1. 三相不平衡的危害

在低壓配電網(wǎng)中，由于用電負(fù)荷復(fù)雜，地域廣泛，且多為單相用電負(fù)荷，以及各用戶用電習(xí)慣和用電負(fù)荷的隨機(jī)性，使得低壓配電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡問題始終存在。配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡給電力系統(tǒng)和用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失和風(fēng)險(xiǎn)。

圖1：三相不平衡的危害

 2. 三相不平衡治理方法

以往電力部門通常采用手動(dòng)換相的方法進(jìn)行治理，但是由于配網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，難以準(zhǔn)確掌握其變化規(guī)律，無法達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求，并且需要斷電操作，實(shí)踐證明人工換相存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、時(shí)效性差、針對性差的缺點(diǎn)，不能很好地解決三相負(fù)荷不平衡問題。

ETCR5500換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置是一種實(shí)時(shí)、智能的自動(dòng)負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)，對單相負(fù)荷接入進(jìn)行實(shí)時(shí)、智能的自動(dòng)換相控制，可以從根本上解決低壓配電網(wǎng)三相不平衡問題，避免因三相不平衡導(dǎo)致的單相過載跳閘、高線損、末端低電壓等問題發(fā)生。換相開關(guān)三相不平衡治理技術(shù)及裝置已在國網(wǎng)、南網(wǎng)大量應(yīng)用，治理成效顯著，大幅為一線基層人工調(diào)相減負(fù)。

ETCR5500換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置由主控器和換相開關(guān)組成，如圖2所示。主控器采集臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)；分析各換相開關(guān)的負(fù)荷電壓、電流；形成并發(fā)送指令到換相開關(guān)。換相開關(guān)ETCR5500-PEX接受主控器的指令并執(zhí)行指令。主控器與換相開關(guān)之間通過LORA無線通信或PLC載波通信或RS485通訊。

產(chǎn)品特點(diǎn);

1）等電壓0毫秒無縫換相技術(shù)，換相過程無電壓暫降，不中斷供電。

2）AI智能平衡搜索算法，精準(zhǔn)定位不平衡點(diǎn)，確保各支路逐段平衡。

3）可靠的軟硬件互鎖技術(shù)，確保裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4）大幅降低中性線電流，有效提升末端電壓。

5）超長壽命，不限日換相次數(shù)，大幅降低線損與變損，節(jié)能效果顯著。

6）多種通信模塊組合，保證了任何環(huán)境下臺(tái)區(qū)全覆蓋。

7）支持多種通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、遠(yuǎn)程維護(hù)管理。

圖2：ETCR5500換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置

 3. 臺(tái)區(qū)情況

該臺(tái)變額定容量200kVA，臺(tái)區(qū)負(fù)荷波動(dòng)較大，年平均負(fù)載率30.51%、年平均三相不平衡度48.54%;高峰期時(shí)負(fù)載率70.33%、三相不平衡度52.05%，中性線電流在60～120A之間，各相電流不平衡較大。該臺(tái)區(qū)地理位于農(nóng)村城鎮(zhèn)，臺(tái)變共輸出2個(gè)支路，2個(gè)支路架空線路至到居民樓房后較多采用沿街單相走線。臺(tái)區(qū)負(fù)荷類型：由居民晚上用電、小型加工廠、充電樁等組成。臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況：白天居民外出工作與勞作少用電，晚上是居民用電為主，還有部分負(fù)荷是凌晨充電樁使用給新能源車充電，所以晚上到凌晨段整體臺(tái)區(qū)負(fù)載較高。但夜晚也是三相不平衡最嚴(yán)重的時(shí)段，高峰期重載相末端還存在電壓低等情況，臺(tái)區(qū)用電情況復(fù)雜，人工定期調(diào)相難以解決。

 4. 治理方案

通過對臺(tái)區(qū)現(xiàn)場勘察及理論驗(yàn)證分析，決定采用換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置對該臺(tái)區(qū)進(jìn)行治理。制定治理方案如下：

該臺(tái)區(qū)目前有兩個(gè)低壓支路，由一套CT計(jì)量。因此，該臺(tái)區(qū)配置主控器 1臺(tái)，換相開關(guān)8臺(tái)。主控器采用桿上式固定安裝，通過低壓側(cè)CT檢測各相電流。根據(jù)該臺(tái)區(qū)用戶分布情況，8 臺(tái)換相開關(guān)分布在各支路的首端、中端、末端，并在較大負(fù)荷的電表箱前安裝一臺(tái)換相開關(guān)，最終在 1 支路沿街安裝3臺(tái)換相開關(guān)，2 支路沿街安裝5臺(tái)換相開關(guān)，如圖3所示為換相開關(guān)裝置GIS地圖，圖4為主控器安裝圖，圖5為換相開關(guān)安裝圖。8 臺(tái)換相開關(guān)在 1 臺(tái)主控器的控制下形成了一個(gè)小局域的智能負(fù)荷自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，整個(gè)臺(tái)區(qū)負(fù)荷在有序的調(diào)度下實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡分配。

