配电变压器三相负荷调平技术研讨

配电变压器三相负荷调平技术研讨

覃柳才

（广西电网有限责任公司柳城供电公司545200）

摘要：本文笔者经过多年的工作经验及结合相关资料对配电变压器三相负荷调平技术展开研讨，供同行参考。

关键词：配电变压器；三相负荷；智能调节

一、概况

柳城供电公司现有配电变压器1238台，总容量155260kVA，其中100kVA及以上的有516台。近几年来，由于配电变压器三相负荷不平衡，运行中出现问题较多，主要表现在：部分变压器运行线损较大、变压器故障率高，个别接点频繁过热烧损，个别台区电压变化大，烧损用户电器。2015年底，设备部组织各供电进行配电变压器负荷测量，结果表明，配变三相电流不平衡率不合格的占36.5％，其中，100kVA及以上配变不平衡率为15％~25％有118台，不平衡率为25％~35％有42台，不平衡率为35％以上的有26台。

二、三相负荷不平衡原因分析

1、台区改造不彻底。在该台区改造投入变压器运行时，没有按用电户数，用户用电负荷的大小等特点统计，然后随意地搭接到低压三相线路上。

2、日常管理不重视。日常的10kV配变管理工作中，三相负荷的平衡管理基本上都是处于一种无人管的状态。很少去人为的进行监测调整。况且台区负责人没有认真调查了解所管辖区用户的负荷状况，对用户用电负荷的增长情况不了解。

3、临时用电及季节性用电影响。临时用电和季节性用电都有一定的时间性，用电增容不收费后，大棚在生产季节，单相水泵应用较多，而又分布极为分散，用电时间不好掌握，同时由于在管理上未考虑其三相负荷的分配问题，又未能及时监测、调整配电变压器的三相负荷，它的使用和停电，对配电变压器三相负荷的平衡都有较大的影响，特别是单相用电设备容量较大时，影响更大。

4、新增负荷接火管理无次序。大部分的配电管理负责人，由于平时工作时图省事，图方便，在接照明用户时，往往都是哪儿取电源方便在哪儿接火。没有把新增加的户数合理的搭配到低压三相线路上。而近几年来辖区内用电户数增加迅猛，负荷不平衡问题日益突出。

5、大功率电器迅速普及。随着目前农网改造的进行，电费同网同价的执行，使电费价格处在一个老百姓可以接受的价位。电视机、空调、微波炉、电磁炉、抽水电机、洗浴类电器等大功率用电商品正迅速普及平常百姓家。由于这些大功率电器的使用，使用电负荷猛增，特别是大容量单相负荷猛增。

三、三相负荷不平衡的危害

1、增加配电网损耗。由于三相负荷不平衡，使变压器磁路不平衡。配变本身和线路附加损耗增加，增大了10kV线路线损率，同时也增加了0.4kV线路线损率。全公司0.4kV线路线损率都保持在11%左右的高位。

2、降低变压器本身的出力。很显然，使重负荷相的绕组过载，而使轻负荷相绕组轻载，使变压器容量不能被充分利用。

3、危及用户用电设备安全。引起用户电动机附加损耗和振动，危及电动机安全运行和正常出力，使电动机利用率下降。规程规定变压器中性点电流不能超过其额定电流的25%。根据这一规定一般变压器的电压偏移不会超过5%。美国全国电气制造协会做过实验，3.5%的电压不平衡将使电机温升增加25%。我国也有实验数据说明：当三相电压不平衡达到5.34%时，空载损耗增加为平衡时的2.41倍。

4、使照明电灯寿命缩短（电压过高）或照明度不足（电压过低）。实验数据说明，当运行电压比额定电压高5%时，使白炽灯寿命减少30%。当运行电压比额定电压高10%时，使白炽灯寿命减少一半。当运行电压比额定电压低5%时，使白炽灯照明度减少18%。当运行电压比额定电压低10%时，使白炽灯照明度减少30%。

5、使运行中的变压器存在严重安全隐患。变压器三相负荷不平衡，使负荷较大的绕组过热而使其寿命缩短，从而缩短了整台变压器的寿命。经研究得出，在变压器额定负荷下，电流不平衡度为10%时，其绝缘寿命约缩短16%。因此在长时间严重过负荷时，很容易烧毁变压器。2015年，我公司因配变生过载运行烧损的变压器就有16台。

6、当变压器三相负荷不平衡严重时，可使零线电流增大，长时间运行，可烧断零线，造成用户电器损坏事件，今年寨隆的吉兆屯公变、洛崖的大碑屯公变，都是因零线烧断造成用户电器损坏事件。

四、配变三相不平衡智能调节工作原理

三相不平衡智能调节，从实现原理上分为两个系列：有源型和无源型。

㈠有源型三相不平衡智能调节采用的电力电子技术，通过智能化控制方式，自动平衡三相功率（包括平衡有功功率及无功功率），同时消除中性线的基波电流以及零序的3,、5、7次电流，从而解决三相不平衡造成的线路损耗、提高线路输电能力、提高电网的可靠性。

