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摘要：对于电力系统而言，电力负荷是其重要的一个部分，电力负荷作为电能的消耗者，对电力系统的设计、分析、控制等产生重要影响。在供电系统配电网的日常运行维护管理上，电力维护人员往往重视配电网的设备接地、短路、短线故障及设备缺陷消缺工作，而忽视三相负荷不平衡对配电网造成的危害。当三相负荷分布不对称时，造成电能损耗增大，电气设备损坏、降低供电企业经济效益，影响安全用电。本文对配电网的设计与设备选型进行了论述，针对配电网负荷问题进行调整，并结合近年来城网的改造经验，提出了较为具体的方案。
关键词：配电网；三相负荷；设备选型；设计；解决措施
1导言
一些城市在电网迎峰度夏时，存在电力供应不足的难题，这样就会进行拉闸限电。电网负荷急剧加大，别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长，使得三相不平衡问题越来越严重。若三相负荷严重不平衡，零线电流大于相线电流造成配变零线发热烧断，变压器中性点偏移，容易烧毁用户供电设备。因此，加强配电网三相负荷不平衡的日常运行维护管理，对整个配电网经济、安全、可靠供电都有重要的意义。
2配电网三相负荷不平衡的危害
2.1增加配变损耗，降低变压器的效率。正常情況下，配变的负载损耗与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡时，配变输出相同功率，配变负载损耗大于平衡时的损耗。由于变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，三相绕组结构性能一致，其最大允许处理受每相额定容量的限制。当不对称运行时，负载轻的相就有富裕容量，从而使变压器效率降低，备用容量减小，过载能力降低。
2.2造成低压线路烧断及开关设备烧毁，同时增加高压线路跳闸，降低开关使用寿命。三相负荷不平衡时，重负荷相电流增大，超载过多，造成该相温度持续上升，以致烧断。在配电屏上，造成重负荷低压开关即接触器烧坏，引起配变发生故障，造成高压线路跳闸。低压三相负荷不平衡可能引起高压线路某相电流过大，从而引起线路过流跳闸，引发大面积停电，同时变电站的开关设备频繁跳闸页降低其使用寿命。
2.3威胁用户用电设备和人身安全。当配变三相负荷不平衡运行时，一相或两相负荷大，将增大线路电压降，降低电能质量，影响用户电器使用。负荷严重不平衡，中性线电流甚至超过相线电流，很容易造成中性线烧断，中性点将产生位移，偏移严重时，单相电压可升高到线电压。若中性线接地保护不好，中性线电流产生的电压严重危及人身安全，造成用户单相电器设备不能正常使用或烧毁。
3电力负荷特性及原因分析
3.1特性
3.1.1电力负荷具有周期变化的特性
对于电力负荷来说，具有变化的周期性。这是因为，在气候、温度以及工作规律的影响下，电力负荷的外在表现在负荷的周循环、季节性变化、工作日、节假日等具有一些相关特征。一般情况下，每年电力负荷的峰值经常是出现在夏季、冬季，低谷是时候则是在秋季和春季。在平时的周一至周五，显现出一定的规律性，在双休日时，则其负荷一般得到降低，而在节假日期间，电力的负荷值同样也会出现降低。
3.1.2电力负荷具有随机变化的特性
电力负荷的随机性一般分为内在和外在两种，内在的随机性主要是由电力系统中的非线性中的元件所具有的特性来决定的，因此，对于电力系统而言，其本身就是一个大型的非线性的系统，并且，电力负荷系统又是这个系统中的一部分，因此，对于电力负荷来说，也具有其非线性的特性。而电力负荷外在的表现形式则是电力负荷数据的随机的变化性。
3.2原因分析
3.2.1配电台区建设改造中低压配电线路布局不合理。施工人员在低压配电网建设中没有三相负荷平衡的概念，户表施工时表箱接户线采用单相220V线路随心所欲地接入400V主干线路上，造成供电负荷集中在某一相上，引起三相负荷不平衡。尤其在农村低压配电网建设中，受资金和地形限制，投资小规模大，部分用电户居住分散，为节省工程投资，一些偏远的用户采用单相电源接入，造成低压线路三相负荷不平衡。低压配电网在建设初期形成负荷不均衡的状态。
3.2.2单相负荷的不可控接入，造成三相负荷不平衡。近年来，城乡经济飞速发展居民生活迅速提高，居民家庭除照明电器增多外，大量的中、高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家，例如电饭煲、电水壶、电炒锅、电热水器、电取暖器、小水泵等，单台容量大多数在800～2000kW，都是采用单相电源，单相负荷激增。这些负荷的发展具有随机性、无序性和不可控性。
4解决方案
4.1加强配变电压器的日常维护。
为了保证配电变压器时刻都能正常运行，需要定期检查没有装置配变检测仪的地方，现场测量电压器的三相负荷电流是否出现问题。若问题较为严重，则要及时将线路所带负荷进行调整，保持其分配比例的正常，让三相负荷回到平衡状态。此外，要定期实时跟踪已经装置配变电压器检测仪的地方，查看检测仪是否在正常进行工作，并且记录三相电流不平衡情况，根据统计结果进行分析，有效调整线路所带负荷分配比例。
4.2合理选择变压器
4.2.正确选择变压器的一二次额定电压
