配網(wǎng)三相不平衡綜合補(bǔ)償策略

梁 標(biāo)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門恩平供電局，廣東 江門 529400）

配網(wǎng)三相不平衡主要包括正常性不平衡和事故性不平衡2大類。前者主要是由供配電不平衡導(dǎo)致，將引起配網(wǎng)過載運(yùn)行，加大配電損耗，如線路阻值不一致、用電負(fù)荷不對(duì)稱等；后者主要是由接地、短路等故障引起，將損壞配電設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)甚至造成大面積斷電。如何精準(zhǔn)檢測(cè)三相不平衡缺陷，展開科學(xué)補(bǔ)償管控，已經(jīng)成為新時(shí)期配網(wǎng)運(yùn)行管理的重中之重[1]。

1 故障概況

本文以恩平供電局轄區(qū)內(nèi)某10 kV配網(wǎng)接地故障為例，分析造成配網(wǎng)三相不平衡的關(guān)鍵致因。

某10 kV配網(wǎng)主要負(fù)責(zé)區(qū)域居民生活用電，其覆蓋范圍較廣，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，線路老化情況嚴(yán)重。2022年11月8日，10 kV配網(wǎng)終端顯示“10 kV配網(wǎng)I段單相接地故障”告警，Ⅰ段故障跳閘，配網(wǎng)接線情況如圖1所示。調(diào)取后臺(tái)信息確認(rèn)：本次故障中Ⅱ段先顯示單相接地，3 min后復(fù)歸。Ⅰ段電壓持續(xù)波動(dòng)，反復(fù)接地復(fù)歸。初步判斷，10 kV配網(wǎng)Ⅰ段三相不平衡，長(zhǎng)期過載造成故障接地。

圖1 某10 kV配網(wǎng)接線概況

2 故障檢測(cè)分析

某10 kV配網(wǎng)三相不平衡故障檢測(cè)過程中主要通過分量疊加法判斷是否存在電壓偏移，配合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，診斷故障原因。

2.1 原理分析

根據(jù)配網(wǎng)三相電壓情況建立向量坐標(biāo)系，形成分量矩陣。若三相電壓平衡，則向量矩陣計(jì)算過程中，正、負(fù)、零分量疊加后的中心點(diǎn)電壓值應(yīng)為0；若三相電壓不平衡，則疊加后的中心點(diǎn)電壓發(fā)生明顯偏移[2-3]。

以A相為例，向量矩陣為：

式中：ZA、ZB、ZC分別為A、B、C三相阻抗；YA、YB、YC分別為A、B、C支路導(dǎo)納矩陣對(duì)角元素的對(duì)角矩陣。

當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)，UNo發(fā)生明顯偏移，引起負(fù)荷分配不均勻，致使部分設(shè)備線路過負(fù)荷運(yùn)行。長(zhǎng)此以往，加重了設(shè)備線路絕緣損壞、過熱老化等風(fēng)險(xiǎn)，造成短路接地或斷線故障，如表1所示。

表1 三相不平衡引起的配網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)

2.2 檢測(cè)方法

電壓偏差。調(diào)取某10 kV配網(wǎng)終端后臺(tái)數(shù)據(jù)，顯示正常狀態(tài)下和故障運(yùn)行時(shí)10 kV配網(wǎng)Ⅰ段節(jié)點(diǎn)電壓偏差存在明顯差異，確定Ⅰ段三相不平衡問題嚴(yán)重，須進(jìn)一步到場(chǎng)檢查。詳見表2。

表2 某10 kV配網(wǎng)Ⅰ段電壓偏差情況 V

現(xiàn)場(chǎng)檢查。人員到場(chǎng)后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)D損壞，存在明顯閃絡(luò)痕跡。進(jìn)一步拆檢后確認(rèn)，開關(guān)D老化情況嚴(yán)重，且諧振電流明顯，造成開關(guān)觸頭過熱損壞，致使開關(guān)燒毀。

在10 kV配網(wǎng)運(yùn)行過程中三相電壓波動(dòng)致使老化的開關(guān)負(fù)荷不均衡現(xiàn)象加劇，長(zhǎng)久過負(fù)荷運(yùn)行后，開關(guān)D損壞，產(chǎn)生明顯擊穿火光。在D開關(guān)故障后，Ⅱ線單相接地。此時(shí)，Ⅰ線中的瞬時(shí)電流明顯加大，區(qū)段中一分支穿刺線夾松動(dòng)致使線路電阻加大，在持續(xù)3 min后線路過熱燒毀，導(dǎo)致兩相運(yùn)行，Ⅱ線復(fù)歸，Ⅰ線反復(fù)波動(dòng)，重復(fù)打出接地信號(hào)。

3 處理措施

由于某10 kV配網(wǎng)投入年限較長(zhǎng)，設(shè)備線路老化較為嚴(yán)重，存在多處絕緣保護(hù)不到位，開關(guān)長(zhǎng)久過負(fù)荷運(yùn)行，耐張線夾與線路緊密接觸等問題。因此，在故障處理過程中先將Ⅰ線轉(zhuǎn)為備用，更換開關(guān)后，檢查、更換Ⅰ線中的老舊設(shè)備、風(fēng)險(xiǎn)線路。確認(rèn)無誤后，將Ⅰ線恢復(fù)供電，Ⅱ線轉(zhuǎn)為備用，此時(shí)10 kV配網(wǎng)后臺(tái)告警解除，運(yùn)行正常。

