三相负荷不平衡治理装置的研制和应用

文/刘子威

0 引言

在我国的配电网中，输电线路一般采用三相四线制，而用户多为单相负荷或单、三相负荷混接，这导致了用电负荷接入相别存在不均衡性、随机性、波动性，配电系统参数存在不对称性，使得配网三相负荷不平衡的问题客观普遍存在。三相负荷不平衡增加了线路和配电变压器的电能损耗，严重时会烧毁电线，造成线路事故；三相负荷不平衡使配电变压器的出力减少，降低了变压器的使用效率；三相负荷不平衡使配电变压器产生了零序电流，影响变压器的使用寿命和供电安全性。2017年5月，国家电网运维检修部（以下简称国网运检部）发布《关于开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作的通知》（以下简称《通知》），指出要按照“源头预防、常态监测、科学施策、动态治理”的原则治理三相负荷不平衡。

压力容器安全阀1 三相负荷不平衡治理模式

《通知》中提出了三种治理三相负荷不平衡的模式，即换相开关型三相不平衡调节装置、电容型三相不平衡调节装置以及电力电子型三相不平衡调节装置。

1.1 换相开关型三相不平衡调节装置

大理石测量平台换相开关型三相不平衡调节装置的系统主回路结构如图1所示，系统的每条支路分别由一个主控开关和多个换相开关组成，支路的始端安装一台主控开关，负责监测三相不平衡信息，并下发调节命令；支路沿线在用户前端安装换相开关，可监测自身带载回路的负荷信息，并根据主控开关下发的换相命令自动进行相应换相操作。这种装置可取代人工换相，减少运维人员的工作量；但换相开关是串联在线路中的，一旦换相开关出现故障或发生误动作，都会直接引起用户负载的断路停电或短路故障，因此对换相开关装置本身的可靠性有着非常高的要求。另外装置的换相依赖于主控开关和换相开关之间的通信，一旦通信出现故障，将直接影响换相开关的正常动作，影响系统三相负荷平衡的实现。

1.2 电容型三相不平衡调节装置

电容型三相不平衡调节装置又称为相间补偿型三相不平衡调节装置，是在相线间跨接电力电容器，实现有功功率转移，平衡相间有功功率，同时利用连接在相线与零线之间的电力电容器对每一相进行不等量无功补偿，平衡相间的无功功率，降低三相不平衡度、提升功率因数（如图2）。这种装置无法精确调节负荷三相不平衡，常常会出现过补偿或者欠补偿的情况；

此外，由于采用了多组电容器组，装置体积庞大、图1 换相开关型三相不平衡调节装置的系统主回路结构

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重量重，安装和运维非常不便，且运行过程中容易发生谐振，影响装置的使用寿命。

1.3 电力电子型三相不平衡调节装置

电力电子型三相不平衡调节装置通过外接电流互感器（CT ）实时检测负载侧电流，并将负载电流信

息送给数字信号处理（DSP ）控制器进行处理分析，以判断是否处于平衡状态；控制器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绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）驱动其动作，从电网吸收能量并控制其在A/B/C 三相之间的相互转化，最终使电网侧三相电流达到平衡状态（如图3）。电力电子型三相不平衡调节装置并联接入线路，采用电力电子变流技术实时输出补偿电流，注入到线路中，因此不存在前述两种装置所存在的问题，是现在配网三相负荷不平衡治理的主流产品。然而市场上现有的电力电子型三相不平衡调节装置采用风机进行冷却，箱体密封效果不好，在沿海或者重污秽地区使用时寿命会受到严重影响，需要人力定期维护，且风机运行时的噪声较大，干扰附近居民的正常生活。

2 三相不平衡治理装置研制

基于上述现状，广西南宁宾阳供电局研制了全密闭无风机型三相负荷不平衡治理装置（以下简称综合治理装置），采用电力电子型三相不平衡调节方式，具备自适应协调控制能力，除了具备调节负荷三相不平衡功能之外，还具有无功补偿和谐波治理的功能，是一种综合治理装置（如图4）。

综合治理装置采用独特的全封闭结构及无风机自然冷却方式，可有效避免运行过程中水汽、盐雾、灰尘等对设备的影响，提高设备可靠性和使用寿命，实

现设备免维护；取消了冷气风机，可以实现运行过程中的低功耗和低噪音，避免由此带来的用户投诉；

可应用于各种复杂的运行环境中（如图5），安装方式灵活，既可安装在台区低压出线首端进行集中治理，又可应用在分支点末端，通过分布式治理有效提高用户末端电压、降低低压出线线损；采用积木式、模块化的应用方式，可根据负荷侧三相不平衡的状况灵活调整功率单元的数量，充分满足变压器扩容和负荷侧变化对三相不平衡治理的需求。

图2 电容型三相不平衡调节装置的系统主回路结构

电锅炉制造图4 综合治理装置功率单元外观

图3 电力电子型三相不平衡调节装置的系统主回路结构

图5 综合治理装置的多种灵活应用方式

（a ）单模块产品（b ）多模块产品抱

杆安装（c ）多模块产品落地安装

将综合治理装置市场同类产品的性能进行对比，如表1所示。

表1 综合治理装置与市场同类产品的性能对比

序号项目市面同类产品

综合治理装置

1治理项目三相负荷不平衡治理为主，辅助无功补偿治理无功补偿、三相负荷不平衡调节、谐波

治理、电压调节2安装位置只能安装在台区低压出线侧可安装在台区低压出线侧集中治理，也

可安装在用户分支线末端分布式治理3结构形式整机式结构，容量固定

模块化结构，积木式应用，容量可灵活

搭配

4固定方式抱杆式支架固定抱杆式、落地式、壁挂式

5冷却方式风机强制冷却

自然冷却6密封等级IP44

IP66

7安装工作量工作量大，需借助起重设备

工作量小，人力即可完成

8对周围环境影响有运行噪音无噪音9

运行维护工作

需定期清理风道和滤网

无维护工作量

3 三相不平衡治理装置试点运行

广西南宁宾阳供电局所辖某台区多为单相居民用电负荷，负荷较为分散且负荷大小随季节和时间的波动变化较大，多数台区都存在着不同程度的三相负荷不平衡问题，增加了配变损耗和配电线路损耗，影响到配变及线路的使用寿命，且会产生线路末端低电压的问题，影响用户的正常用电。2018年11月，

广西南宁宾阳供电局在该台区安装了综合治理装置，用于解决台区存在的三相负荷不平衡问题。综合治理装置投运前后的三相负荷曲线如下图6所示。

从装置投运前后的三相负荷曲线可知，综合治理装置投运后，三相电流曲线基本重合，说明在任意时刻装置都可以精确动态地调整三相负荷，确保三相负荷的大小基本相等，不需要人工手动调节；装置投运前三相不平衡度最大为77.7%，装置投运后三相不平衡度最大为12.1%，治理效果明显。

4 结语

广西南宁宾阳供电局自主研发的三相负荷不平衡治理装置采用电力电子型三相不平衡调节方式，可以根据线路负荷情况进行全自动实时调整，很大程度上节省了人力、物力；装置采用全密闭的结构形式，非常适合于在户外潮湿、多雨、多尘等恶劣环境下使用，无需人工维护，减少了运维部门的工作量，且体积小、安装方便、安全可靠。【作者简介】

刘子威（1986—），男，硕士，中级工程师，任职于广西电网有限责任公司南宁宾阳供电局，研究方向为10千伏及以下配电运维检修管理。

图6 综合治理装置投运前后的三相负荷曲线

（a）投运前（a）投运

后

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