配电变压器在三相负荷平衡的状态下运行。⑤要充分利用电力电子技术。因为在配电变压器运行的过程中，可以使用电力电子器件对三相负载的电能进行变换和控制，以达到三相负载平衡的目的。以上五点就是在技术层面应做的措施。
4、结束语
在三相负载调整工作中，虽然我们不能使其拥有绝对的平衡，但是为了给民众提供安全的用电环境，就应该尽其所能使其拥有相对平衡的状态。所以供电企业就应该加强对三相负载的时时监测，因为这样可以及时的发现问题，进而解决问题，减少用电事故的发生。而在以上篇幅我主要研究了在三相负载不平衡时带来的危害，并提出了相对的应对之策。
参考文献：
配电变压器负荷不平衡对系统的影响 篇3
1.负荷不平衡带来的危害
线损增加。线损增加体现在两个方面。第一个是变压器的损耗。空载损耗以及负载损耗是配电变压器损耗的两个组成部分。空载损耗与配电变压器的运行电压有关系，运行电压的变化会带来空载损耗的变化。在通常情况下，配电电压器的运行电压基本上没有什么变化，也就是说，对于空载损耗的影响不大。而负载损耗是与通过的电流呈一定的比例关系。准确的来说，负载损耗与通过电流的平方成正比。在输送容量相同的情况下，由于三相负荷的不平衡，导致了变压器的损耗增加。第二个方面是线路的损耗。大家都知道，在电流通过线路时，会产生功率的消耗。功率的消耗与变压器三相的不平衡有着密切的关系。不平衡度越大，功率的消耗就越大。线路的损耗也就越大。
变压器的利用率降低。变压器的出力是变压器利用率的衡量指标。变压器三相绕组的结构性能是相同的，按照正常情况来说，三相间的平衡可以保证变压器的出力达到最大，从而使得变压器的利用率最大。当三相的负荷不平衡时，每相的最大负荷值就有所不同。变压器会以能承受最大负荷的那个绕相所能承受的负荷为限。这样就降低了配电变压器的最大负荷值，在严重的情况下，如果变压器三相的负荷不平衡过大，使绕组的结构容易受到损坏。所以说，过载就会带来变压器被烧坏的后果。这使得变压器的利用率大大降低。
零序电流带来的威胁。当配电变压器的不平衡程度到达一定程度时，零序电流就很容易产生，零序电流通常集中在变压器的铁心中，随后会产生零序磁通。零序磁通会在变压器的相关结构下构成通路。构成通路以后便带来了麻烦。因为，变压器的这些结构在设置时并没有考虑导磁这些因素。由于零序磁通所带来的磁通量无法通到变压器外，只能在变压器的内部结构中造成危害，比如说造成磁滞和涡流损耗。该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第539期2014年第07期-----转载须注名来源由此带来的后果是，通过线路所消耗的功率增加，于是变压器再次面临损耗的威胁，因为变压器的内部金属结构已经升高，变压器很有可能被烧坏。
电压的不平衡。电压的不平衡也是由三相负荷不平衡所导致。三相负荷不平衡时，每相通过的电流也就不一样，导致电压降就也不一样。通过电流大的，电压降就相应比较大，通过电流小的，电压降就相应的也就比较小。电压降就不一样造成每相的电压不用，这已经开始影响三相负荷的不平衡。变压器的出力已经变得不稳定，电能也在一个起伏的状态。换句话说，电能的质量也受到了影响。用户的照明生活肯定也受到了干扰。
输出功率降低，绕组温度升高。当变压器负荷不平衡导致电压输出不同以后，感应电动机中会产生逆序磁场。就字面上理解，逆序磁场肯定与正序旋转磁场相对应。逆序磁场有着一定的阻碍作用，但是，它无法完全消除正序旋转磁场的强大力量。换句话说，电动机在正，逆序旋转磁场的共同作用下做正序旋转运动。由于逆序旋转磁场的阻抗小，因此逆序旋转磁场的电流就比较大，电流增大以后，通过线路的功率就增加。电动机的输出功率会降低。每相的绕组温度就会升高，与前面所分析的内容一样，温度升高会带来变压器被烧坏的危险，容易出安全事故。
2配电变压器负荷不平衡对系统影响的原因分析
对三相负荷不平衡的重视不够。在比较早的时间里，大家潜意识里已经意识到三相负荷不平衡可能会带来的危害，但由于一味的在低线路改造方面做努力，忽略了负荷平衡的因素。管理人员没有按照规定去执行，在负荷平衡问题上缺乏监测的自觉性和审查力度。通常，它们普遍认为，只要线路没问题，电压能供应，不出安全事故，不影响用户的日常照明生活就可以了，没有重视负荷不平衡可能带来的潜在的危险，缺乏自觉性。
单向用电设备的增加。随着经济的发展，人们的生活水平逐渐提高。单相用电设备的普及程度以及使用频率也因此增加。单相用电设备通常是指一些功率比较大的电器。比如空调。这些设备有诸多优点。安全方便，节能环保，很受大部分家庭用户的喜爱。但是，这些电器的功率比较大，所以需要使用单相电源，这样更能满足这些设备的需求。但是，当单相电源承载的电量过大时，会造成对负荷不平衡的负面影响。也就是说，负荷不平衡的程度加大。
3.解决办法
对于基础资料的完善。对于任何事情，如果想解决好，必须先得有足够的了解。我们可以组织人专门针对用户各相的负荷情况做一个报表，便于分析。这个表需要及时的更新。比如新增的用户或者新的负荷数据。通过严格的检查，保证变压器的负荷平衡。
加强用电管理。管理人员在了解了负荷平衡的重要性后，就应该在这方面做出改革。管理人员要熟悉情况，对于负荷的调整与分配情况要有一定的把握与策略、
由于配电变压器的负荷不平衡问题已经成为一个困扰，因此对于它的探讨和解决方案的研究也就很有价值。这是一个长期并且很艰难的过程，我们必须要坚持下去，这对于变压器效率的提高和安全性的保障很有意义。我们要努力把它做好。
配电台区三相负荷平衡的运行管理 篇4
1.1 农村电网单相用电设备多
农村电网具有三相负荷与单相负荷同时供电的特点, 而且在农村配电台区, 单相用电负荷占绝大多数。随着近年来农村经济的较快发展, 农村家庭大功率家用电器逐渐增多, 其中电热设备和空调器等单台功率很大, 且均采用单相电源。
1.2 接电施工时不注意平衡三相负荷
在对220 V用户接电过程中, 一方面是一些施工人员没有三相负荷平衡的概念, 另一方面是为了避免给用户搭接成380 V电压, 造成损失, 图方便省事, 就把单相负荷都接在相同的相线上, 使得农村电网负荷不平衡现象加剧。
1.3 对三相负荷平衡管理不重视
在日常运行管理中, 对三相负荷平衡管理不够重视, 配电台区的负荷实测工作不到位, 没能对负荷实测, 也就难以发现三相负荷不平衡, 更谈不上进行负荷调整。
2 三相负荷不平衡的危害
2.1 三相负荷不平衡对配电网络各运行节点的危害