針對(duì)由線路老化、絕緣差異、用戶用電等引起的配網(wǎng)三相不平衡問題，加裝調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償裝置。首先，增加調(diào)壓分接頭，通過分接頭調(diào)整控制配電電壓?，F(xiàn)場(chǎng)施工工程中發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)分接頭無法改變低電壓?jiǎn)栴}，繼而在系統(tǒng)中并聯(lián)電容器，以達(dá)到良好的控制效果[4]。其次，增加無功補(bǔ)償裝置，在開關(guān)D后設(shè)置SVC無功補(bǔ)償設(shè)備，包括更換容量合適的集中式無功補(bǔ)償電容、增加智能投切裝置，以提高配電線路運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷質(zhì)量，詳見圖2。

圖2 無功補(bǔ)償設(shè)置

4 防治方案

4.1 治理策略

因用電負(fù)荷不均衡、配電半徑不合理等造成的三相電壓波動(dòng)，可分別采用平衡分配新接入用戶負(fù)荷、調(diào)整導(dǎo)線半徑的方式治理；對(duì)于調(diào)壓能力不足引起的三相電壓波動(dòng)，可調(diào)整自動(dòng)換向器、增加無功補(bǔ)償與調(diào)壓器組合等方式治理；對(duì)于缺少無功補(bǔ)償設(shè)備或裝有無功補(bǔ)償設(shè)備但效果不佳等造成的三相電壓波動(dòng)，可分別采用增加并聯(lián)電容器、優(yōu)化無功補(bǔ)充控制的方式治理[5]。

加強(qiáng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷管理。應(yīng)加大對(duì)10 kV低壓臺(tái)區(qū)的抄核收工作的重視力度，做好用戶用電報(bào)裝審查，嚴(yán)格控制用戶數(shù)量、負(fù)荷大小、負(fù)荷性質(zhì)等，按照用戶用電情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)控，以保證用電負(fù)荷分布均衡。該過程中須建立用戶用電負(fù)荷相序分配表，按照負(fù)荷指標(biāo)、空間分布、大小分配等，保證配變各相序負(fù)荷一致，從源頭上抑制配電臺(tái)區(qū)三相不均衡問題。

增加換相投切裝置。增加自動(dòng)換相投切裝置，利用該裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)行負(fù)荷投切，以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整和優(yōu)化。一般自動(dòng)換相投切裝置主要由控制器和投切單元組成，其中控制器接入配電線路首端，用戶采集三相電流相序、數(shù)值等，按算法邏輯自動(dòng)計(jì)算控制，即：

讀入各分相開關(guān)已換相次數(shù)，各換相開關(guān)接入點(diǎn)間線纜阻抗等數(shù)據(jù)；

讀入配變?nèi)嚯娏?三相電壓，各分相開關(guān)支路電流/三相電壓/開關(guān)狀態(tài)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

計(jì)算配變?nèi)嚯娏鞑黄胶舛?，臺(tái)區(qū)線損，各接入點(diǎn)電壓偏差，各接入點(diǎn)電壓不平衡度；

以配變?nèi)嚯娏鞑黄胶舛?、臺(tái)區(qū)線損、各接入點(diǎn)電壓偏差、各接入點(diǎn)電壓不平衡度達(dá)標(biāo)且裕量最優(yōu)為目標(biāo)，采用優(yōu)化算法，得到各換相開關(guān)最優(yōu)換相控制指令；

發(fā)送換相指令到各換相開關(guān)。

增加無功補(bǔ)償裝置。可采用靜態(tài)無功補(bǔ)償器或靜止同步補(bǔ)償器，如晶閘管投切電抗器、機(jī)械投切電容器、晶閘管投切電容器、混合型靜止補(bǔ)償器等[6]。某10 kV配網(wǎng)三相不平衡補(bǔ)償時(shí)采用SVG無功補(bǔ)償裝置，分布式接入到10 kV配網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)中，以解決線損過高、電壓偏差等問題。安裝時(shí)各SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)置在節(jié)點(diǎn)首端，后連接SVG通信線，與各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)前置。在調(diào)解時(shí)按照補(bǔ)償邏輯，通過SVG通信線發(fā)送補(bǔ)償指令，由SVG無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)控，保證各節(jié)點(diǎn)無功負(fù)荷均衡，即：

SVG計(jì)算其接入點(diǎn)下游電流的負(fù)序和零序分量；

基于矢量合成負(fù)序、零序分量，合成補(bǔ)償電流指令，并判斷該補(bǔ)償電流指令是否超出變流器補(bǔ)償容量；

計(jì)算不足容量值，通過通信總線發(fā)送該不足容量及其序號(hào)，同時(shí)按滿容量對(duì)下游電流的不平衡分量進(jìn)行補(bǔ)償，生成協(xié)調(diào)控制電流指令信號(hào)；

通過通信線提取其他上游變流器的序號(hào)及其不足的容量值；

利用變流器剩余的容量，根據(jù)所述上游變流器的序號(hào)及其不足的容量值依次生成協(xié)調(diào)控制電流指令信號(hào)。

4.2 管理方案

加大10 kV配網(wǎng)三相不平衡的監(jiān)測(cè)管控，利用智能化監(jiān)測(cè)平臺(tái)形成實(shí)時(shí)電壓監(jiān)測(cè)、負(fù)荷測(cè)算或溫度檢測(cè)，實(shí)時(shí)采集各節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)、負(fù)載情況等，一旦出現(xiàn)異常通過聲光報(bào)警快速提醒，最大限度降低由三相不均衡引起的安全事故[7]。

此外，還須形成專項(xiàng)臺(tái)賬，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況、缺相致因、處理方案等進(jìn)行全面記錄。事故臺(tái)賬的構(gòu)建有助于降低同類型配電網(wǎng)缺相問題的發(fā)生率，在事故發(fā)生后提供有效理論支撐和技術(shù)支持，縮短事故處理時(shí)間，并為后續(xù)運(yùn)維管理工作提供參考。