一文讀懂三相不平衡
日期:2017-11-06 瀏覽量:3557
我國配電網建設和規劃,在經歷了早期投資不足、近期被動投資、當前主動投資等不同階段之后,目前在設備先進性、供電容量、供電可靠性、自動化水平、電能質量等方面均有很大提高,但各地區在產業特點、發展狀況、工業化水平、城鄉差異的不同,加之用戶分布不均勻、用電隨機性大、用電設備同時率低、大功率負載頻繁瞬間接入等因素,極易導致不同程度的三相不平衡現象,給電網供電可靠性、供電設備壽命及安全造成較大潛在危害。
為此,各地電力公司近年來已將治理三相不平衡問題作為日常工作重點之一。發改委經濟運行調節局早在2010年就牽頭對上海市電能質量開展了經濟性調查,獲得大量因三相不平衡等電能質量問題造成的經濟損失和相關統計數據;南方電網公司在2011年建成了電能質量監測中心,分別在廣東、廣西、云南等6個地區建了約2790臺監測點,就三相不平衡對配電臺區的影響進行評估和分析,并制定優化治理方案和配備相關裝備;國家電網公司在2017年還專門發布了《關于開展配電臺區三相負荷不平衡問題治理工作的通知》,明確要求按照“源頭預防、常態監測、科學施策、動態治理”的原則治理三相不平衡。
從原理上看,三相不平衡指的是電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規定范圍,導致供電點三相電流(電壓)不平衡,進而增加線路損耗,同時會對接在供電點上的電動機及相關設備運行產生不利影響。
在中低配電網中,一般采用手動調整負荷線路相線的形式進行負荷平衡調整,但這種方法無法適應負荷無時無刻不在變化的客觀情況。國家電網公司根據當前各地配電臺區建設改造情況,建議了換相開關型、電力電子型、電容型三種配電臺區三相負荷自動調節技術典型應用模式。

典型應用模式一:換相開關型三相負荷自動調節裝置
該調節裝置也稱低壓負荷自動換相裝置,是由一個智能換相終端(負責負荷監測與自動換相控制)和若干個換相開關單元(負責執行負荷換相的操作機構)組成。智能換相終端實時監測配變低壓出線的三相電流,如果在一定監測周期內配變低壓側三相負荷不平衡度超限,智能換相終端讀取配變低壓出線和所有換相開關單元各負荷支路的電流、相序實時數據,進行優化計算,發出最優換相控制指令,各換相開關單元按照規定換相流程執行換相操作,實現用戶負荷相序調整、配電臺區三相負荷均衡分配。

從實際應用效果看,該調節裝置投運后,A、B、C三相電流在切換終端單相負載后基本實現三相平衡,在同一時點的負荷相對趨同,有效降低了線路損耗及變壓器損耗,提高用電質量,改善了因三相不平衡引起的末端低電壓,延長設備使用壽命,治理前后效果較明顯。


該調節裝置是采用大功率可關斷型電力電子開關技術的電能質量綜合治理裝置,它通過快速檢測出接入處無功、負序、諧波電流,根據空間矢量脈寬調制(SVPWM)控制方法產生觸發脈沖信號驅動控制晶閘管,輸出與檢測到的無功、負序、諧波電流大小相等、方向相反的補償電流,綜合解決配電臺區無功、諧波、電壓波動以及三相負荷不平衡等問題。

從某配電臺區實際應用效果看,投運前,低壓側只有8.2%的時間節點(15分鐘為一個時間節點)三相負荷不平衡度≤15%(國網規定配電臺區負荷不平衡度不應大于15%);該調節裝置投運后,100%的時間節點≤15%,98%的時間節點≤10%。另外,該調節裝置能實時跟蹤響應,維護也較方便,不會產生諧振影響。


該調節裝置又稱相間無功補償裝置,是在相線間跨接電力電容器,實現有功功率轉移,平衡相間的有功功率,同時利用連接在相線與零線之間的電力電容器對每一相進行不等量無功補償,平衡相間的無功功率,降低三相不平衡度、提升功率因數。

從實際應用效果看,該調節裝置投運后,通過有效補償無功功率,系統功率因數的波動幅度較投運前有明顯的減小,近似于一條直線,降低了電網中功率損耗和電能損失,改善電能智能,在提高了用電設備的工作效率的同時降低故障率,可減小變壓器等設備再投入成本。

近些年,隨著城市配電網精益化管理要求越來越高,以及農網改造進程逐步深化,三相不平衡問題已成為配電網較為突出的問題之一。建立常態化監測和治理機制,合理配置相關治理裝置,優化運行控制,提升配電網能效水平和供電服務保障能力是各地電力公司的共識。
2016年、2017年各地有關三相不平衡治理、諧波治理、無功補償裝置的招標量較往年相比有45%以上的增長幅度。同時,城市軌道交通、電動汽車充電設備、數據中心以及高端制造、工業機器人等對三相負荷平衡要求很高的產業大量興起,更加激發三相不平衡治理的需求。
可以預見,未來5-10年,在我國電力消費需求和配電網投資規模仍呈平穩增長態勢背景下,新一輪大規模三相不平衡治理升級高潮將會到來,為三相不平衡治理裝置創造出廣闊發展空間和巨大市場規模。