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摘 要：由于目前我国大部分的低压配电系统选择的接线方式都是三相四线制的，这样容易造成单相负载不均衡问题的，进而使得变压器输出侧处在三相不平衡的状态下。当配电变压器长期处于三相不平衡的运行状态，会造成变压器损耗、电动机有功输出降低，加大了配电线路损耗、降低了变压器的输出、损坏客户用电设备等现象。基于此，本文就对配电变压器三相负荷不平衡治理展开分析。
关键词：配电变压器；三相负荷；不平衡治理
中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0116-02
1 配电变压器三相不平衡电流的危害和原因分析
1.1 配变三相不平衡电流造成的危害
1.1.1 降低配电变压器负载能力
配电变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，其每组绕组结构性能基本一样，各相容量相等，故变压器的允许最大出力只能按三相负荷中最大一相为限，当三相不平衡时，变压器的最大输出容量将大幅降低，其过载能力也相应降低，严重时甚至出现配变单相过载损坏。
1.1.2 引发电压质量不合格问题
配电变压器运行过程中的三相不平衡现象会引起中性点电压位移，造成负载轻的一相电压偏高，而负载重的一相电压偏低，且在低电压越严重的节点，受负荷不平衡电流的影响越大。
1.1.3 危及变压器的安全和寿命
一方面零序电流在配电变压器中引起的涡流损耗，将使变压器运行温度升高，会进一步加快绝缘材料的热老化，缩短配电变压器的运行寿命。另一方面，由于变压器内部中性点连接导体是以低压侧三相额定电流的25%设计的，当变压器负荷三相极不平衡时，中性点连接导体流过电流远大于其额定电流，将会导致中性点连接导体发热烧断而引发事故。
1.1.4 增加配电变压器损耗
配电变压器在运行过程中会产生功率损耗，包括铁损和铜损。一方面当配电变压器在三相负荷不平衡状况下运行时，低压侧会产生无法被抵消的零序电流，并在油箱壁及其它钢铁构件中通过，产生额外的铁损。另一方面，由于负载损耗与变压器的负载电流的二次方成正比关系，在三相不平衡的状态下，且随着不平衡度的增大，负载损耗会更大。
1.1.5 增加低压线损
电流流过导线时，必然将产生电能损耗，其损耗与通过导线的电流平方成正比。低压电网普遍采用三相四线制供电，配电变压器三相负荷不平衡时，中性线即有电流通过，这样不但在相线上有损耗，中性线也会产生损耗，增加了电网线路的损耗。
1.2 造成配变三相不平衡电流的原因
（1）用户接入管理不科学。营销装表接线普遍存在接入随意，对于低压三相上的用户分配未制定科学合理的分配方案，随意性较大，长期以往，造成负荷分布的不均衡。
（2）单相用电设备的影响。单相用电线路中大多为家庭用户，此类用户中的照明电器和动力设备或者照明、动力混合设备占用电设备的大多数，而这些用电设备的负荷同时率一般较低，而且不同时段的用电存在很大差异，容易使变压器三相负荷失衡，加大治理难度。
（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，尤其是生产时节，农村地区的单相水泵应用极为广泛，此类单相设备不仅位置分散，而且用电时长和时段都难以把握，易引起配变三相负荷不平衡。
（4）治理上存在薄弱环节。长期以来，各运维单位对配变的三相负荷不平衡问题都未引起足够的重视，治理措施缺乏目的性和针对性。
2 配电变压器三相负荷不平衡治理措施研究
2.1 治理管理措施
（1）规划设计方面。加强新建配变台区负荷相序分配管理，在规划设计阶段，应严格审查用户申报资料，尤其是负荷大小和负荷性质，预测负荷增長趋势，做好用户数量、负荷大小、负荷性质、班次安排等统计分析工作，确定配变台区的布局位置和出线方向。
