新型三相不平衡治理装置的分布式应用

文/蔡晓燕

0 引言

在当前的三相四线制配电网中，用户多为单相负荷，或单、三相负荷混用，负荷在三相上的不均衡分配以及三相系统元件参数的不对称性导致了配网三相负荷不平衡问题长期存在。三相负荷不平衡增加了线路电能损耗，导致了三相电压的波动以及线路末端的电压问题的产生，影响了供电质量和台区变压器的使用寿命，这是亟需解决的配网电能质量问题。

1 新型三相不平衡治理装置的研制

地处气候多雨、潮湿的广东地区对户外运行的配网装置提出了更高的要求。传统的三相不平衡治理装置（以下简称“治理装置”或“装置”）通常采用强迫风冷的散热方式，通过内外空气流动而散热，在风扇转动过程中，装置内外需形成空气流动，从而要在装置上设置风孔，潮湿的气体会通过风孔进入机箱内部，对电力电子器件以及控制芯片等敏感元器件的引脚可靠性造成影响，降低整个装置的可靠性和使用寿命。

考虑到现有技术的不足，广州开能电气实业有限公司（以下简称“开能电气”）研制了一种具有自然散热能力的三相不平衡治理装置（如图1），装置机箱采用导热材料制造并且外表面设有散热片，没有安装散热风扇或冷却风机，而是将发热量较大的元器件，如开关器件绝缘栅双极型晶体管（IGBT），在其底部设置导热层并紧贴由导热材料制作的机箱内表面进行安装，使得该元器件所产生的热量可以通过机箱传导至外壳后，再利用机箱外壳上的散热片进行散热。因为无需通风，装置机箱采用了全密封设计，防护等级达到IP66，避免了内部元器件受到潮湿环境的影响，提高了装置户外应用的可靠性，延长了装置的使用寿命。

图1 三相不平衡治理装置的外观结构

2 治理装置的分布式应用

传统的配网三相负荷不平衡治理方法，通常是将三相不平衡治理装置安装在台区配电变压器二次侧，通过调节，使得配电变压器的三相出线电流达到平衡。这种应用方式，只能保证配变的三相平衡运行，无法解决后端供电线路的三相不平衡问题，由供电线路带来的线路损耗依然没有减少，且由三相不平衡导致的线路末端低电压问题可能还会存在。

开能电气通过长期的用户调研，提出了一种全新的治理装置分布式应用方案，该方案的示意如图2所示。

图2 自冷型三相不平衡治理装置的分布式应用方案

在每组分支线路的负荷前端并联接入开能电气自主研制的自冷型三相不平衡治理装置，用于调节各支路的三相电流，经过调节后，每条支路的三相电流达到平衡状态，由于主干线上的电流是各支路电流之和，因此随着装置对各支路电流的调整，使得主干线上的三相电流也趋于平衡。

由于各分支线路上的负荷电流与总干线上的电流相比，要小得多，因此在各支路接入的三相不平衡治理装置容量小、体积小、重量轻，安装和维护都较为灵活方便，每个治理装置上配置有通用分组无线业务（GPRS）通信模块，可以将安装位置，以及各支路上的电流、电压、电能质量等信息无线传输至后台监控系统，方便运维人员采集相关数据。

3 治理装置应用效果分析

本文以广州市白云区供电局江高供电所所辖的罗溪上边头台区为例，该区居民用电的配网变压器容量为200kVA，存在着较为严重的三相负荷不平衡问题。由于该台区配变的接线方式为Yyn0，因此三相负荷不平衡问题使变压器中性点发生偏移，产生三相线路的电压不平衡，导致重负荷相的线路末端出现低电压问题，引起用户投诉。2018年2月，开能电气在该台区的两条分支线路上各安装了一台自冷型三相不平衡治理装置，装置投入运行后，台区的三相负荷不平衡及低电压问题均有了较为明显的改善。

根据国家电网相关规定，配网三相不平衡度应小于15%。从表1可以看出，治理前三相不平衡度的平均值约为74%，远远超出了规定的允许值;而治理之后三相不平衡的平均值约为5%，三相不平衡度的最大值约为10%，均在电网规定的允许值范围内。从图3和图4可以看出，治理前三相电流值差别较大，曲线不重叠的部分较多，而治理后三相电流曲线大致重叠，说明此时三相电流基本已达到平衡状态。

表1 治理前后三相负荷若干指标对比

图3 三相不平衡治理前三相电流曲线

图4 三相不平衡治理后三相电流曲线

对比装置测量到的配变低压侧的电压值，治理前最大相电压与最小相电压的差值大约为10V左右，而治理后最大相电压与最小相电压的差值小于5V。通过三相不平衡的治理，线路末端没有再出现低电压的问题，用户的正常用电得到了保证。

4 结语

开能电气研制的三相不平衡治理装置采用了自然冷却的散热方式，适用于户外潮湿多雨的环境，装置体积小、重量轻，且自带GPRS无线通信功能，安装维护方便，可分布式安装于配网主干线路的分支，通过治理分支线路三相不平衡问题来总体解决整个台区的三相不平衡问题，减少线路损耗，保护台区变压器，解决线路末端低电压问题。该装置的研制及应用，可有助于推动广东省配电网电能质量的进一步提升，促进绿色智能电网的建设。