为了不降低配电运行电压，配电网的运行标准值采用10.5kV为宜，配电变压器分接头一律放在10.5kV上，高压分接范围：干变为(±2×2.5%)，(油浸为(±5%)，因此一般至用户的变压器是10.5/0.4kV的低压比，即变压器的原边电压是10.5kV，而副边(至用户)是0.4kV，即400V，其实副边的400V是变压器的空载电压，计算负载电压时要考虑副边绕组内部的电压降，约5%的电压值。因此实际负载电压是380V。
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4.2.2变压器的连接组
在GB50052－95《供配电系统设计规范》中第6.0.7条规定：“在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选D，yn11结线组别的三相变压器作为配电变压器”。这里“宜选用”的理由，主要基于D,yn11结线比Y，ynO结线的变压器具有以下优点： 有利于抑制高次谐波电流。三次及以上高次谐波激磁电流在原边接成△形条件下，可在原边形成环流，有利于抑制高次谐波电流，保证供电波形的质量；有利于单位相接地短路故障的切除。因D,yn11结线比Y,ynO结线的零序阻抗小得多，使变压器配电系统的单相短路电流扩大3倍以，故有利于单相接地短路故障的切除；
4.3采用配电三相不平衡自动化控制装置
4.3.1配电三相不平衡自动化控制装置除了能够实现有效调节三相不平衡的基本功能外还可以实现诸如自动补偿、安全保护等诸多功能,是近些年国内不断完善研发的新型设备。三相不平衡自动调节装置应能自动补偿配电变压器无功电流、自动调整三相间有功负荷均衡分配，以提高配电变压器负荷利用率，节能降损，降低零线电流，改善电网电压质量。装置采用模块化设计，一体化结构，并能实现以下功能：
4.3.1.1三相负荷不平衡自动调补功能
装置可根据电网电压及负载变化情况，通过相间任意搭接电容器自动调节无功输出，自动调整三相有功电流的平衡，使三相不平衡度控制在15%以内。
4.3.1.2自动分相补偿功能
装置能将各相功率因数补偿至0.95以上（滞后、无过补）。
4.3.1.3安全保护功能装置具备工频过电压保护、瞬态过电压保护、欠电压保护、缺相保护、短路保护、电容器的过温保护、过电压及断相速断、谐波保护、振荡闭锁保护。
4.3.1.4通信功能
装置能按设定时间间隔采集的三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、零线电流等数据，并通过GPRS模块上传。
4.3.1.5电气参数测量功能
装置具备A、B、C三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数指示。
4.1.1.6显示功能
装置具备电容器投入或切除指示；三相功率因数、三相电压、三相电流、电容器投切延时设定值、电容器容量设定值、取样电流互感器变比设定值、过压设定值、电容器投切状态显示及投切次数记录显示，并设有电源指示灯、投切指示灯、过压指示灯等。
4.3.2配电三相不平衡自动化控制装置的控制方式和控制系统
4.3.2.1配电三相不平衡自动化控制装置按补偿无功功率的同时调整有功功率平衡的原则进行补偿，能控制电容器实现相间和相零间均分相可控，即实现分相不等量任意循环投切，同时按电压限值进行控制。
4.3.2.2配电三相不平衡自动化控制装置的控制系统
装置控制系统可根据系统电压、无功、谐波、三相不平衡的变化情况，自动调节装置无功输出容量，自动调整三相有功电流的平衡。
4.4手动停负荷式调相器
手动停负荷式调相器相对配电三相不平衡自动化控制装置来说自动化程度很低，基本靠人工测量、计算和统计，最后根据数据对比使用手动负荷调整器进行相序调整，降低负荷较大相的供电压力，改善系统负荷平衡。该方式设备简单，造价低，可操作性强。但是缺点是比较消耗人工，操作时需要停负荷相对麻烦，适用于偏远和经济效益不高的欠发达地区。
手动停负荷式调相器需要对负荷经常进行例行性的不平衡统计。加强配电网三相负荷不平衡运行管理，做好负荷测量和调整工作。统计人员要深入配变台区现场了解负荷接线情况，绘制低压负荷分布相序图，完善“一图四表”，为平衡用电负荷提供实际依据。利用在线监测手段实时观察负荷用电信息，测量配变低压侧三相引出线电流和零线电流，实测工作要向低压线路的分支和末端延伸，发现负荷不平衡出现点，确定负荷不平衡调整地点，就近消除三相负荷不平衡。另外，实测工作要不定期开展，缩短测量周期，在大的负荷投运和高峰负荷期间要增加实测的次数，通过及时测量配变低压出线和接近用户端的低压线路电流，便于准确了解配电网设备运行情况，做好负荷均衡合理分配。
结束语
综上所述，电力系统中三相不平衡是影响供电系统电能质量的重要因素。在实际系统运行中，配电网三相负荷不平衡的情况是普遍存在的，对线路损耗、电压质量、安全运行等都会产生较大影响。因此，加强配电网三相负荷不平衡的日常运行维护管理，对整个配电网经济、安全、可靠供电都有重要的意义。
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论文作者:褚庭国
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/23
标签：负荷论文; 不平衡论文; 电压论文; 电流论文; 变压器论文; 装置论文; 配电网论文; 《电力设备》2016年第2期论文;