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三相不平衡调节及无功补偿装置
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配电线路三相负荷不平衡自动调节技术方案
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配电线路三相负荷不平衡自动调节技术方案
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地 址：北京市丰台科技园华电大厦G座601室
电 话：010-
传 真：010-
治理三相不平衡典型案例分析
&& 低电压治理典型案例之三相不平衡
我国的低压输电线路多为三相四线制供电网络，由于大量单相负载的存在，使其三相负荷很难保持平衡。随着国民经济水平的提高，基层用电量增加，低压电网的三相负荷不平衡矛盾日益突出。因此提高电能质量，减少停电时间的需求显得尤为迫切。在此背景下，我公司自主研制出HJS-2型三相平衡自动调整仪，能彻底治理低压输电线路三相不平衡的难题，也有效消除三相不平衡带来的低电压的问题，同时积极响应国家“低碳节能，绿色环保”发展和国网“强配网，惠民生”号召。
此项目受到国网安平县供电公司的大力支持，并提供了三个典型的农网三相四线供电系统试点台区——郭店、河漕村、张敖，各安装了一套我公司的三相平衡自动调整仪。此三个台区基本情况如下：郭店配变容量为80kVA，动力用户12户，照明用户73户；河漕村配变容量为200kVA，动力用户15户，照明用户82户；张敖配变容量为200kVA，动力用户18户，照明用户97户。安平县是著名的丝网之都，轻工业发达，家中工坊较多，较多使用三相电动机，是典型的综合台区用电。
目前低压线路供电半径长，用电分散，单相照明用户和三相动力用户混搭用电的情况，导致三相负载极度不平衡，线路末端低电压严重。项目从调节三相负荷不平衡入手，在解决三相不平衡和电网降损两个方面展开改善电能质量的服务。
二、形成原因
造成三相不平衡的主要原因，是因为电网布局时难以有效的将单相照明用户平均的分布在A、B、C三相上，再加上单相用电的无序性增加和大功率用电设备的进入居民家庭，使得三相不平衡问题加重，这也是低压电网共同存在的问题。
目前的解决三相不平衡的主要方法是人工定期或不定期调相。人工调相工作量巨大，并且不能跟随负载的变动及时调整，而且调整时需要停电换相，费时费力，只能借助无功补偿来调整，但也不能从根本上解决三相不平衡问题。
三、治理思路和方案
彻底解决三相不平衡的唯一方法是实时不停电再分配单相负载，使各相负载处在一个相对平均的状态。华电京凯科技研制的HJS-2型三相平衡自动调整仪可以很好的解决这一难题，实现实时监测各相负载变化，自动重新调配各相负载，有效的把电流不平衡度控制在15%（国网规定的不平衡度允许值）以内。
具体实施方案为：在台区安装一套三相平衡自动调整仪，1台主机n台终端（终端个数可随项目具体情况进行配置）。主机安装在变压器出口，监控整个台区运行情况；终端安装在单相用电用户的入口，负责实时换相。
主机、终端分布示意图见图1-1。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图1-1 主机、终端分布示意图
四、原理和使用范围
“移峰填谷”：将负荷大的相的负载，调配部分去负荷小的或较小的相位上去，使用自动交叉换相办法使不对称的负荷相对平衡。调整仪实时监控配变台区的运行情况，每分钟采集一次数据，并计算实时不平衡度，如果不平衡度超过初始设定的动作门限值，则调整仪发送调相命令给相关终端，该终端按照接到的调相命令完成调相，调相过程在20ms内完成，不影响用户连续用电。调相可每半小时动作一次，以最少的调相次数取到最好的效果。
适用范围：10KV/0.4KV综合台区输电线路，包括农网输电线路，城郊结合部，城市小区，大型工矿企业等。
五、治理效果
我们摘取了8月、9月为调整前后两个月的线路运行情况进行比较分析，由于供电公司统计的电量情况为两个抄表日之间的日期为一个月，故我们选取抄表日前后作为调整终端的日期，所以统计较为准确有效。为方便查看治理效果，分别取两个月相对应的一天进行比较。
1.郭店（配变容量80kVA）
8月份（投入三相平衡自动调整仪之前，下简称调整前）台区的供电量16680度，售电量13822度，线损为17.1%，不平衡度大部分时间超过40%；9月份（投入三相平衡自动调整仪之后，下简称调整后）台区的供电量14220度，售电量12334度，线损为13.2%，不平衡度基本控制在15%以内。
郭店调整前后不平衡度对比图见图1-2。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图1-2 郭店调整前后不平衡度对比图
2.河漕村（配变容量200kVA）
8月份（调整前）台区的供电量23380度，售电量20587度，线损为12.0%，不平衡度大部分时间超过40%；9月份（调整后）台区的供电量20530度，售电量18954度线损降为7.7%，不平衡度基本保持在15%以内。
河漕村调整前后不平衡度对比见图1-3。
&&&&&&&&&&&&&& 图1-3 河漕村调整前后不平衡度对比图
3.张敖（配变容量200kVA）
8月份（调整前）台区的供电量34120度，售电量31471度，线损为7.8%，不平衡度超过30%；9月份（调整后）台区的供电量31060度，售电量29352度，线损降为5.5%，不平衡度保持在15%以内。
张敖调整前后不平衡度对比见图1-4。
图1-4 张敖调整前后不平衡度对比图
治理效果分析：调整前后各台区的数据对比见表1-1。
表1-1 调整前后各台区的数据对比
容量（kVA）
调整前（8月）
不平衡度（%）
容量（kVA）
调整后（9月）
不平衡度（%）
在表中可以看出投入三相平衡自动调整仪以后，对降低台区的不平衡度有明显的效果，都能降到国网要求的15%以下，并且还有效的降低了线路的线损，由于每个台区的情况不同，降损的效果也有差别：
1.郭店：台区的不平衡度由图1-2可以看出，调整前普遍都是大于40%，超出国家规定；调整之后，降到了15%以下，调整效果显著。台区的线损较大为17.1%，虽然投入了三相平衡自动调整仪以后将线损降低到13.2%，减少了3.9%，但指标还是偏高。因为这个台区的线路铺设时间较早，导线线径很细，随着用户的增多和用电量的增加，没有及时的更换的导线，所以导致线损居高不下。
