1. 三相不平衡的危害

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

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換相的方法進行治理，但是由于配網(wǎng)負荷結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，難以準確掌握其變化規(guī)律，無法達到實時性的要求，并且需要斷電操作，實踐證明人工換相存在費時、費力、時效性差、針對性差的缺點，不能很好地解決三相負荷不平衡問題。

ETCR5500換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置是一種實時、智能的自動負荷調(diào)控系統(tǒng)，對單相負荷接入進行實時、智能的自動換相控制，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。

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。主控器采集臺區(qū)實時負荷數(shù)據(jù)；分析各換相開關(guān)的負荷電壓、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;

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，精準定位不平衡點，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)境下臺區(qū)全覆蓋。

7）支持多種通信規(guī)約，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、遠程維護管理。

圖2：ETCR5500換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置

 3. 臺區(qū)情況

該臺變額定容量200kVA，臺區(qū)負荷波動較大，年平均負載率30.51%、年平均三相不平衡度48.54%;高峰期時負載率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。該臺區(qū)地理位于農(nóng)村城鎮(zhèn)，臺變共輸出2個支路，2個支路架空線路至到居民樓房后較多采用沿街單相走線。臺區(qū)負荷類型：由居民晚上用電、小型加工廠、充電樁等組成。臺區(qū)負荷情況：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區(qū)負載較高。但夜晚也是三相不平衡最嚴重的時段，高峰期重載相末端還存在電壓低等情況，臺區(qū)用電情況復(fù)雜，人工定期調(diào)相難以解決。

 4. 治理方案

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

該臺區(qū)目前有兩個低壓支路，由一套CT計量。因此，該臺區(qū)配置主控器 1臺，換相開關(guān)8臺。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)該臺區(qū)用戶分布情況，8 臺換相開關(guān)分布在各支路的首端、中端、末端，并在較大負荷的電表箱前安裝一臺換相開關(guān)，最終在 1 支路沿街安裝3臺換相開關(guān)，2 支路沿街安裝5臺換相開關(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 臺換相開關(guān)在 1 臺主控器的控制下形成了一個小局域的智能負荷自動調(diào)度系統(tǒng)，整個臺區(qū)負荷在有序的調(diào)度下實現(xiàn)三相負荷平衡分配。

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時投入運行。調(diào)取臺變二次側(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，藍色線為中性線電流。

裝置投運前可以發(fā)現(xiàn)臺區(qū)負荷C相重載，B相中載、A相輕載，且呈現(xiàn)周期性變化規(guī)律，臺區(qū)三相電流不平衡嚴重。裝置投運后可以發(fā)現(xiàn)，治理后臺區(qū)三相負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：治理前后臺區(qū)電流趨勢圖

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

圖7：2024年6月臺區(qū)負載趨勢圖

 2024 年 6 月 4 日,該臺區(qū)最大三相不平衡度為87.57%(當日 17：45 分)，如圖8所示時刻18:00 分、18:30 分該臺區(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)累計時間超過兩小時，當日19：45分負荷回落之后，該臺區(qū)的負荷的三相不平衡度才有所下降。17：45分同時也是當日負荷最大時刻，在夏高峰期間，三相不平衡度大于 50%且持續(xù)時間較長，有單相過載跳閘的風(fēng)險。

圖8 計量自動化系統(tǒng) 2024年6月4日臺區(qū)負荷曲線（治理前）

 2024 年6月 19 日，該臺區(qū)最大三相不平衡度為 58.45%（當日 07:15 分），如圖9所示時刻08:15分該臺區(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，該臺區(qū)可根據(jù)當前負荷情況實時動態(tài)調(diào)整三相負荷，三相不平衡度超過50%的持續(xù)時間不超過15分鐘。當日19：30分為最大負荷點，此時不平衡度僅5.3%，可以有效避免因單相過載導(dǎo)致的跳閘情況。

圖9 計量自動化系統(tǒng) 2024年6月19日臺區(qū)負荷曲線（治理后）

 6. 總結(jié)

（1）該裝置投運后顯著降低了三相不平衡度，參考同等工況下該臺變?nèi)嗖黄胶舛扔?48.7%降低至 19.5%左右，下降幅度 60%。。當負荷出現(xiàn)突變后，能夠馬上動態(tài)調(diào)整三相負荷，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。

（2）該裝置投運后，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、造價低、適應(yīng)性強、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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