(1) 给配电变压器带来危害。三相负荷不平衡最严重状态下重负荷相电流将是三相平衡最佳状态下的3倍。配电变压器三相绕组的结构都是按三相负荷平衡工况设计制造的, 各相额定容量基本相等。在三相负荷严重不平衡状态下运行, 重负荷相就会超过其设计容量, 而其他两相处于闲置状态, 此时极可能造成重负荷相绕组和变压器油过热, 加速绝缘老化, 加快变压器油劣化, 缩短变压器的使用寿命, 严重时将烧毁变压器。
同时, 在三相负荷不平衡状态下, 变压器低压侧中性线中将产生极大的零序电流, 则其铁心中将产生零序磁通。由于变压器高压侧不存在零序电流, 这将迫使零序磁通只能以变压器其他金属构件作为通道通过, 而这些金属构件如变压器油箱体等通常是由磁导率差的非导磁材料制成, 这必将引起磁滞和涡流损耗使零序磁通经过的部件发热, 使变压器局部金属构件温度异常升高, 严重时将导致变压器运行事故发生。
(2) 给供电线路及配电设备带来危害。供电线路在所接单相用户负荷固定情况下, 三相平衡最差状态下的重负荷相电流将是最佳状态下的3倍;中性线中通过的电流和重负荷相电流相等, 这将极可能造成重负荷相导线温度直线上升, 而导线接头处等薄弱环节将首当其冲。温度升高, 氧化加剧, 电阻进一步增大, 温度进一步升高, 直至接头烧断。如果中性线截面积为相线截面积的50%以下, 中性线烧断的概率将更高。
同样, 在户外配电箱内, 各设备也是按三相平衡工况设计制造, 并且内部电气设备搭接点多, 抗过载能力差, 如果三相负荷严重不平衡容易使空气断路器频繁动作, 接触器及刀开关触头烧毁, 进一步发生户外配电箱烧毁的严重事故。
(3) 给用电设备带来危害。对于农村低压电网三相四线制供电系统, 三相负荷严重不平衡时中性点将发生偏移, 三相电压将出现不对称情况。重负荷相将呈现低电压, 其单相负荷将会出现电灯发暗、空调器不能正常工作、小水泵输出功率低而烧毁等。而在轻负荷相将呈现高电压, 所接单相用电电器将有可能出现过度发热、绝缘老化、使用寿命降低甚至烧毁的情况。对于三相用电的电动机, 在设计制造中各相绕组的阻抗基本一致。如果在三相电压严重不对称的情况下运行, 其内部将产生由不对称电压引起的正序磁场和负序磁场。由于负序磁场存在制动作用, 必将引起电动机输出功率减小, 如果所带负载不变, 电动机温升及无功损耗将加大, 其经济性和安全性受到影响, 严重时将烧毁电动机。同时电动机在三相电压不对称情况下运行将引起额外振动, 这将损害电动机的旋转机构, 缩短电动机的使用寿命, 加大电动机的维护成本。
2.2 三相负荷不平衡对供电管理的影响
(1) 三相负荷不平衡对运行管理的影响。三相负荷不平衡造成的变压器、线路、配电设备及用户用电设备的损毁, 一方面增大了供电企业的运行成本;另一方面由于设备损坏造成的供电事故给供电抢修工作带来了极大的负担, 增加了供电优质服务的压力, 影响供电企业的社会声誉。特别是在用电高峰期间, 由于用电负荷将远超过平时负荷, 三相负荷不平衡所造成的影响更加突出。配电台区不但有严重的低电压出现, 也可能会引起10 k V配电网某相电流过大, 引起配电网过流保护动作频繁, 造成极其不良的社会影响。
农村低压电网普遍采用剩余电流动作保护装置来保障用电的安全性。根据《农村低压电力技术规程》规定, 阴雨季节剩余电流总保护额定剩余动作电流在剩余电流较大的电网最大值为300 m A。根据剩余电流产生原理, 在三相负荷平衡最佳状态下, 三相剩余电流基本平衡, 在总保护零序电流互感器内产生的磁通相互抵消, 总保护零序电流互感器感应的零序电流基本为零, 总保护不会动作;在三相负荷平衡最差状况下, 计算表明配电台区只要超过20户单相用户, 其产生的剩余电流值即有可能达到总保护动作值, 这将引起配电台区剩余电流总保护频繁动作, 严重影响供电可靠性。
(2) 三相负荷不平衡对线损管理的影响。在所接单相负荷固定的情况下, 分析三相四线制供电线路的损耗功率。在三相负荷平衡最佳状态下, 三相电流相等, 即Iu=Iv=Iw=I, In=0, 则损耗功率P1=3I2R;在三相负荷平衡最差状态下, 三相电流分别为Iu=3I, Iv=Iw=0, In=3I, 则损耗功率P2=2× (3I) 2R=18I2R=6P1, 线损将大大增加。
同时由于三相负荷不平衡而引起的中性点偏移会影响电能计量装置的精度, 造成计量损失。由此可见, 三相负荷平衡对配电台区的线损管理影响之大。
(3) 三相负荷不平衡对安全管理的影响。配电台区由于三相负荷不平衡而产生的三相电流不平衡、三相电压不对称对运行设备造成的安全隐患前面已作了分析。现在农村低压电网的日常运行安全管理主要是采用在户外配电箱内安装剩余电流动作保护器来避免农网触电事故的发生。当三相负荷不平衡时, 会造成三相电压不对称, 重负荷相电压降低, 轻负荷相电压升高。如剩余电流总保护器所接工作电压过低将不能保证其正常工作, 在这种情况下, 发生人身触电、漏电、接地等事故时保护器便有可能拒动作。仍以剩余电流总保护额定动作电流在剩余电流较大的阴雨季节最大值为300 m A为例, 根据零序电流互感器的工作原理, 当三相负荷严重不平衡时, 总保护将出现不灵敏相和动作死区。以三相负荷平衡最差状况下分析, 重负荷相产生的零序电流为250 m A时, 总保护不动作;当另外两相中发生触电事故漏电电流超过50 m A安全电流时, 零序电流互感器产生的零序电流将小于250 m A, 发生的突变电流也会由于三相负荷不平衡而抵消一部分达不到动作值, 总保护仍不动作。因此, 只有三相负荷平衡, 才能保证配电台区剩余电流动作总保护可靠运行, 防止人身触电伤亡事故发生。
3 三相负荷平衡的调整与管理
在实际工作中, 配电台区三相负荷平衡的调整, 不是简单地把单相用户一分为三, 每相搭接1/3户数, 因为单相用户的负荷有大小之分, 也有随季节性变化的部分;三相负荷的调整也不是简单地做到总负荷的平衡, 而是要先做到每条支线上负荷的平衡, 在每条支线负荷平衡基础上实现总体负荷平衡, 对于配电台区的三相用电负荷, 也要做到内部负荷的三相平衡。
(1) 提升管理能力。做好配电台区三相负荷平衡的管理, 首先要强化农电工作人员对三相负荷不平衡所带来危害的认识, 加强对这方面工作的胜任能力培训, 提高其专业技术水平。
(2) 做好负荷实测, 加强配电台区的资料管理。通过负荷实测及时发现配电台区运行中出现的多种问题, 包括三相平衡问题, 以便采取措施予以解决。加强配电台区的资料管理, 把单相用户的搭接杆号及相位登记造册。对于新装单相用户, 要根据原有单相用户的搭接记录选择有利于所在用电点三相负荷平衡的相位, 减少负荷搭接的随意性。
配电网三相不平衡的改进技术分析 篇5
1 配电网三相不平衡的概况
