三相負荷不平衡問題測試案例

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，用戶、企業(yè)電量的逐年增加，尤其是在廣大農(nóng)村、城鄉(xiāng)結(jié)合部等用電負荷高增長地區(qū)，一些配變臺區(qū)由于受地理位置和技術(shù)因素的影響，三相不平衡及低電壓情況突出。再者，在我國城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)中普遍采用三相四線制供電方式，配電變壓器多為10/0.4kV降壓、Y/yn0接線。理想情況下，三相負荷為平衡配置變壓器對稱運行。但實際的供電網(wǎng)絡(luò)是三相生產(chǎn)用電與單相負載混合用電，再加上相關(guān)線路的標準不統(tǒng)一問題、單相用戶不可控的增容、大功率負載的接入以及單相負載用電時間的分散問題，都是造成三相負載不平衡的因素。

三相負荷不平衡除了容易對用戶電壓、臺區(qū)線損造成影響外，還會增加變壓器的有功損耗，使配電變壓器運行溫度升高，降低配電變壓器效率，影響電動機輸出功率并使繞組溫度升高，產(chǎn)生中性點電壓偏移，造成三相電壓不對稱，導(dǎo)致局部電壓過高或過低的情況，嚴重時會燒毀用戶電器。此外，還會加大對周圍通信系統(tǒng)的干擾，影響正常通信質(zhì)量，給供電企業(yè)和人民生活造成一定的影響。

圖1 農(nóng)村配網(wǎng)和住宅小區(qū)

配網(wǎng)電流不平衡問題概述

針對上述綜合性問題，需要應(yīng)用綜合治理的技術(shù)才能解決低壓配電系統(tǒng)三相負荷不平衡問題，而針對當(dāng)前三相負荷所產(chǎn)生的不平衡電流，最行之有效的方法就是做到盡量合理的分配負荷。當(dāng)前低壓配電系統(tǒng)中，尤其是農(nóng)網(wǎng)改造過程中應(yīng)用較廣的三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置的主要功能就是通過綜合技術(shù)手段，自動檢測三相電路中的不平衡問題，智能優(yōu)化三相電流的不平衡，以達到“合理的分配負荷”的目的。

本文通過設(shè)定不同的測試工況，來直觀的檢測某三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置在自動檢測三相線路不平衡問題、智能優(yōu)化三相電流不平衡方面的綜合能力。

測試工況分析

待測試裝置技術(shù)參數(shù)

交流輸入（三相四線）：400V 50Hz

額定容量：75kVA

如圖2所示，搭建三相電流不平衡補償測試平臺，模擬裝置智能補償三相不平衡有功電流時的運行環(huán)境，圖示測試回路中R1、R2、R3為電阻性負載。

補償功能測試回路

根據(jù)測試要求正確連接互感器，選擇裝置在有功不平衡補償模式下運行，檢測裝置分別在以下三種不同工況時的不平衡補償能力。

工況一：

被測裝置如圖2所示并入測試回路中。僅投入QF1路負載，調(diào)節(jié)R1，僅A相回路加載30A有功電流；

工況二：

被測裝置如圖2所示并入測試回路中。僅投入QF1、QF2路負載，調(diào)節(jié)R1、R2，僅A相回路和B相回路加載30A有功電流；

工況三：

被測裝置如圖2所示并入測試回路中。投入QF1、QF2、QF3路負載，調(diào)節(jié)R1、R2和R3，A、B、C三相分別加載10A、20A、30A有功電流；

分別記錄如下內(nèi)容：

不平衡補償前網(wǎng)側(cè)電流（A、B、C、N）、不平衡補償后網(wǎng)側(cè)電流（A、B、C、N），要求在以上三種工況下，三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置運行補償之后，網(wǎng)側(cè)電流滿足：A相、B相、C相電流的不平衡度在10%以內(nèi)，則該項測試合格。

不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負序分量均方根值與正序分量均方根值百分比來表示。由于負序分量無有效測試手段，工程上，三相電流不平衡度采用下面的方法計算：

（本文測試時不平衡度計算參照上述方法）

測試數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

工況一：僅A相投入30A有功電流，進行不平衡補償

記錄工況一：

測試數(shù)據(jù)如下（由于實際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）

工況二：僅A/B相分別投入30A有功電流，進行不平衡補償

記錄工況二：

測試數(shù)據(jù)如下（由于實際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）

工況三：A/B/C分別投入10A/20A/30A有功電流，進行不平衡補償

記錄工況三：

測試數(shù)據(jù)如下（由于實際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）

結(jié)論

以上測試數(shù)據(jù)及結(jié)果直觀反映了三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置的三相不平衡有功電流的補償能力，正如本文背景介紹中所述，三相不平衡問題是一個綜合性的問題，需要綜合治理，治理過程中需要考慮不同的應(yīng)用需求、綜合治理功能的優(yōu)先級別、經(jīng)濟性與實用性等。具體來說，如單相分布式光伏接入低壓配電網(wǎng)時的應(yīng)用需求與常規(guī)單相用電戶的應(yīng)用需求應(yīng)該區(qū)別研究；實際裝置的功能一般是綜合性的，包含不平衡補償、無功補償、諧波補償?shù)裙δ?，如何定位各功能的?yōu)先等級，也是需要充分考慮的；另外由于該裝置多應(yīng)用于戶外、尤其是農(nóng)村偏遠地區(qū)，對于IP防護等級、使用壽命周期、維護保養(yǎng)能力等也是要綜合設(shè)計。

總之，隨著十三五農(nóng)網(wǎng)改造升級工程的實施，低配電系統(tǒng)三相負荷不平衡問題亟需大力解決，研究三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置，及時掌握配電變壓器的負荷大小及三相電流、電壓等情況，綜合運用技術(shù)手段，從根本上解決“三相不平衡”電力質(zhì)量問題顯得尤為重要。