2.河漕村：由表1-3可知，投入三相平衡自动调整仪之前台区的不平衡度也较大，普遍大于40%，超出国家规定，调整之后降到15%以下，有明显改善。投入三相平衡自动调整仪之后台区线损从12%降低到7.7%，减少了4.3%，效果可观。
3.张敖：由表1-4可见，投入三相平衡自动调整仪之前台区的不平衡度普遍大于30%，虽好于上述两个台区，但仍超出国家规定指标；投入三相平衡自动调整仪之后台区的不平衡度控制在15%以下，满足要求。由于张敖台区进行了低电压改造，更换了新的线径大的电线，所以台区的线损整体较低，但由于三相不平衡问题的存在，导致改造导线后的降损工作没有得到应有的效果。投入三相平衡自动调整仪之后，台区线损从7.8%降低到5.5%，降低了2.3%，达到一个非常好的标准。
社会效益：这三个台区存在较多的动力用户，即使用三相电动机，三相不平衡时必然产生负序电压，而负序电压产生的反向旋转磁场起到制动作用，严重降低电动机的出力，并且额外增加电动机的发热，减少了电动机的使用寿命，所以三相电压不平衡对电动机的影响较大。经过调整的台区的三相负载基本平衡，负序电压大大降低，增加了电动机的出力和使用寿命。
通过上述分析可以看到，三相平衡自动调整仪能有效的应对不同台区的复杂情况，把不平衡度控制在指标15%以内，同时对台区线损有明显的减少作用。
六、治理后效益分析
三相平衡自动调整仪设定好参数投运以后，不需要人为控制其运行，其本身可以随负载变化自动调节，如出现故障，则会第一时间向负责人发送报警信号，并自动切除，保持原供电线路通畅。调整仪外壳防护等级为IP65，完全满足复杂的户外安装条件。
经三相平衡自动调整仪的调整后，有效的降低了郭店、河漕村和张敖三个台区的不平衡度，达到了国网规定的指标，同时分别降低线路线损3.9%、4.3%和2.3%。以河漕村为例，台区功率因数按0.8，负载率60%，每天运行16小时，每个月28天，一年12个月，按一度电0.7元计算，一年可节省15534元，仅线损这项指标核算，三年即可收回成本，三相平衡自动调整仪的设计使用时间大于10年。
总结：三相负荷平衡可降低台区线损2%以上，三相负荷不平衡度若超过10%，则线损显著增加。三相不平衡供电造成的损耗是相当严重的，节能降损可不能仅停留在喊口号上，行动起来，视为考核指标，采取切实有效的办法来治理，治标更要治本。
附1，收益成本比（B/C法）评估如下：
不平衡度由40%降到15%评估数据（设备运营＞10年）
年节省电量
投资回收期
Online service不可忽视的三项不平衡
不可忽视的三项不平衡
2402 月每日一读奋斗只是一种行动的昭示，而实际的行动却应该有详细的计划，清楚的段落，坚定的意志和力量。&&[导读]三相不平衡是电能质量的一个重要指标，虽然影响电力系统的因素有很多，但正常性不平衡的情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的，所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象，损耗线路。不仅如此，其对供电点上的电动机也会造成不利的影响，危害电动机的正常运行。因此，如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围，那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。&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2n/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II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。3三相不平衡的危害1、增加线路的电能损耗在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。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损耗。2、增加配电变压器的电能损耗配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。3、配变出力减少配变设计时，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。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。4、配变产生零序电流配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。5、影响用电设备的安全运行配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。6、电动机效率降低配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。4改进配电网三相不平衡的技术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g,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。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、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，也应当提高瞽惕。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总结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。&本文作者：陈东明。我们注重分享，版权归原作者。注：长按指纹，识别图中二维码可关注电力合伙人全国电力人交流平台共创、共享、共赢感谢您关注&
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