根据电工中的专业理论, 多相系统可以分为两大类, 一个是对称, 一个是不对称。在电网系统中, 三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等, 而且如果按照A、B、C的顺序进行排列, 他们两两之间构成的角度都为2π/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。根据国家标准, 三相不平衡主要是包括:电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%, 短时不可超过4%。三相电压允许不平衡度可以作为一个电能质量的衡量标准。
2 配电网三相不平衡的原因
第一个原因是三相负荷的不合理分配。很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念, 因此在接电的时候并没有注意到要控制三相负荷平衡, 只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表, 这在很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次, 我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的, 所以在使用单相的用电设备时, 用电的效率就会降低, 这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。
第二个原因是用电负荷的不断变化。造成用电负荷不稳定的原因包括了地区经常出现的拆迁, 移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。
第三个原因是对于配变负荷的监视力度的削弱。在配电网的管理上, 经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检测上, 对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外, 还有很多因素造成了三相不平衡的现象, 例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。
3 改进配电网三相不平衡的技术
3.1 注重对三相负荷的合理分配
在对三相负荷的分配问题上, 电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录, 达到能够在一定程度上预测用电负荷的状态。其次, 可以通过装设平衡装置的方式来达到更好三相平衡的分配问题。在一些采用低压三相四线制的地区, 可以增设调整不平衡电流无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统无功, 而且也可以调整不平衡有功电流的作用。另外, 根据实际情况中负荷矩的不同情况, 适当的调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。
3.2 对三相负荷中不平衡电流的治理方法
根据不平衡电流电纳的补偿原理, 在任何一个可以确定的时刻, 主要出现了三相不接地的不平衡负载, 那么他们中的每一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此, 在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下, 可以将不同性质符合的等效进行分析, 确定相间和相对地的无功补偿量。当配电变压器要进行不平衡电流的补偿时, 应该满足一下的几点原则。一是需要注意到电流的治理应当有两个内容, 一个是补偿功率因数, 一个是调节三相电流不平衡, 这两者共同确定了补偿所需要的无功功率。第二点, 在实际的工程施工时, 应当采用全容性的治理方式, 与电感补偿相区分, 避免出现严重过补偿的情况。第三点是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的, 基于这种特性, 补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整。第四点表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制, 要在设计时将全天的优化方案进行策略的管理。总之, 在进行比例调节系数额设置时, 需要同时考虑功率因数的限制条件以及过补偿限制的条件。
3.3 增设对三相负荷的检测调整
定期开设对三相负荷的检测工作也是非常必要的。在对三相符合的合理分配以及控制后, 相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的, 只能是尽力做到相对的平衡, 在实际的检测工作中, 各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准, 将检测的结果进行专业的记录和分析, 对各相的负荷电流进行定期的检测, 以便于及时发现一些三相的不平衡状况。当在检测过程中发现有安全隐患的部位, 要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位, 也应当提高警惕。在检测结束以后, 不仅需要进行数据的整理和分析, 还要进行及时的反馈。这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整, 以及对于新技术在三相中运用的可能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析, 我们可以在最大程度上避免不平衡现象的出现, 降低用电事故的出现。
4 结束语
配电网的三相不平衡的问题不仅会干扰配电网其他设备的工作的正常运行, 而且容易增加故障, 缩短电力设备的寿命, 进而产生对通信系统干扰等较大的影响。它不仅影响的是配电网的安全运转, 更是整个电力系统的经济效益以及用户的用情况。因此从根本上改进配电网三相不平衡的问题是非常必要的, 我们要进行不断的探索和研究。无论是在对三相的分配, 还是管理以及后期的检测调整, 每一个环节都应当努力做到认真细致, 并且开拓新的技术来服务于配电网的发展。
参考文献
[1]刘珊.配电网三相不平衡问题的探讨[J].科技创新与应用, 2012, (10) .
[2]晋国琴.简述三相不平衡对电力系统的影响及改善措施[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2012 (04) .