（2）接入施工方面。严格按照既定的负荷相序分配规划执行，严禁随意装接用户；施工完成后，尽快完成配变台区一次接线图、400V线路图和地理信息图等资料的收集和归档，为后期用户接入做好数据支撑。
（3）运行维护方面。应加强配变三相负荷不平衡监测和调整工作，针对运行中三相不平衡超标的配变，应记录在案，并做好负荷调整预案，尤其是负荷高峰期，对负载率超过50%的三相不平衡配变应缩短监测周期，避免配变单相过载损坏。
2.2 治理技术措施
2.2.1 装置的调节原理
对于任何的三相不平衡负荷，通过适当的并联无功补偿都可以使三相系统的线电流成为三相完全对称的纯有功电流。
2.2.2 装置的技术特点
（1）快速无功补偿：可以快速连续吸收或者释放无功功率，无功补偿后功率因素可达到0.99级补偿效果。
（2）调节三相不平衡电流：可以转移三相有功功率，使三相有功电流平均分配平衡，调节后三相不平衡度小于10%。
2.2.3 装置的创新点
（1）装置采用模块化设计，各主部件之间保持了高度独立性，任一模块故障均不会影响其他模块的性能，并可实现灵活替换，装置整体防护等级达到IP44。
（2）装置在实现三相不平衡调整和动态无功补偿功能的基础上，增加了电压跌落补偿、谐波抑制和抗系统谐振功能，有效解决了无源LC设备限制补偿效果的难题。并可根据台区所带负荷的特性，实现三相不平衡调整和无功补偿功能的优先智能排序。
（3）项目设计了可靠的限流控制单元，当系统中的待补偿电流大于装置容量时，能够实现自动限流，并可将零线电流有效抑制在6A以内，可有效避免设备过载烧毁等故障，提升了装置安全性能。
3 典型试点及应用效果分析 3.1 典型试点应用
为进一步验证装置在调节三相不平衡电流时的无功补偿效果，选取了赫山区珠波塘一字墙台区进行试点应用，原台区三相负载严重不平衡，对居民及商铺用电造成了严重影响，变压器造成了很大的安全隐患，变压器及线路损耗严重超标。该变压器为S11-100/10型配变，经运维单位多次对该配变低压线路进行负载重新调整依旧解决不了根本问题。通过在该配变加装一台智能三相不平衡优化装置。通过电网大数据平台观察设备安装前后的数据对比效果非常明显。
安装智能三相不平衡优化装置后，台区最大不平衡度由99%下降至7%，中性点电流开机前47.39A开机后1.61A。由此可见在设备投入后该配变最大不平衡、中性点电流、三相电流得到了完美的改善。既提高了居民用电质量，又降低了变压器及线路的损耗及变压器寿命等方面。
3.2 成效分析
从节支电费和台区改造费用两方面，分析SVG智能调控装置的经济性。
（1）以S11-315/10型号配变为例，假设台区一年中有1/3时间为三相不平衡度50%运行状态，则全年因三相不平衡引起的额外损耗电量为7436kWh。按每千瓦时电价0.615元计算，项目设计的自动调节装置每年可节省电费为4573元。按台区全过程设计寿命30年计算，可累计节省电费20万元。
（2）从节省台区改造投资成本角度计算，每个315kVA台区增容改造成本为10万元左右计算（本项目装置成本在2万元左右），可节省台区改造成本8万元。
4 结 语
综上所述，配变SVG智能调控装置，可以有效的解决配电变压器不平衡运行问题，实现了台区动态无功补偿和負荷不平衡调整功能，有效解决了配变单相重过载、低电压、甚至设备损坏等系列问题，并具有显著的经济效益和社会效益，具有一定的工程推广价值。
参考文献
[1]宋利斌.浅谈配电变压器三相负荷不平衡治理[J].农村电工，2016，24（12）：33～34.
[2]方恒福，盛万兴，王金丽，梁 英，王金宇，王思源.配电台区三相负荷不平衡实时在线治理方法研究[J].中国电机工程学报，2015，35（09）：2185～2193.
