三相负荷不平衡自动调节装置

测试案例

技术专家介绍

专家介绍

徐献清

总检验师；

上电科学科带头人；

高级工程师；

中国电源学会电能质量专委会委员；

高级能源管理师、审计师。

工作方向：

主要负责检测方案的制定、评估与实施；

在役电气设备（系统）安全（包括电能质量）测试与评估；

产品应用领域及新领域检测技术研究；

及检测设备的研发等。

专家介绍

史贵风

专项电能质量工程师；

注册国家高级电能质量工程师；

中级工程师。

工作方向：

主要从事低压电器产品的检测；

电能质量领域检测方案的制定、评估与实施；

在役电气设备（系统）安全测试与评估；

以及检测设备的研发等。

背景介绍

        按照国家电网的规划，将在2009～2020年分三个阶段实现智能电网建设：第一阶段(2009年～2010年)预计投资5500亿元，第二阶段(2011年～2015年)预计投资2万亿元，第三阶段(2016年～2020年)预计投资1.7万亿元。电网智能化的改变导致一次设备需要升级为智能电力设备，二次设备需要升级为智能控制单元。这个智能化的转变过程也将给整个变配电行业带来彻底的变革，最直接的改变体现在一二次设备的融合趋势明显。目前一次设备和二次设备互相之间仍处于相对分离状态，但是在未来的一次设备中将含有部分二次设备智能单元，这将打破现有的电力设备企业的市场格局，迫使企业向一二次设备融合的方向转变。

        在智能电网建设的大背景下，国家发改委《关于“十三五”期间实施新一轮农村电网改造升级工程意见》经国务院同意，在整个十三五期间（2016－2020年）正在全面实施。无独有偶，去年中央一号文件发布，提出要加快实施农村电网改造升级工程，开展农村“低电压”综合治理工程。同时，国家能源局专门出台《配电网建设改造行动计划》，其中，农网改造的内容占据了相当大的份额。这一系列与农网改造升级工程相关的文件的密集出台，标志着新一轮大规模农网改造升级高潮来临。

        三相负荷不平衡情况在广大农村、城乡结合部等用电负荷高增长地区普遍存在，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更加突出。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。理论状态下，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、大功率负载、单相用户不可控的增容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。

图1：

农村配网和住宅小区配网电流不平衡问题概述

农村配网:

电流不平衡率达到35~60%

 

住宅小区配网:

电流不平衡率达到30~50%

        三相负荷不平衡会对用户电压、台区线损造成影响，还会增加变压器的有功损耗，降低配电变压器效率，使配电变压器运行温度升高，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，三相负荷不平衡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。

        只有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，而面对当前三相负荷所产生的不平衡电流问题，最行之有效的方法就是做到尽量合理的分配用电负荷。在当前低压配电系统中，尤其是十三五农网改造工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，动态优化三相电流的不平衡，以达到“合理的分配用电负荷”的目的。

        本文通过模拟三种不同的工况条件下的测试情况，来直观的检测某厂家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、动态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回路，模拟装置动态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。

图2 三相负荷不平衡自动调节装置补偿功能测试回路

        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。

不同工况

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：

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

        上述测试数据及结果直观反映了被测装置的有功电流三相不平衡的补偿能力，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，随着智能电网一二次设备融合的转变以及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。