浅谈配电变压器三相负荷不平衡治理 篇6
为了彻底消除配电变压器三相负荷不平衡造成的危害和影响,该公司开展了配电变压器三相负荷不平衡专项治理工作,并将该工作纳入公司绩效考核。
1 配电变压器三相负荷不平衡的危害
开展配电变压器三相负荷不平衡专项治理工作,首先要清楚三相负荷不平衡造成的危害。
(1)增加线路的电能损耗。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负荷存在,造成三相负荷不平衡在所难免。当三相负荷不平衡运行时,中性线就有电流通过。这样,不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的电能损耗。
(2)增加了配电变压器的电能损耗。配电变压器的功率损耗是随着负荷的不平衡度而变化的,并且,不平衡度越高,损耗就会越大。
(3)配电变压器出力减少。配电变压器设计时,其绕组结构是按三相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。如果配电变压器在三相负荷不平衡下运行,负荷轻的一相就有富余容量,从而使配电变压器的出力减少。其出力减少程度与三相负荷的不平衡度有关。
(4)配电变压器产生零序电流。配电变压器在三相负荷不平衡工况下运行,将产生零序电流,该电流将随着三相负荷不平衡的程度而变化,不平衡度越大,零序电流也越大。零序电流通过钢构件时,将产生磁滞和涡流损耗,从而使配电变压器的钢构件局部温度升高发热,导致设备寿命降低。同时,零序电流的存在也会增加配电变压器的损耗。
(5)影响用电设备的安全运行。如果配电变压器三相负荷不平衡,其各相输出电流就不相等,其内部三相压降就不相等,这必将导致配电变压器输出电压三相不平衡。在电压不平衡的状况下供电,极容易造成电压高的一相接带的用电设备烧坏,而电压低的一相接带的用电设备则可能无法使用。所以配电变压器三相负荷不平衡运行时,将严重危及用电设备的安全运行。
2 配电变压器三相不平衡治理的措施
2.1 管理措施
(1)建立组织保障体系,成立专项治理工作小组。专项治理工作小组以公司经理、分管副经理为组长、副组长,由公司乡镇供电所管理部牵头,公司运检部和各供电所组成验收、分析、实施三级工作小组,以点带面,逐级分工,构建了三相负荷不平衡治理工作三级管理体系。
实施工作小组:由供电所人员组成,负责现场负荷测试、初步负荷分析、现场三相负荷调整、供电线路“两线”改“四线”、智能补偿设备的安装与调试、后期负荷数据的采集。
分析工作小组:由公司乡镇供电所管理部、运检部和营销部技术骨干组成,负责负荷调整、供电线路改造、智能补偿设备运行状况监控、三相负荷治理前后数据对比分析,以及制定相应的整治策略等工作。
验收工作小组:由公司运检部专责和各部室专业技术骨干组成,负责对分析工作小组上报的数据进行分析、判断,并对已实施负荷不平衡治理的配电变压器台区进行整体工作验收,验收治理效果是否达标。
(2)制定配电变压器三相负荷不平衡治理方案。根据2015年6月实际存在的三相负荷不平衡配电变压器情况,出台了配电变压器三相负荷不平衡专项治理方案,制定了具体的逐月治理工作计划。各供电所根据治理计划,每月按时间节点对三相负荷不平衡配电变压器进行集中整治,逐步消除三相负荷不平衡配电变压器。
(3)强化三相负荷不平衡配电变压器的监测。在治理期间,乡镇供电所管理部和供电所设定专人,持续关注农村配电网运行监测系统中三相负荷不平衡配电变压器数据,汇总三相负荷不平衡配电变压器信息,对实际情况进行摸排,并及时向供电所反馈最新数据。
(4)加强三相负荷不平衡治理计划管控。针对三相负荷不平衡严重的配电变压器,制定了治理作业流程,细化了治理实施计划,避免同一台配电变压器长期反复出现三相不平衡。
(5)建立三相负荷不平衡治理分析机制。根据专项治理期间发现的问题,专项治理工作小组定期组织召开专题分析会,提出解决办法。如针对用电负荷由两相线路串接供电的不合理供电方式,将其改造为四线供电;对用电负荷分配极端不平衡的配电变压器,现场测试负荷重新调整分配;对三相不平衡反复治理无明显效果的配电变压器,加装智能补偿设备等。
(6)强化指标责任考核。乡镇供电所管理部作为主管部门,每月按治理工作实际情况,按已制定的考核办法对各供电所进行考核,及时兑现。同时向专项治理工作小组书面反馈考核执行情况。
2.2 技术措施
(1)改造不合理的供电接线方式。在治理过程中,部分配电变压器原有的低压线路供电接线方式不合理,主要是部分街道、巷道狭窄无法立杆架线,电源采用沿墙敷设一相一中两线串接供电,致使所接负荷均在一相,造成三相负荷不平衡。针对这种情况,主要通过加装电缆分支箱、沿墙敷设四线等方式将两线供电改为四线供电,彻底改造解决了供电接线方式不合理的弊端,这也是此次专项治理最有效的措施之一。
(2)调整分布不合理的三相负荷。通过对现场配电变压器三相负荷的测试与农村配电网运行监测系统的监测分析相结合,对三相负荷进行合理分配。根据配电变压器三相负荷分布不平衡的实际情况,现场进行三相负荷的调整和切改,尽量将三相负荷平衡分配。通过现场测试和监测系统分析,配电变压器三相负荷不平衡主要集中在早、午、晚三个用电高峰时段,为了减小对用电客户的停电影响,在调整三相负荷时注意选择非高峰用电时间进行停电工作,调整负荷后持续关注三相负荷的变化情况。
(3)加装智能调节补偿装置。对于治理较难、治理过程中反复出现负荷不平衡率超标的配电变压器,安装Broadcn-PQC型三相负荷不平衡智能补偿装置,进行自动补偿调整。治理期间共对鲍店东街等5个三相负荷不平衡率反复反弹的配电变压器加装了智能补偿装置,取得了显著的效果,彻底解决了三相负荷不平衡率超标的问题。
3 专项治理工作取得的成效
此次专项治理,共对69台配电变压器进行了负荷调整,共调整用户5 688户;对84台配电变压器的低压供电线路进行了“两线改四线”,共改造线路12.76 km;安装智能调节补偿装置5台。通过开展三相负荷不平衡专项治理,该公司共消除三相负荷不平衡配电变压器96台,剩余24台,基本达到专项治理工作的目标和效果。此外,此次专项治理工作还取得了其他效果。