圖3：換相開關(guān)位置圖

圖4：主控器安裝圖

圖5：換相開關(guān)安裝圖

 5. 治理效果分析

2024 年6月11日治理裝置安裝完畢，經(jīng)檢查接線無誤后，于6月11日20時(shí)投入運(yùn)行。調(diào)取臺(tái)變二次側(cè)出口處電壓、電流趨勢圖，如圖6所示，圖中黃色線代表 A 相電流，綠色線代表 B 相電流，紅色線代表 C 相電流，藍(lán)色線為中性線電流。

裝置投運(yùn)前可以發(fā)現(xiàn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷C相重載，B相中載、A相輕載，且呈現(xiàn)周期性變化規(guī)律，臺(tái)區(qū)三相電流不平衡嚴(yán)重。裝置投運(yùn)后可以發(fā)現(xiàn)，治理后臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷電流基本處于平衡狀態(tài)，中性線電流由90A左右降至15A左右，三相不平衡度 20%以下，不平衡度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6：治理前后臺(tái)區(qū)電流趨勢圖

 治理前后臺(tái)區(qū)負(fù)載趨勢圖，如圖7所示，圖中綠色線為平均負(fù)載率，紫色線為平均三相不平衡度。裝置穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，調(diào)取生產(chǎn)指揮系統(tǒng) 2024 年 6 月日負(fù)荷數(shù)據(jù)，三相負(fù)荷趨于平衡，可以發(fā)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)日平均三相不平衡度由 48.66%下降至 19.56%，降幅達(dá) 58%。

圖7：2024年6月臺(tái)區(qū)負(fù)載趨勢圖

 2024 年 6 月 4 日,該臺(tái)區(qū)最大三相不平衡度為87.57%(當(dāng)日 17：45 分)，如圖8所示時(shí)刻18:00 分、18:30 分該臺(tái)區(qū)三相不平衡度分別為70.1%、71.97%，三相不平衡度超過 50%持續(xù)累計(jì)時(shí)間超過兩小時(shí)，當(dāng)日19：45分負(fù)荷回落之后，該臺(tái)區(qū)的負(fù)荷的三相不平衡度才有所下降。17：45分同時(shí)也是當(dāng)日負(fù)荷最大時(shí)刻，在夏高峰期間，三相不平衡度大于 50%且持續(xù)時(shí)間較長，有單相過載跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng) 2024年6月4日臺(tái)區(qū)負(fù)荷曲線（治理前）

 2024 年6月 19 日，該臺(tái)區(qū)最大三相不平衡度為 58.45%（當(dāng)日 07:15 分），如圖9所示時(shí)刻08:15分該臺(tái)區(qū)三相不平衡度下降至18.20%。在加裝三相不平衡治理裝置后，該臺(tái)區(qū)可根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷情況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整三相負(fù)荷，三相不平衡度超過50%的持續(xù)時(shí)間不超過15分鐘。當(dāng)日19：30分為最大負(fù)荷點(diǎn)，此時(shí)不平衡度僅5.3%，可以有效避免因單相過載導(dǎo)致的跳閘情況。

圖9 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng) 2024年6月19日臺(tái)區(qū)負(fù)荷曲線（治理后）

 6. 總結(jié)

（1）該裝置投運(yùn)后顯著降低了三相不平衡度，參考同等工況下該臺(tái)變?nèi)嗖黄胶舛扔?48.7%降低至 19.5%左右，下降幅度 60%。。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)突變后，能夠馬上動(dòng)態(tài)調(diào)整三相負(fù)荷，使其趨向平衡分布，可以大大降低因三相不平衡導(dǎo)致的單相過載跳閘風(fēng)險(xiǎn)。

（2）該裝置投運(yùn)后，中性線電流由平均90A降至平均15A，因此大幅降低線損與變損，節(jié)能效果顯著。同時(shí)末端電壓明顯提升。

（3）該裝置的應(yīng)用極大地提高了電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量，至今未出現(xiàn)低電壓問題投訴，對于提高用戶對電網(wǎng)公司品牌服務(wù)形象具有深遠(yuǎn)意義。

綜上所述，該三相不平衡治理裝置在現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的治理能力。該裝置體積小、造價(jià)低、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、效果好，對于全網(wǎng)范圍內(nèi)的三相不平衡問題治理都有極大的借鑒意義，具備廣泛推廣應(yīng)用的可能性。

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