[3]方恒福，段祥骏，王 威.配变台区三相负荷不平衡治理方法[J].中国电力企业管理，2015（08）：94～95.
收稿日期：2018-8-14
作者简介：何 旭（1982-），男，本科，湖南益阳人，电力工程师，主要从事电力工程方面工作。
关键词：配电变压器；三相负荷；不平衡治理
中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0116-02
1 配电变压器三相不平衡电流的危害和原因分析
1.1 配变三相不平衡电流造成的危害
1.1.1 降低配电变压器负载能力
配电变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，其每组绕组结构性能基本一样，各相容量相等，故变压器的允许最大出力只能按三相负荷中最大一相为限，当三相不平衡时，变压器的最大输出容量将大幅降低，其过载能力也相应降低，严重时甚至出现配变单相过载损坏。
1.1.2 引发电压质量不合格问题
配电变压器运行过程中的三相不平衡现象会引起中性点电压位移，造成负载轻的一相电压偏高，而负载重的一相电压偏低，且在低电压越严重的节点，受负荷不平衡电流的影响越大。
1.1.3 危及变压器的安全和寿命
一方面零序电流在配电变压器中引起的涡流损耗，将使变压器运行温度升高，会进一步加快绝缘材料的热老化，缩短配电变压器的运行寿命。另一方面，由于变压器内部中性点连接导体是以低压侧三相额定电流的25%设计的，当变压器负荷三相极不平衡时，中性点连接导体流过电流远大于其额定电流，将会导致中性点连接导体发热烧断而引发事故。
1.1.4 增加配电变压器损耗
配电变压器在运行过程中会产生功率损耗，包括铁损和铜损。一方面当配电变压器在三相负荷不平衡状况下运行时，低压侧会产生无法被抵消的零序电流，并在油箱壁及其它钢铁构件中通过，产生额外的铁损。另一方面，由于负载损耗与变压器的负载电流的二次方成正比关系，在三相不平衡的状态下，且随着不平衡度的增大，负载损耗会更大。
1.1.5 增加低压线损
电流流过导线时，必然将产生电能损耗，其损耗与通过导线的电流平方成正比。低压电网普遍采用三相四线制供电，配电变压器三相负荷不平衡时，中性线即有电流通过，这样不但在相线上有损耗，中性线也会产生损耗，增加了电网线路的损耗。
1.2 造成配变三相不平衡电流的原因
（1）用户接入管理不科学。营销装表接线普遍存在接入随意，对于低压三相上的用户分配未制定科学合理的分配方案，随意性较大，长期以往，造成负荷分布的不均衡。
（2）单相用电设备的影响。单相用电线路中大多为家庭用户，此类用户中的照明电器和动力设备或者照明、动力混合设备占用电设备的大多数，而这些用电设备的负荷同时率一般较低，而且不同时段的用电存在很大差异，容易使变压器三相负荷失衡，加大治理难度。
（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，尤其是生产时节，农村地区的单相水泵应用极为广泛，此类单相设备不仅位置分散，而且用电时长和时段都难以把握，易引起配变三相负荷不平衡。
（4）治理上存在薄弱环节。长期以来，各运维单位对配变的三相负荷不平衡问题都未引起足够的重视，治理措施缺乏目的性和针对性。
2 配电变压器三相负荷不平衡治理措施研究
2.1 治理管理措施
（1）规划设计方面。加强新建配变台区负荷相序分配管理，在规划设计阶段，应严格审查用户申报资料，尤其是负荷大小和负荷性质，预测负荷增長趋势，做好用户数量、负荷大小、负荷性质、班次安排等统计分析工作，确定配变台区的布局位置和出线方向。
（2）接入施工方面。严格按照既定的负荷相序分配规划执行，严禁随意装接用户；施工完成后，尽快完成配变台区一次接线图、400V线路图和地理信息图等资料的收集和归档，为后期用户接入做好数据支撑。