(1)对部分高线损台区起到一定降损作用。开展三相负荷不平衡治理工作后,公司低压线损有明显降低。低压线损率由6月的8.17%降低至12月的7.26%,降低线损率0.91%,增收电能量41.6万k Wh。
(2)在降低线损的同时,增加了营销标准化达标台区数量。通过治理,有9台配电变压器的三相负荷不平衡率达标,低压线损也随之下降,达到了营销标准化台区的要求。
平衡配电 篇7
我国电网经过“十一五”快速发展, 大部分地区主网架日趋完善, 但配电网发展仍相对滞后, 供电瓶颈依然存在。主配网发展的不平衡以及配电网基础管理相对薄弱, 使得当前大部分地区主网网损基本趋于一个相对较合理水平, 但配电网网损相对较大, 供电企业主要降损空间在配电网网损。目前, 我国城乡配电网大量采用了三相四线制接线方式, 且配电变压器为Y/Y0接线, 存在很多的单相负载, 因此配电变压器及配电线路三相不平衡运行是不可避免的。在这种不对称运行状况下产生的附加损耗也给配电网网损带来不容忽视的影响。下面就对配电变压器及配电网线路在不对称运行状况下运行分别进行线损讨论分析, 给出相关消除影响措施。
1 负荷电流不平衡度概念引入
为便于研究三相不平衡对损耗增加的关系, 现引入负荷电流不平衡度β和功率损耗增加量系数K、三相负荷电流不平衡时线损增加率ρ。
相不平衡度概念:
其中:IФ指的是相电流
Iav———三相平均负荷电流, 且Iav= (IA+IB+IC) /3
IФ= (1+βФ) Iav, IФ由于取值范围为0~3Iav, 所以βФ范围是-1~2, 且存在以下关系:
式中:Punb———三相负荷不平衡时, 单位长度线路上的功率损耗
Pb———三相负荷平衡时, 单位长度线路上的功率损耗
2 配网线路不平衡分析
目前, 我国配电网大多采用三相四线制接线方式如图1所示:
IA、IB、IC、IO分别为三相线路及中性线电流
三相不平衡时, 各相的负荷电流不相等, 就在相间产生了不平衡电流, 这些不平衡电流除了在相线上引起电能损耗外, 还将在中性线和配变上引起损耗, 增加了总的电能损耗。
假定三相四线制线路的单位长度相线电阻为R, 单位长度中性线电阻为2R (一般中性线截面为相线截面的一半)
则三相不平衡时, 相线的功率损耗为:
中性线电流为
中性线上的损耗为
所以线路总损耗为
下面分三种情况讨论三相负荷不平衡时, 线路损耗情况
1) 一相负荷重, 两相负荷轻
假设A相负荷重, B、C相负荷轻, 即βA=β, βB=βC=-β/2
在三相相位对称情况下, 由 (2) 式得中性线电流为:IO=3/2βIb=3/2βI, 由 (4) 式得单位长度线路上的功率损耗:
它与三相负荷平衡时单位长度线路上的损耗比值, 称为功率损耗增量系数, 其值为K,
2) 两相负荷重, 一相负荷轻
在三相相位对称情况下, 由 (2) 式得中性线电流为:I0=3βI。这时, 由 (4) 式得单位长度线路上的功率损耗为:
3) 一相负荷重, 一相负荷轻, 第三相负荷为平均负荷
假设A相负荷重, B相负荷轻, C相负荷为平均负荷, 即βA=β, βB=-β, βC=0
显然, IA= (1+β) I, IB= (1-β) I, IC=I
在三相相位对称情况下, 由 (2) 式得中性线电流为:。时, 由 (4) 式得单位长度线路上的功率损耗为:
比较 (5) (6) (7) 式, 在不平衡度β相等时, K2>K3>K1, 对于三相四线制结线方式, 由此可以得出以下结论:
(1) 三相不平衡时, 线损与不平衡度按照平方关系上升, 最大可高出三相平衡时。
(2) 三相四线制结线方式, 当三相负荷平衡时, 线损量最小;当一相负荷重。两相负荷轻时, 线损量较小;当一相负荷重, 一相负荷轻, 第三相负荷为平均负荷时, 线损量较大;当一相负荷轻, 两相负荷重的情况下, 线损量最大。
(3) 当三相负荷不平衡时, 不论何种负荷分配情况下, 负荷不平衡度越大, 线损增量也越大。
按照规程规定, 不平衡度β不得大于20%。若使β=0.2, 则K1=1.08, K2=1.32, K3=1.11。也就是说, 相对于三相平衡而言, 由于三相负荷不平衡 (且在规程规定允许范围内) 所引起的线损分别增加8%、32%、11%。
下面给出了负荷电流不平衡度β与功率损耗增量系数K的关系曲线 (图2) , 从曲线可以明显的看出β对线损的影响。
3 三相不平衡运行引起变压器损耗
三相电力变压器是按对称运行设计的。正常运行是, 变压器一次侧电源和二次负荷均应对称。但我国城乡配电网大量采用了三相四线制接线方式, 且配电变压器为Y/Y0接线, 单相负荷的存在, 使得配电变压器三相不平衡运行在实际中是不可避免的。
3.1 附件铁损
Y/Y0接线配电变压器采用三铁芯柱结构, 其一次侧无零序电流, 二次侧有零序电流, 因此二次侧零序电流完全是励磁电流, 产生的零序磁通不能在铁芯中闭合, 需通过油箱壁闭合, 从而在铁箱等附件中发热产生铁损。
Y/Y0接线配电变压器零序电阻比正序电阻大得多, 变压器的零序电阻通过实测可以得到, 250千伏安变压器的零序电阻是正序电阻的15倍, 因此零序电流产生的附加铁损较大。
3.2 不平衡运行时绕组附加铜损
配电变压器三相不平衡运行时三相绕组总损耗 (单位千瓦) 可计算为:
三相平衡时, 每相绕组电流为Iav= (IA+IB+IC) /3, 三相绕组总损耗为
三相不平衡带来的附加损耗为:
下面分三种情况讨论:
1) 一相负荷重, 两相负荷轻
假设A相负荷重, B、C相负荷轻, 即βA=β, βB=βC=-β/2
2) 两相负荷重, 一相负荷轻
3) 一相负荷重, 一相负荷轻, 第三相负荷为平均负荷
假设A相负荷重, B相负荷轻, C相负荷为平均负荷, 即βA=β, βB=-β, βC=0
显然, IA= (1+β) I, IB= (1-β) I, IC=I
由 (8) 、 (9) 、 (10) 、 (11) 式可知, 配电变压器三相不平衡运行时, 三相绕组的附加铜耗与三相绕组电流不平衡度的平方呈增比关系, 且三相绕组中, 在出现两相绕组负荷重, 一相负荷轻时, 附加铜耗最大。
