（保定蠡县供电公司）
摘要：蠡县供电公司的小区等民用建筑低压配电系统中存在大量单相负荷，造成三相不平衡现象严重，致使变压器寿命及损耗严重；传统的无功补偿法只能对无功电流有作用，对于三相不平衡的有功电流却无能为力。
蠡县供电公司选用了DWHN-0.5台区变专用调整三相不平衡型无功补偿装置，其采用了智能化的三相不平衡负荷专用DWH-5型无功补偿器，最大限度的降低了线损，节能效果显著。
关键词：低压三相；不平衡无功补偿；降损
在蠡县供电公司楼宇及住宅小区等民用建筑的低压配电系统中，存在着大量的单相负荷（如照明灯、家用电器、办公设备、单相电动机等），且该类设备随机使用率高，使原本通过调配供电回路负荷来实现的三相平衡在实际运行中全无意义，导致低压配电系统的三相不平衡比想象中的要严重的多（最大达到40%）。
实践证明，变压器处于三相不平衡运行时，容量得不到充分利用；额定负载下，当电流不平衡度为10%时，变压器绝缘寿命约缩短16%。
变压器不平衡度越大，损耗也越大，假设某条线路的三相电流分别为IA、IB、IC，中性线电流为I0，若中性线电阻为相线电阻的2倍，相线电阻为R，则这条线路的有功损耗
△P1= IA2R+ IB2R+ IC2R+2IO2R
当三相负荷电流平衡时，这时线路的有功损耗
△P2 = IA2R+ IB2R+ IC2R
如果三相电流不平衡，则中性线中有电流通过，线损必会增加。假设中线型号与相线相同，一相负荷重 两相负荷轻时，线损比三相平衡时约增加5％。一相负荷重，一相负荷轻，一相为平均负荷时，线损比三相平衡时约增加6．68％。两相负荷重，一相负荷轻时，线损比三相平衡时约增加2O％。
如果中性线线径是相线的一半时，则线损又会增加。
由于三相不平衡产生的零序电流（严重时可能产生负序），会造成变压器的铜损铁损剧烈增大。当系统不平衡大于40%时，变压器的变损可达到标称值的3倍，同时零序磁通同油箱臂及紧固件内形成回路，可能导致某相电压过高，铁芯急剧饱和，从而造成变压器过热烧毁。
对于上述现象，传统的无功补偿一般采用三相共补，结合分相补偿的方法，即在不同的相上，投入不同单相电容器组，但这种方法只能对无功电流有作用，对于三相不平衡的有功电流却无能为力，三相不平衡的问题仍不能很好的解决。
蠡县供电公司经过广泛市场调研，最终选取了一款针对上述现象研发的实用型产品——DWHN-0.5台区变专用调整三相不平衡型无功补偿装置，该补偿器巧妙的利用每相中的电感负荷，经过精确的计算，恰当的选择电容器接线，在将每相无功补偿的同时，将有功功率在相线之间转移，使三相不平衡电流控制在额定电流的10%以内，且每相功率因数均补偿到0.95以上，最大限度的降低了线损，节能效果显著。
1、装置原理
变压器不对称的三相负荷电流可采用对称分量法分解为正序、负序和零序三组对称分量。如果消除掉负序和零序，三相电流就会对称。该装置应用Steinmetz原理和线性电路叠加原理，推导出科学的工程计算公式。利用负荷中的感性无功虚拟为电抗器元件，通过在变压器低压侧各相与相之间及各相与零线之间各自恰当地接入单相电力电容器的方法，构成不对称补偿网络，具体说就是利用智能化的三相不平衡负荷专用DWH-5型无功补偿器采集数据进行计算，控制可控硅智能开关，投切单相电容器组，通过各相之间及各相同零线之间电容器组不同的接线，巧妙的利用回路中的电感，不仅使各相的功率因数都得到了良好的补偿，同时各相的有功电流达到平衡。从而实现消除掉变压器电流中的负序和零序分量，使各相输出的有功电流达到平衡，同时无功电流被补偿，而负荷本身的有功电流保持不变。
2.装置构成。
低压三相负荷不平衡无功补偿装置主要由微电脑控制器、可控硅智能开关、单相电容器组等构成
