摘要：我国的低压配电网点多面广、结构复杂，随着人们生活水平的不断提高，负荷性质日趋多样化，使低压台区变三相不平衡问题越发突出。因此，提出一种适用于低压配电系统的智能换相开关，在低压系统每条支路的始端均安装一台主控开关，在每条支路沿线用户前端安装换相开关，主控开关下发的换相命令执行相应换相操作。该系统可有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线损，克服末端低压等情况。
关键词：低压；配电系统；智能；换相开关
1、研究背景
（1）低压配电系统三相不平衡的危害
低压配电网的三相不平衡一直是困扰供电系统的问题之一，我国的低压配电网点多面广、结构复杂，随着人们生活水平的不断提高，负荷性质日趋多样化、负荷波动越发显著，使低压台区变三相不平衡问题越发突出，对电力系统、用户供电都带来了严重的危害。
1）增加线耗
在三相四线制供电网络中，由于单相负载存在，容易造成三相负载不平衡。当三相负载不平衡时，中性线即有电流通过，相线和中性线均有损耗，增加了电网线路的损耗。
2）配变产生零序电流、出力减少、损耗增加
配变在三相负载不平衡运行时，将产生零序电流，降低设备寿命。同时，低电压使其输出的容量达不到额定值，过载能力也相应降低。也会造成配变的损耗增加。
3）影响用电设备的安全运行。
配变在三相负载不平衡运行时，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，将危及用电设备的安全运行。
4）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，电动机起制动作用。同时，电动机的温升和无功损耗增大，影响电动机的经济性和安全性。
（2）治理三相不平衡的传统措施
结合上述三相负载不平衡问题带来的严重危害，总结出三种治理低压配电系统三相不平衡的传统措施：
1）人工离线调整负荷
人工离线负荷调整是指管理人员通过用电信息采集系统，掌握配变台区三相负荷分布情况，制定用户负荷调整方案。但实际情况难于实现，由于供电负荷对象广、随机性大，人工操作存在安全隐患。
2）SVG静止同步补偿器补偿
非线性负荷常对公用电网注入大量谐波，并入SVG静止同步补偿器，可有效改善电能质量。但这种措施成本高，只能做到变压器低压侧三相电流平衡，不是从本质上实现负荷平衡。
3）APF有源滤波器补偿
APF有源电力滤波器对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收，不会产生谐振，对三相不平衡起到一定的补偿作用。但用这种措施成本高昂，受硬件限制，在大容量场合无法使用。
2、研究内容
针对传统治理三相不平衡方法的问题，提出一套用于治理三相不平衡的系统——智能换相开关。该系统适用于三相四线制的低压配电系统，能够在不中断用户供电的情况下根据不平衡度自动调节三相负载，有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线损，克服末端低压等情况。
（1）系统组成
智能换相开关由主控开关和换相开关两部分组成，主控开关是整个系统的控制核心，换相开关是系统的执行机构，主控开关需要通过三相电流互感器采集变压器出口端或分支始端的电流信号。主控开关和换相开关之间通过电力载波通讯进行信息交互，相互配合完成对配网三相不平衡问题的治理。
1）主控开关
主控开关是检测三相不平衡电流及各个换相开关的故障信息、当前相位、当前负载电流，通过不平衡计算策略，计算得到各个开关调节目标及调节相位，从而下发换相命令。
2）换相开关
换相开关根据支路的容量与负载的分布情况不同可灵活选择换相开关的容量和数量。它负责采集负载电流数据，连同自身的状态信息一起通过通讯上传给主控开关；接收主控开关的换相命令执行换相操作；接收主控开关的故障保护命令执行相应的操作；显示换相开关自身的运行状态信息。
（2）系统功能
1）实现自动平衡三相负载。
智能换相开关可实时监测低压系统三相不平衡度，并根据不平衡度自动调节三相负载。
2）有效降低变压器和线损。
智能换相开关通过各条支路实现三相平衡，进而使得始端变压器一直处于对称运行状态，有效降低了变压器的损耗。同时可有效减小中性线电流，减小中性线的损耗及相线的损耗。
3）解决低压、过压问题。
智能换相开关可解决由三相不平衡所导致的低压、过压的问题，避免因过压烧坏用电设备或因低压影响用电设备的正常运行。
（3）系统优势
1）免维护、免管理
智能换相开关投运后，实现智能切换，无需专人维护和管理，节省人力物力，提高工作效率。
2）自动换相，不需中断用户供电
智能换相开关可实现自动换相，无需人工切换。换相时间≤20ms，低于30ms的用电设备掉电时间，不会导致用电设备供电中断。
3）可靠的相间防短路技术
智能换相开关采用可靠的硬件闭锁技术，防止多个相序同时接通，从而出现相间短路故障。
3、系统原理
（1）三相平衡原理
在低压系统每条支路的始端均安装一台主控开关，负责监测支路三相不平衡的信息，并根据信息逻辑转换下发换相命令；在每条支路沿线用户前端安装换相
开关，用于监测本条线路负荷回路的负荷信息情况，并根据主控开关下发的换相命令执行相应换相操作。原理结构图如图1所示。
图1 原理结构图
（2）不掉电换相原理
换相开关采用永磁继电器作为动作元件，永磁继电器的特性可实现换相开关不掉电换相的功能。换相过程中不会导致用户供电的中断，保证了供电的可靠性。换相开关采用过零投切技术，实现将投切对动作元件的损伤降到最小，延长换相开关的使用寿命。
4、结束语
本文针对传统治理低压配电系统三相不平衡方法的问题，提出一种智能换相开关，能够在不中断用户供电的情况下根据不平衡度自动调节三相负载，该产品可有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线损，克服末端低压等情况，适用性强。
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论文作者:郭建军,郭莹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/10
标签：不平衡论文; 负载论文; 低压论文; 负荷论文; 系统论文; 智能论文; 支路论文; 《电力设备》2018年第36期论文;