（3）运行维护方面。应加强配变三相负荷不平衡监测和调整工作，针对运行中三相不平衡超标的配变，应记录在案，并做好负荷调整预案，尤其是负荷高峰期，对负载率超过50%的三相不平衡配变应缩短监测周期，避免配变单相过载损坏。
2.2 治理技术措施
2.2.1 装置的调节原理
对于任何的三相不平衡负荷，通过适当的并联无功补偿都可以使三相系统的线电流成为三相完全对称的纯有功电流。
2.2.2 装置的技术特点
（1）快速无功补偿：可以快速连续吸收或者释放无功功率，无功补偿后功率因素可达到0.99级补偿效果。
（2）调节三相不平衡电流：可以转移三相有功功率，使三相有功电流平均分配平衡，调节后三相不平衡度小于10%。
2.2.3 装置的创新点
（1）装置采用模块化设计，各主部件之间保持了高度独立性，任一模块故障均不会影响其他模块的性能，并可实现灵活替换，装置整体防护等级达到IP44。
（2）装置在实现三相不平衡调整和动态无功补偿功能的基础上，增加了电压跌落补偿、谐波抑制和抗系统谐振功能，有效解决了无源LC设备限制补偿效果的难题。并可根据台区所带负荷的特性，实现三相不平衡调整和无功补偿功能的优先智能排序。
（3）项目设计了可靠的限流控制单元，当系统中的待补偿电流大于装置容量时，能够实现自动限流，并可将零线电流有效抑制在6A以内，可有效避免设备过载烧毁等故障，提升了装置安全性能。
3 典型试点及应用效果分析 3.1 典型试点应用
为进一步验证装置在调节三相不平衡电流时的无功补偿效果，选取了赫山区珠波塘一字墙台区进行试点应用，原台区三相负载严重不平衡，对居民及商铺用电造成了严重影响，变压器造成了很大的安全隐患，变压器及线路损耗严重超标。该变压器为S11-100/10型配变，经运维单位多次对该配变低压线路进行负载重新调整依旧解决不了根本问题。通过在该配变加装一台智能三相不平衡优化装置。通过电网大数据平台观察设备安装前后的数据对比效果非常明显。
安装智能三相不平衡优化装置后，台区最大不平衡度由99%下降至7%，中性点电流开机前47.39A开机后1.61A。由此可见在设备投入后该配变最大不平衡、中性点电流、三相电流得到了完美的改善。既提高了居民用电质量，又降低了变压器及线路的损耗及变压器寿命等方面。
3.2 成效分析
从节支电费和台区改造费用两方面，分析SVG智能调控装置的经济性。
（1）以S11-315/10型号配变为例，假设台区一年中有1/3时间为三相不平衡度50%运行状态，则全年因三相不平衡引起的额外损耗电量为7436kWh。按每千瓦时电价0.615元计算，项目设计的自动调节装置每年可节省电费为4573元。按台区全过程设计寿命30年计算，可累计节省电费20万元。
（2）从节省台区改造投资成本角度计算，每个315kVA台区增容改造成本为10万元左右计算（本项目装置成本在2万元左右），可节省台区改造成本8万元。
4 结 语
综上所述，配变SVG智能调控装置，可以有效的解决配电变压器不平衡运行问题，实现了台区动态无功补偿和負荷不平衡调整功能，有效解决了配变单相重过载、低电压、甚至设备损坏等系列问题，并具有显著的经济效益和社会效益，具有一定的工程推广价值。
参考文献
[1]宋利斌.浅谈配电变压器三相负荷不平衡治理[J].农村电工，2016，24（12）：33～34.
[2]方恒福，盛万兴，王金丽，梁 英，王金宇，王思源.配电台区三相负荷不平衡实时在线治理方法研究[J].中国电机工程学报，2015，35（09）：2185～2193.
[3]方恒福，段祥骏，王 威.配变台区三相负荷不平衡治理方法[J].中国电力企业管理，2015（08）：94～95.
收稿日期：2018-8-14
作者简介：何 旭（1982-），男，本科，湖南益阳人，电力工程师，主要从事电力工程方面工作。