4 配网三相负荷平衡措施
4.1 重视低压配电网的规划、设计工作
在配电网规划、建设和改造当中对低压台区进行合理的分区分片供电, 配变布点尽量接近负荷中心, 配电网络的建设要遵循“小容量、多布点、短半径”的配变选址原则。在供电方案批复和供电系统设计时, 认真采集数据, 做好负荷调差与预测, 分析负荷特性, 尽量将负荷均匀分配在三相上。
4.2 在低压配电供电网中, 尽量采用三相四线制供电方式
在对采用低压三相四线制供电的地区, 要积极争取对有条件的配电台区采用3芯或者4芯电缆或者用低压集束导线供电至用户端, 这样可以在低压线路施工中最大程度的避免三相负荷出现偏相的出现, 同时要做好低压装表工作, 单相电表在A、B、C三相的分布尽量均匀, 避免出现单相电只挂接在一相或者两相上, 在线路末端造成负荷偏相。
4.3 积极开展变压器负荷实际测量和调整工作
通过及时的测量配变低压出线和接近用户端的低压线路电流, 便于准确地了解设备的运行情况, 做好负荷的均衡合理分配。
4.4 选择合理的无功补偿方式
通过合理的无功补偿方式, 提高功率因素, 改善电能质量, 降低电能损耗。
5 结束语
低压配电网三相不平衡电流对配电网网损带来的网损是不容忽视的。通过各种手段降低低压配电网三相不平衡电流, 能有效降低配电网网损。在电网企业, 需要从规划、设计、建设、运行等各环节关注和降低系统的不平衡电流, 从而有效地促进低电压配电网的节能降耗。
摘要：低压配电网三相电流不平衡运行在中低压配电网产生的附加损耗。本文通过引入不平衡度, 分析了配电网线路、配电变压器的电能损耗与三相电流不平衡度的关系, 并探讨了降低中低压配电网线损的对策措施。
关键词：配电网,线损率,不平衡度
参考文献
[1]赵全乐.线损管理手册[M].北京:中国电力出版社, 2007.
[2]张弘廷.低压降损的金钥匙:就地平衡降损法[M].北京:中国电力出版社, 2003.
平衡配电 篇8
三相不平衡作为电能质量的重要指标之一, 其影响因素很多, 常规的不平衡情况通常是由于三相云件、线路参数或负荷不对称造成的。由于三相负荷容易导致供电点三相电压与电流出现不平衡, 损耗线路, 危害电动机的正常运行, 因此, 必须针对三相不平衡问题及时采取措施, 调整电力系统的安全运行。
2 配电网三相不平衡概述
就理论上来说, 多相系统一般可以分为对称和不对称两类。电网中的三相平衡, 则主要指的是三相的电压相量的大小相等, 而且如果按照A、B、C的顺序进行排列, 两两之间构成的角度都为2π/3而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。
根据对某电业局城区供电所的623台配电变压器监测仪采集的数据显示, 具体的三相不平衡度分布情况如表1所示, 据统计有近63, 83%的公用配电变压器不平衡度超过了20%。这不仅造成低压配电网功率因数低下, 而且带来了损耗的增大。
2.1 配电网三相不平衡的原因
(1) 三相负荷分配不合理。有些装表接电工作人员缺乏专业三相负荷平衡知识, 在接电时为重视控制三相负荷平衡, 只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表, 造成了三相负荷的不平衡。此外, 我国的大多数电路都是动力和照明混为一体, 在使用单相用电设备时, 会降低用电效率, 进一步加剧了配电变压器三相负荷不平衡。
(2) 用电负荷的变化, 导致用电负荷不稳定, 其原因包括拆迁、移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性, 在总量上、时间上均存在不确定、不集中性, 导致用电负荷也不得不随实际情况而改变。
(3) 忽略了配变负荷的监视, 对于三相负荷分配缺少必要的管理措施和检测工作, 配电变压器三相负荷也没有进行定期的检测和调整。线路故障也会导致三相负荷矩不相等问题。
2.2 配电网三相不平衡影响分析
2.2.1 配电网经济运行影响
网损最小是电网经济运行控制的重要指标。对十平衡电源及平衡网络结构的供电系统, 若三相负荷不平衡, 那么电网中三相电流也是不平衡的, 且不平衡度越大损耗越大。在基波负荷大小相同的情况下, 分析平衡负荷与不平衡负荷对网损的影响。三相不平衡时, 网损不仅有正序损耗, 负序、零序电流也会在各自的网络中产生损耗。
由三相负荷不平衡导致的网损是比较大的, 往往是三相负荷平衡时一的数倍关系, 且三相不平衡度越大损耗越大。若配网长期处十三相不平衡运行状态, 将极大地影响配电网的经济运行。
2.2.2 对配电网安全运行的影响
三相不平衡对配电网安全运行的影响主要体现在因中性点电压漂移引起的三相电压不平衡 (见图1) 。当配电网三相负载不对称运行时, 由十三相负荷电流的不对称, 导致中性线出现零序电流。零序电流产生的零序磁通叠加在变压器二次侧主磁通上, 感应出零序电动势, 造成变压器中性点电压飘移, 负荷重的相电压会降低, 而负荷轻的相电压将上升, 最终导致三相电压不平衡。
若在三相电压不平衡状况下供电, 将对配电网和用户安全运行造成一系列的危害, 如引起旋转电机的附加发热和振动, 并影响其有功出力, 使其效率降低;引起变压器温度升高、出力降低;引起以负序分量和零序分量为启动量的继电保护或自动装置发生误动作;对通信系统产生干扰, 影响正常通信质量等, 这些都将给配电网的安全稳定运行带来负面影响。
3 改进配电网三相不平衡的措施
3.1 重视三相负荷合理分配
对于三相负荷的分配, 电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录, 达到能够在一定程度上预测用电负荷的状态。以通过装设平衡装置的方式, 来达到更好三相平衡的分配;采用低压三相四线制的地区, 以增设调整不平衡电流无功补偿装置, 来解决电网中的不平衡电流现象, 此类装置不仅可以补偿系统无功, 而且也可以调整不平衡有功电流。根据实际隋况中负荷矩的不同情况, 调整接线方式对于合理分配三相负荷也存在一定影响。
