新型三相不平衡治理裝置的分布式應(yīng)用

文/蔡曉燕

0 引言

在當(dāng)前的三相四線制配電網(wǎng)中，用戶多為單相負荷，或單、三相負荷混用，負荷在三相上的不均衡分配以及三相系統(tǒng)元件參數(shù)的不對稱性導(dǎo)致了配網(wǎng)三相負荷不平衡問題長期存在。三相負荷不平衡增加了線路電能損耗，導(dǎo)致了三相電壓的波動以及線路末端的電壓問題的產(chǎn)生，影響了供電質(zhì)量和臺區(qū)變壓器的使用壽命，這是亟需解決的配網(wǎng)電能質(zhì)量問題。

1 新型三相不平衡治理裝置的研制

地處氣候多雨、潮濕的廣東地區(qū)對戶外運行的配網(wǎng)裝置提出了更高的要求。傳統(tǒng)的三相不平衡治理裝置（以下簡稱“治理裝置”或“裝置”）通常采用強迫風(fēng)冷的散熱方式，通過內(nèi)外空氣流動而散熱，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動過程中，裝置內(nèi)外需形成空氣流動，從而要在裝置上設(shè)置風(fēng)孔，潮濕的氣體會通過風(fēng)孔進入機箱內(nèi)部，對電力電子器件以及控制芯片等敏感元器件的引腳可靠性造成影響，降低整個裝置的可靠性和使用壽命。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的不足，廣州開能電氣實業(yè)有限公司（以下簡稱“開能電氣”）研制了一種具有自然散熱能力的三相不平衡治理裝置（如圖1），裝置機箱采用導(dǎo)熱材料制造并且外表面設(shè)有散熱片，沒有安裝散熱風(fēng)扇或冷卻風(fēng)機，而是將發(fā)熱量較大的元器件，如開關(guān)器件絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），在其底部設(shè)置導(dǎo)熱層并緊貼由導(dǎo)熱材料制作的機箱內(nèi)表面進行安裝，使得該元器件所產(chǎn)生的熱量可以通過機箱傳導(dǎo)至外殼后，再利用機箱外殼上的散熱片進行散熱。因為無需通風(fēng)，裝置機箱采用了全密封設(shè)計，防護等級達到IP66，避免了內(nèi)部元器件受到潮濕環(huán)境的影響，提高了裝置戶外應(yīng)用的可靠性，延長了裝置的使用壽命。

圖1 三相不平衡治理裝置的外觀結(jié)構(gòu)

2 治理裝置的分布式應(yīng)用

傳統(tǒng)的配網(wǎng)三相負荷不平衡治理方法，通常是將三相不平衡治理裝置安裝在臺區(qū)配電變壓器二次側(cè)，通過調(diào)節(jié)，使得配電變壓器的三相出線電流達到平衡。這種應(yīng)用方式，只能保證配變的三相平衡運行，無法解決后端供電線路的三相不平衡問題，由供電線路帶來的線路損耗依然沒有減少，且由三相不平衡導(dǎo)致的線路末端低電壓問題可能還會存在。

開能電氣通過長期的用戶調(diào)研，提出了一種全新的治理裝置分布式應(yīng)用方案，該方案的示意如圖2所示。

圖2 自冷型三相不平衡治理裝置的分布式應(yīng)用方案

在每組分支線路的負荷前端并聯(lián)接入開能電氣自主研制的自冷型三相不平衡治理裝置，用于調(diào)節(jié)各支路的三相電流，經(jīng)過調(diào)節(jié)后，每條支路的三相電流達到平衡狀態(tài)，由于主干線上的電流是各支路電流之和，因此隨著裝置對各支路電流的調(diào)整，使得主干線上的三相電流也趨于平衡。

由于各分支線路上的負荷電流與總干線上的電流相比，要小得多，因此在各支路接入的三相不平衡治理裝置容量小、體積小、重量輕，安裝和維護都較為靈活方便，每個治理裝置上配置有通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）通信模塊，可以將安裝位置，以及各支路上的電流、電壓、電能質(zhì)量等信息無線傳輸至后臺監(jiān)控系統(tǒng)，方便運維人員采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 治理裝置應(yīng)用效果分析

本文以廣州市白云區(qū)供電局江高供電所所轄的羅溪上邊頭臺區(qū)為例，該區(qū)居民用電的配網(wǎng)變壓器容量為200kVA，存在著較為嚴重的三相負荷不平衡問題。由于該臺區(qū)配變的接線方式為Yyn0，因此三相負荷不平衡問題使變壓器中性點發(fā)生偏移，產(chǎn)生三相線路的電壓不平衡，導(dǎo)致重負荷相的線路末端出現(xiàn)低電壓問題，引起用戶投訴。2018年2月，開能電氣在該臺區(qū)的兩條分支線路上各安裝了一臺自冷型三相不平衡治理裝置，裝置投入運行后，臺區(qū)的三相負荷不平衡及低電壓問題均有了較為明顯的改善。

根據(jù)國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)定，配網(wǎng)三相不平衡度應(yīng)小于15%。從表1可以看出，治理前三相不平衡度的平均值約為74%，遠遠超出了規(guī)定的允許值;而治理之后三相不平衡的平均值約為5%，三相不平衡度的最大值約為10%，均在電網(wǎng)規(guī)定的允許值范圍內(nèi)。從圖3和圖4可以看出，治理前三相電流值差別較大，曲線不重疊的部分較多，而治理后三相電流曲線大致重疊，說明此時三相電流基本已達到平衡狀態(tài)。

表1 治理前后三相負荷若干指標對比

圖3 三相不平衡治理前三相電流曲線

圖4 三相不平衡治理后三相電流曲線

對比裝置測量到的配變低壓側(cè)的電壓值，治理前最大相電壓與最小相電壓的差值大約為10V左右，而治理后最大相電壓與最小相電壓的差值小于5V。通過三相不平衡的治理，線路末端沒有再出現(xiàn)低電壓的問題，用戶的正常用電得到了保證。

4 結(jié)語

開能電氣研制的三相不平衡治理裝置采用了自然冷卻的散熱方式，適用于戶外潮濕多雨的環(huán)境，裝置體積小、重量輕，且自帶GPRS無線通信功能，安裝維護方便，可分布式安裝于配網(wǎng)主干線路的分支，通過治理分支線路三相不平衡問題來總體解決整個臺區(qū)的三相不平衡問題，減少線路損耗，保護臺區(qū)變壓器，解決線路末端低電壓問題。該裝置的研制及應(yīng)用，可有助于推動廣東省配電網(wǎng)電能質(zhì)量的進一步提升，促進綠色智能電網(wǎng)的建設(shè)。