该装置内装有16台额定电压415V的自愈式单相电容器，每台电容器在微电脑控制器的控制下，通过智能开关使之既可以接于相线与相线之间，也可以接于相线与零线之间，实现了在补偿系统无功功率的同时调整不平衡有功负荷的目的。
为了满足调补精度，装置内电容器采用了可变容量结构，可以适应变压器不同负荷率时的运行需求。
3、技术参数：
（1）补偿方式：三相平衡、三相分相、本相分相+平衡。
（2）保护功能：过压、欠压、缺相、欠流、谐波超限、零序超限等功能。
（3）工作原理：以三相不平衡电流和无功电流为判据，采用目标优化算法，将三相不平和补偿与无功补偿相结合，采用星、角混合的电容器接法既进行了无功补偿，又解决了三相不平衡的问题。
（4）精细的补偿步距：由于采用可控硅智能开关，使每台单相电容器既可接在相与相之间，又可接在相与零之间。当电容器接在相线与零线之间时，其工作电压变为额定线电压的1/，这时的实际补偿量为电容器额定补偿量的1/3。当使用16个单相电容器时，其补偿步距是总容量的1/48，其补偿精度远高于一般补偿装置。同时由于降压使用又延长了电容器的寿命。
4、经济效益分析
以蠡县东方家园1号、2号配变（综合变压器，三相不平衡度达到30%）为例：两台型号S9，容量200kVA变压器并列运行，月供电量59610 kWh，计费电量46500kWh，线损22%，单价以0.65元计算，电费每月30225元。（每年按10个月计算）
（1）降低线路线损：未采用补偿器时，平均线损22%，采用补偿器后，三相不平衡电流控制在额定电流的8%左右，线损平均9%，按照降低10%计算。每月节省电费3022.5元，年节约电费30225元。
（2）节约功率因数调整电费：安装投入后功率因数为0.95（投入前为0.73），功率因数调整电费由罚8.5%变为奖0.75%，一正一负相差8.8%，每月节省电费2659.8元，年节约电费26598元。
（3）增容降低变压器损失：功率因数由0.73提高至0.95，变压器的平均有功负荷电流提高了23%（1-/带入数值1-0.73/0.95）；变压器铜损减少：1-（0.73/0.95）2=41%；每月节省电量4kW×41%×12小时×30天=590.4kWH/月（4kW，两台变压器铜耗，每天工作12小时），降低线损约为1%，此项电费节约383.7元/月，年节约电费3837元。
当设备费用投资为10万元时，其装置投入回收期计算公式年，单凭节约的电费一项18个月即可收回投资成本。
5、实际运行效果
经过公司两年的推广，33个高损台区都采用了D该型无功补偿装置，效果明显。
（1）减少变压器视在功率，减少变压器视在电流，从而减少变压器的有功损耗。
（2）调整三相不平衡电流，能够有效地降低配变铜损和铁损，减轻电力员工频繁调负载的劳动强度，能够提高配变负荷利用率，降低了配电变压器过负荷烧毁的机率，平均节电效率比单纯的分相补偿装置可提高10%以上。
（3）台区线损由以前的20%左右，降至如今的7%左右。
（4）改善了供电电压质量，使三相电压平衡，延长了用电设备寿命，提高了设备使用效率。
参考文献：
[1]付延婷．不平衡负荷的静止无功补偿装置的研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006：23-28．
[2]周顺霞.低压无功补偿在县级供电企业的应用［J］.贵州电力技术，2009，04：49-50
论文作者:刘增明
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：不平衡论文; 电流论文; 变压器论文; 负荷论文; 电容器论文; 蠡县论文; 单相论文; 《电力设备》2016年第18期论文;