3.2 治理三相负荷不平衡电流的方法
根据不平衡电流电纳的补偿原理, 在任何一个可以确定的时刻, 主要出现了三相不接地的不平衡负载, 则其中任何一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此, 在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下, 可以将不同性质符合的等效进行分析, 确定相间和相对地的无功补偿量。
配电变压器不平衡电流的补偿应该满足以下原则: (1) 需要注意到电流的治理应当有两个内容, 一个是补偿功率因数, 一个是调节三相电流不平衡, 这两者共同确定了补偿所需要的无功功率; (2) 在实际的工程施工时, 应当采用个容性的治理方式, 与电感补偿相区分, 避免出现严重过补偿的情况; (3) 是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的, 基于这种特性, 补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整; (4) 表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制, 要在设计时将个天的优化方案进行策略的管理。
3.3 增设对三相负荷的检测调整
在对三相符合的合理分配以及控制后, 相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的, 只能是尽力做到相对的平衡, 在实际的检测工作中, 各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准, 将检测的结果进行专业的记录和分析, 对各相的负荷电流进行定期的检测, 以便于及时发现一此三相的不平衡状况当在检测过程中发现有安个隐患的部位, 要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位, 也应当提高警惕。在检测结束以后, 不仅需要进行数据的整理和分析, 还要进行及时的反馈这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整, 以及对于新技术在三相中运用的叮能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析, 我们叮以在最大程度上避免不平衡现象的出现, 减少用电事故的出现。
4 配电网三相不平衡的全电容补偿
4.1 全电容补偿
在知道系统处于有功负荷或无功负荷的情况下, 可确定补偿模型参数, 而在实际的工作中, 如果安装了大量的电感, 将会给工作带来许多麻烦, 且电感本身自重大、成本较高、损耗也较大。因此, 考虑到实际负荷大部分属于感性负荷, 可以假设, 如果可以将感性负荷用于补偿所需要的感性功率, 则可以不必安装电感。因此, 在此提出了三相不平衡补偿的全电容补偿方法, 该方法能够仅用电容而不采用电感补偿。
4.2 公式的推导
假设配电负荷三相的有功负荷、无功负荷, 分别是Ga、Gb、Gc和-j Ba、-j Bb、-j Bc, 由于Δ接线形式的负荷, 与Y接线形式的负荷彼此之间能够相互转化, 因而可认为配电的有功负荷、无功负荷均由Δ接线与Y接线两种形式组成, 但各自的实际比例不确定, 如图2所示。
现假定Δ接线部分为对称负荷, 其有功负荷、无功负荷为:
根据以上公式, 由于低压配电负荷通常为感性负荷, 所以无功负荷为负值。从而可知, Y接线部分的有功功率为:
无功功率为:
通过以上公式计算, 可获得Y接线部分负荷的Δ联结补偿模型。由于Δ接线部分是对称负荷, 因此, 其补偿仅需要在负载旁并联一个能够与其导纳相等、符号相反的电抗元件, 所需补偿是j Bx。将Y接线部分负荷的Δ联结补偿模型, 与Y联结补偿模型、Δ接线部分负荷的Δ联结补偿模型叠加起来, 从而得到最终的补偿模型:
Δ联结补偿模型为:
Y联结补偿模型为:
有公式可知, Δ接线部分有功负荷Gx, 对最终补偿模型并没有什么影响, 模型中仅包含了不确定参数Bx。可通过调节B取值, 使补偿效果和电容配置上达到最优。当Bx的取值使B Aab、BAbc、BAca、BaY、BbY、BcY均不小于零, 则能够实现全电容补偿。
如果Bx所取值能够使Y联结补偿模型中的BY偏小, 则补偿所需总电容也偏小;而Bx取值使Y联结补偿模型BY值为零, 则补偿参数变为5, 将更容易实现对补偿的控制。因此, 取Bx为BYa1、BYb1、BYc1中最小值计算如下:
Ba、Bb、Bc、Bx、Ga、Gb、Gc虽然是系统参数, 能够直接测量获得, 经计算得出, 简化之后计算如下。假设补偿前的三相电压分别是:Ua、Ub、Uc, 电流分别是:Ia、Ib、Ic;三相功率的因数分别是:cosθa、cosθb、cosθc。由于低压配电负荷是感性负荷, 则-j BФUФ=j IФsinθФ, 即:-BФ=IФ/UФsinθФ, -BФUФ2=UФIФsinθФ=-QФ。而对于补偿参数可知, j BU=j Isinθ, BU2=UIsinθ=-Q。因此, 当Q<0, 所需的补偿为容性功率, 即电容;当QФ>0时, 所需补偿为感性功率, 即电感。将上述参数代入公式, 加上U2a=U2b=U2c=U2, 从而得到:
以上公式为基于有功功率、无功功率表示的功率补偿模型。Qx取值可使QaY、QbY、QcY中一项为0, 补偿电容的控制量变为5个, 达到简化补偿电路设计、减少电容使用数量的目的。
5 结束语
从以上的配电网三相不平衡的全电容补偿实际效果可以发现, 该补偿方法的应用, 能够有效地完成对于三相不平衡度的调节以及无功的补偿, 且只有5个补偿参数。由于实验结果与理论相符合, 从而证明了理论推导的正确性和全电容补偿方法的可行性。
参考文献
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平衡配电 篇9
