一文读懂三相不平衡-9479威尼斯

我国配电网建设和规划，在经历了早期投资不足、近期被动投资、当前主动投资等不同阶段之后，目前在设备先进性、供电容量、供电可靠性、自动化水平、电能质量等方面均有很大提高，但各地区在产业特点、发展状况、工业化水平、城乡差异的不同，加之用户分布不均匀、用电随机性大、用电设备同时率低、大功率负载频繁瞬间接入等因素，极易导致不同程度的三相不平衡现象，给电网供电可靠性、供电设备寿命及安全造成较大潜在危害。
      为此，各地电力公司近年来已将治理三相不平衡问题作为日常工作重点之一。发改委经济运行调节局早在2010年就牵头对上海市电能质量开展了经济性调查，获得大量因三相不平衡等电能质量问题造成的经济损失和相关统计数据；南方电网公司在2011年建成了电能质量监测中心，分别在广东、广西、云南等6个地区建了约2790台监测点，就三相不平衡对配电台区的影响进行评估和分析，并制定优化治理方案和配备相关装备；国家电网公司在2017年还专门发布了《关于开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作的通知》，明确要求按照“源头预防、常态监测、科学施策、动态治理”的原则治理三相不平衡。
      从原理上看，三相不平衡指的是电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围，导致供电点三相电流（电压）不平衡，进而增加线路损耗，同时会对接在供电点上的电动机及相关设备运行产生不利影响。
在中低配电网中，一般采用手动调整负荷线路相线的形式进行负荷平衡调整，但这种方法无法适应负荷无时无刻不在变化的客观情况。国家电网公司根据当前各地配电台区建设改造情况，建议了换相开关型、电力电子型、电容型三种配电台区三相负荷自动调节技术典型应用模式。

      下面，我们就这三种典型模式在实际应用中的各自系统原理、应用范围、应用效果进行详细阐述。
      典型应用模式一：换相开关型三相负荷自动调节装置
      该调节装置也称低压负荷自动换相装置，是由一个智能换相终端（负责负荷监测与自动换相控制）和若干个换相开关单元（负责执行负荷换相的操作机构）组成。智能换相终端实时监测配变低压出线的三相电流，如果在一定监测周期内配变低压侧三相负荷不平衡度超限，智能换相终端读取配变低压出线和所有换相开关单元各负荷支路的电流、相序实时数据，进行优化计算，发出最优换相控制指令，各换相开关单元按照规定换相流程执行换相操作，实现用户负荷相序调整、配电台区三相负荷均衡分配。
       换相开关型三相负荷自动调节装置的主要应用范围集中在：供电半径比较大，配电变压器低压侧功率因数＞0.85，并且低压主干线和主要分支线为三相供电方式的配电台区上，换相开关供电范围内无对可靠性要求高的敏感性负荷；同时额定容量为100、200、400kva的配电台区配置换相开关单元分别不宜超过6、9和12台。
        从实际应用效果看，该调节装置投运后，a、b、c三相电流在切换终端单相负载后基本实现三相平衡，在同一时点的负荷相对趋同，有效降低了线路损耗及变压器损耗，提高用电质量，改善了因三相不平衡引起的末端低电压，延长设备使用寿命，治理前后效果较明显。
       典型应用模式二：电力电子型三相负荷自动调节装置
       该调节装置是采用大功率可关断型电力电子开关技术的电能质量综合治理装置，它通过快速检测出接入处无功、负序、谐波电流，根据空间矢量脉宽调制（svpwm）控制方法产生触发脉冲信号驱动控制晶闸管，输出与检测到的无功、负序、谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，综合解决配电台区无功、谐波、电压波动以及三相负荷不平衡等问题。
        电力电子型三相负荷自动调节装置的主要应用范围集中在：供电半径较短，且用户对电能质量要求较高，或同时存在三相负荷不平衡、无功不足和谐波超限等多种问题的配电台区，安装场地则不受限制。
        从某配电台区实际应用效果看，投运前，低压侧只有8.2%的时间节点（15分钟为一个时间节点）三相负荷不平衡度≤15%（国网规定配电台区负荷不平衡度不应大于15%）；该调节装置投运后，100%的时间节点≤15%，98%的时间节点≤10%。另外，该调节装置能实时跟踪响应，维护也较方便，不会产生谐振影响。
        典型应用模式三：电容型三相负荷自动调节装置
         该调节装置又称相间无功补偿装置，是在相线间跨接电力电容器，实现有功功率转移，平衡相间的有功功率，同时利用连接在相线与零线之间的电力电容器对每一相进行不等量无功补偿，平衡相间的无功功率，降低三相不平衡度、提升功率因数。
         电容型三相负荷自动调节装置的主要应用范围集中在：供电半径较短，同时存在三相负荷不平衡和无功不足问题，且未安装补偿装置的配电台区。
         从实际应用效果看，该调节装置投运后，通过有效补偿无功功率，系统功率因数的波动幅度较投运前有明显的减小，近似于一条直线，降低了电网中功率损耗和电能损失，改善电能智能，在提高了用电设备的工作效率的同时降低故障率，可减小变压器等设备再投入成本。
        当前，上述三种配电台区三相负荷自动调节装置在各地均有应用，但覆盖率和普及率不高，分布也不均匀，各地电力公司可根据当地配电台区具体三相负荷不平衡状况和特征制定相应治理方案和配备相应治理装置。

        近些年，随着城市配电网精益化管理要求越来越高，以及农网改造进程逐步深化，三相不平衡问题已成为配电网较为突出的问题之一。建立常态化监测和治理机制，合理配置相关治理装置，优化运行控制，提升配电网能效水平和供电服务保障能力是各地电力公司的共识。 

        2016年、2017年各地有关三相不平衡治理、谐波治理、无功补偿装置的招标量较往年相比有45%以上的增长幅度。同时，城市轨道交通、电动汽车充电设备、数据中心以及高端制造、工业机器人等对三相负荷平衡要求很高的产业大量兴起，更加激发三相不平衡治理的需求。

        可以预见，未来5-10年，在我国电力消费需求和配电网投资规模仍呈平稳增长态势背景下，新一轮大规模三相不平衡治理升级高潮将会到来，为三相不平衡治理装置创造出广阔发展空间和巨大市场规模。