摘要：三相负荷不平衡通常使得变电站络中产生负序电流，当配电变压器输出端引出零线时，三相负荷不平衡还会在系统中产生零序电流，不管是负序电流还是零序电流都会降低变电站络的电能质量，俨然，三相负荷不平衡治理己经成为电能质量治理中的一大问题，本文将针对变电站10kV三相负荷不平衡问题开展研究。
关键词：变电站；10kV；母线电压不平衡；治理方案
引言
日常的工作中我们会发现变电站开口三角形电压较高，10kV母线三相电压不平衡。三相电压不平衡无论是对电力系统还是用户都有较大的危害。本文主要从变电站10kV母线电压不平衡产生的危害进行研究，并提出解决措施。
1、三相负荷不平衡产生的危害
三相不平衡与用户端的负荷特性和电网运行状况有关，同时受变电站中负荷分配的影响。三相不平衡总的分为两类：故障性不平衡和非故障性不平衡。故障性不平衡由系统接地、缺相或相间短路等引起，当发生此类三相不平衡时，系统中各相电流发生严重失衡，可通过作用于负序电流的继电保护装置切除故障线路，再修复故障部分后可恢复运行。非故障性不平衡通常由三相负荷不平衡引起，当此类不平衡发生在三相三线制电网系统中时，会在系统内产生负序电流，会导致中性点电压的漂移；当非故障性不平衡发生在三相四线制电网系统中时，会在系统中产生负序电流，同时在系统的中线上产生较大的零序电流。三相负荷不平衡不仅会影响电网安全，同时也会影响其它用电设备的应用，具体影响如下：
（1）增加输电线路及配电变压器电能损耗在变电站中，由于线路阻抗的存在，电流在流经电线时，会产生与电流平方成正比的损耗。当三相负荷总的功率相等时，通过简单的数学计算可知，当相电流幅值相等的时候，系统的电能损耗最小。
（2）降低配电变压器出力以及增加铁损变压器在设计的时候，考虑到三相对称的关系，将每一相的容量额定值设计得相等，这样，变压器的出力受到相额定值大小的限制。当三相负荷不平衡时，由于配电变压器单相额定值的限制，轻载相不能完全使用配电变压器，从而使得配电变压器总的出力降低。对于一定额度的负载，负荷不平衡造成的发热更严重。
（3）电动机运行效率降低三相负荷不平衡时，通常会引起变压器输出端三相电压不平衡，电动机直接接在不平衡的电网上时，由于负序电压的作用，会出现转矩脉动问题，这样降低了电动机运行效率。
（4）影响用户用电质量三相负荷不平衡情况下，电网电压的中性点会发生漂移。带来的后果是，对于接在负载重的相的用户，电压会偏低，而接在轻载相的用户，电压会偏高。电压偏低可能会使得电器无法正常使用，电压偏高可能会烧毁正在使用的电器。
（5）影响电能计量三相负荷不平衡系统存在负序电流和零序电流，对应地将产生负序功率和零序功率，这些功率实际存在于电网系统中，但并不参与电能计量表的计量，从而影响电能计量表的计量精度。
（6）用电安全在不平衡度过高的情况下，将会引起变压器发热过度，三相用电设备工作出现异常，高压相所接用电设备易出现烧毁事故，从而带来不可逆转的严重后果。
2、治理三相负荷不平衡的方案
处理三相负荷不平衡问题可通过在变电站络前期建设中合理分配负荷使得变电站三相负荷平衡，及负荷出现不平衡问题后再对其进行补偿或调控两种途径。但是由于各区各户居民用电的不确定性，所以即使对变电站负荷进行了合理规划，不平衡问题还是会出现，由于这种特性，负荷不平衡不可避免。目前针对不平衡负荷问题主要有两种治理方案：一种是采用带电换相开关的投切，通过控制自动切换用户的相序，将不平衡的负荷尽量平衡的分配在三相上，降低不平衡度；另一种是在出现负荷不平衡的地方添加三相负荷不平衡补偿装置，以此消除不平衡负荷所带来的影响。
（1）带电换相开关投切补偿装置采用分布式系统，由一个主站和多个从站构成，其系统简图如图1所示。主站为控制单元，从站为执行单元，通过开关方式切换负荷相序，系统主、从站图如图2所示。一个台区内负荷分为可调负荷和不可调负荷，通过调节可调负荷所在的相线使电网三相负荷达到平衡。主站由单片机系统、电力线载波模块、电压采样、电流采样、辅助电源等模块构成。采集三相电流，判断负荷平衡情况，当需要平衡调节时，根据从站开关配置状况进行优化配置，通过电力线载波通讯控制各个从站切换相序。从站由单片机系统、电力线载波模块、电流采样、双向晶闸管及驱动、继电器及驱动、辅助电源等模块构成。从站测量本地负荷的电流，并将开关状态信息一起通过电力线载波模块上传至主站，接收并执行主站指令，控制双向晶闸管和开关动作，切换负荷相序，实现不平衡负荷的调度，这种方案的优点是补偿功率范围广，缺点是装置开关器件串接在负载上，若开关器件发生故障将导致所接负载区域停电，且从站在切换相序时会有短暂的停电，同时补偿精度不高。
图1 带电换相开关投切补偿装置系统简图
图2带电换相开关投切补偿装置系统主、从站图
（2）三相负荷不平衡补偿装置通过装置内部的逆变器生成补偿电流，再馈入电网中取代不平衡负载产生的负序电流分量、零序电流分量、正序电流无功分量，从而使得从电网侧流入的电流为三相对称电流，其方案图如图1-3所示。补偿装置主要由IGBT功率变换器、检测电路、控制电路
图3 三相负荷不平衡补偿装置系统简图
组成，检测电路检测出电压电流信号，再由控制电路通过电流分序算法计算出不平衡分量，同时控制电路根据这些不平衡分量产生作用于主电路的驱动信号，主电路接收到驱动信号后，便按照指令产生补偿电流。该方案相较于方案一的优点是，响应快、补偿精度高、同时还能补偿无功电流。
结语
在实际电网运行中确实存在着母线三相不平衡的现象，它的存在对变压器、用电设备以及线损都造成了影响，分析研究并采取措施解决母线三相不平衡对提高电能质量提升用户满意度具有较大的经济效益和社会效益。
参考文献：
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[2]蒋紫薇，倪周，任学蜻，杜静嵋.低压变电站三相不均衡的研究综述[J].科技创业月刊，2017，30（12）：139-140.
论文作者:吴晓东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：不平衡论文; 负荷论文; 电流论文; 变电站论文; 系统论文; 电压论文; 电网论文; 《基层建设》2018年第36期论文;