在电力系统中, 如果三相电流幅值不一致, 并且超出了规定范围, 那么就可以说是三相负荷不平衡, 通常情况下, 技术要求三相负荷电流不平衡度应在15%以内。在配电变压器运行过程中, 三相负荷不平衡会给各个方面造成严重的影响, 包括安全管理、电压质量以及线损管理等等, 关于配电变压器三相负荷不平衡的危害, 具体介绍如下:
1.1 对配电变压器的危害
在配电设计时, 负载平衡运行工况是其绕组结构设计的依据, 在性能上基本保持一致, 各相额定容量也相同。每相额定容量会限制配电变压器的最大允许输出功率, 如果配电变压器的运行工况属于三相负荷不平衡的状态, 对于负载轻的一相而言容量还有富余, 进而减少了配电变压器的出力。三相负荷的不平衡度会影响到配电的出力减少程度, 二者成正比例关系, 即配电出力减少会随着三相负荷不平衡的增大而增多。因此, 配电变压器在运行时如果处于三相负荷不平衡的状态, 其输出容量就难以达到额定值, 进而减少其备用容量, 最终导致其过载能力降低。
在实际生活、生产中, 三相负荷分配与用户增容具有随意性, 因此配电变压器三相负荷不平衡的情况时有发生, 造成配电变压器运行状态不对称, 并且还会导致零序电流过大, 基于这一运行状态的配电变压器, 其供电效率会有所降低, 导致配电变压器局部金属配件温度过高, 严重情况下甚至会烧毁配电变压器的单相或零线, 进而导致用户电气烧毁, 造成不可估量的损失。
1.2 对用电设备的危害
在配电设计中, 其每相绕组在电阻、阻抗以及激磁阻抗方面具有一致性。如果配电变压器运行中处于三相负荷平衡状态, 那么三相电流大致相等, 其内部每相压降也大致相同, 配电变压器三相电压的输出也处于平衡状态。而配电变压器三相负荷不平衡, 那么就会对各相输出电流, 内部三相压降造成影响, 进而导致配变输出电压三相不平衡。在三相负荷不平衡的状态下, 配电变压器的运行会导致不一致的三相输出电流, 中性点发生的位移会导致电流经过中性线。基于此情况就会降低负载重的一相电压, 进而降低了用电器具的效能, 此外还会升高负载轻的一相电压, 进而会有击穿电器绝缘、电器寿命缩短或者损坏的可能。
1.3 对电动机的危害
在三相负荷不平衡的工况下, 配电变压器的运行还会导致电压三相不平衡。因为电压不平衡存在三个电压分量, 即正序、负序以及零序, 如果电动机输入了不平衡的电压, 那么负序电压就会产生与正序电压相反的旋转磁场, 就会对其产生限制。然而正序磁场会大大强于负序磁场, 因此电动机的转动仍然按照正序磁场的方向。因为负序磁场具有的制动效果, 就会降低电动机的输出功率, 进而降低电动机效率。此外, 电动机的温升与无功损耗也会受到三相电压的不平衡度的影响, 二者成正比例关系。因此, 如果在三相电压不平衡工况下运行电动机, 其经济性与安全性是会受到一定的影响的。
1.4 对人造成的危害
配电变压器运行方式为中性点接地时, 若接地电阻与技术要求不相符, 三相负荷不平衡度较高的话就会导致中性线带电, 进而对与接地极或者配电变压器金属构架接触的相关人员造成威胁, 增加了人员伤亡事故发生的概率。
2 配电变压器三相负荷不平衡的原因
三相负荷不平衡主要是由于管理上出现漏洞, 例如在分配配电变压器三相负荷时存在盲目性与随意性, 或者有的地区用电不规范, 没有充分掌握用户用电情况等等, 都是造成配电变压器三相负荷不平衡的原因。此外, 在管理方面由于相关监测、调整与考核机制不到位, 也会导致变压器三相负荷不平衡。
3 配电变压器三相负荷不平衡的调整方法
3.1 加强制度建设, 做好变压器负荷不平衡管理
为了做好对配电变压器三相负荷不平衡的调整, 首先就要加强制度建设, 对三相负荷平衡的检测与考核机制进行完善, 促使相关管理者能够对三相负荷的变化进行有效的检测与控制, 以此使三相负荷的偏差得以计算出来, 同时基于对监测数据的分析, 进行负荷调整计划的制定工作。三相负荷不平衡会对供电企业的经济效益与安全管理造成直接的影响, 因此, 企业应在日常管理与考核中对此予以高度重视, 做好相关监测、调整与考核工作, 以此提高变压器运行的稳定性。此外, 还要管理好基础资料, 使单相负荷接入的随意性得以控制。现阶段, 有的供电企业在基础资料管理方面相对薄弱, 进而导致用户接入的随意性过强, 最终造成三相负荷不平衡。因此, 必须加强对用户负荷基础资料的管理工作, 并根据电网的实际运行情况, 使三相负荷不平衡得到根本性的解决。
3.2 采取先进技术手段, 对三相负荷不平衡进行调整
为了调整三相负荷不平衡的状态, 还要从技术方面入手, 首先, 应对配电网络加以改善, 让四线制之间代替两线制, 为三相负荷不平衡状态下的负荷调整提供便利。其次, 还应结合三相负荷的监测工作, 调整低压用户负荷, 确保每天高峰期三相负荷达到基本平衡的状态, 在条件允许的情况下, 可以安装相关设备, 对三相负荷进行动态监测, 以此为三相负荷的调整提供重要的监测数据。再者, 还要增大中性线的导线截面, 做好配电网络规划与建设, 尽量保证中心线能够与其它相线具有一致的界面, 以此使损耗、断线情况得以控制与减少。最后, 还可以在配电网络中增加接地点, 这样就是三相不平衡导致中性点偏移, 由于此造成的电压降也可以尽量减小, 以此使设备得到保护。
4 结束语
综上所述, 配电变压器三相负荷不平衡的原因有很多, 并且会从各个方面带来危害, 因此必须对三相负荷的调整工作予以高度重视。对于三相负荷的调整而言, 只能做到尽量平衡, 绝对平衡是无法实现的, 做好相关监测工作, 及时发现异常情况, 并提出有效措施加以调整, 对三相负荷不平衡加以严格控制, 以此保护好相关设备, 为企业经济效益提供强有力的保障。
摘要：配电变压器三相负荷不平衡会给企业带来巨大损失, 本文从四个方面阐述了配电变压器三相负荷不平衡带来的危害, 并提出配电变压器三相负荷不平衡的原因, 就配电变压器三相负荷不平衡的调整方法提出几点个人建议, 以供参考。
关键词：配电变压器,三相负荷,不平衡,调整
参考文献