有源型三相不平衡智能调节装置系统原理图

有功功率平衡装置并联在线路中，根据负载三相功率情况，对基波功率重新分配，达到三相平衡。设备装在各个集抄点。有功功率平衡装置通过CT检测三相负载功率，通过智能分析计算出三相负载不平衡功率，经过有源功率单元对三相不平衡功率进行重新分配，从而达到平衡三相功率的目的。有功功率平衡装置并联在集抄点，使集抄点处三相功率平衡，消除集抄点到总表箱由于不平衡造成的线路损耗，从而降低线损。

主要性能特点如下：

1、智能程度高。有功功率平衡装置全智能化自动操作，装置安装调试完毕后，免操作，启动停止等功能完全自动实现。装置可以根据负荷情况灵活控制，优化功率控制，使装置平均功率损耗最低。

2、防止电磁干扰。有功功率平衡装置在工作时，IBGT产生高频脉冲信号，对于农网系统，系统阻抗与用电设备负载，需要合理处理电磁干扰，针对此问题在有功功率平衡装置内安装有高频信号处理器，处理器对电磁干扰进行吸收，将避免有功功率平衡装置对家庭电器造成电磁干扰，同时机柜采取SPCC材质钢板，厚度达到1.5mm，完全可隔离装置内部电子器件产生的电子辐射，保证电子辐射不会影响周边人和物。

3、功率控制。功率单元由驱动部分和IGBT部分组成，驱动部分主电路采用三相桥式全控PWM变流技术，有效地实现功率分配。

4、方便的远程处理功能。装置采用无线通信方式，适用于农网，装置参数调整、运行状况查看，实时数据查看，历史数据查完全由互联网终端完成。只需要一台能上网的电脑登陆网站后台，即可实现上述功能，后台数据查看工作量小、可随时随地可查看。强大的网络数据存储功能，可保证所有数据的长期保存，不丢失。

（二）无源型三相不平衡智能调节采用的同步投切技术，利用同步编组开关实现电容器在“相与相”或“相与零”之间的连接，在实现无功补偿的同时又能够调整三相不平衡电流。该功能能够实现电压过零投入和电流过零切除，电容器的电压过零投入可以消除电容器投入时产生的涌流，消除涌流对系统的影响，并可显著提高电容器的使用寿命；电容器的电流过零切除可消除继电器接点的电弧从而增加继电器的寿命。

无源型三相不平衡智能调节装置系统原理图

主要性能特点如下：

1、利用在相间跨接电容器可以在相间转移有功电流的基本定理，在各相与相之间以及各相与零线之间连接不同容量的电力电容器，从而实现在各相无功功率得到良好补偿的同时调整三相不平衡有功电流的目标。不但可以减少变压器及以上线路的铜损，而且还可以减少变压器的铁损。

2、使用同步开关技术实现每台电容器电压过零投入和电流过零切除。电容器的电压过零投入可以消除电容器投入时产生的涌流，消除涌流对系统的影响，并可显著提高电容器的使用寿命。电容器的电流过零切除可消除继电器接点的电弧从而增加继电器的寿命。同步开关技术的使用极大地提高了整套装置的可靠性。

3、使用磁保持继电器控制电容器的投切及联结方式，因此补偿装置的自耗电降至极小，并且使运行噪音降至极小。

4、具有适度过补偿功能，可以在低压侧对变压器自身的无功电流进行补偿，从而最大限度地减少系统损耗。

5、具有谐波检测和谐波过载保护功能。机内控制器对系统的谐波电压和谐波电流进行监测，可以测量20次以下的奇次谐波电压和谐波电流，并且可以测量1000Hz以上的分数谐波电压及谐波电流。当谐波电压超过允许值时，可以切除电容器，从而保护电容器不会由于谐波过载而损坏。当系统的谐波电压减少时，可以自动重新投入电容器。

6、最多可以安装28台电容器，可以满足对大容量变压器的补偿要求。

7、使用最新型的32位ARM高性能单片机进行控制，在最大限度地简化机内控制器复杂程度的同时，获得精确的参数检测结果和精密的控制效果。

五、新技术推广建议

采用有源型、无源型三相不平衡智能调节，不但能进行平衡三相电流、同时无功补偿，一次解决两大问题，无需定期进行人工改线，大大降低电网运维成本，达到多维效果。

参考文献

[1]郭创新,朱承治,张琳,彭明伟,刘毅.应用多分类多核学习支持向量机的变压器故障诊断方法[J].中国电机工程学报,2010,13:128-134.

[2]杨廷方,周力行,李景禄,曾祥君.基于最优权值的组合模型诊断变压器故障[J].电网技术,2013,01:190-194.