配电变压器三相负荷自动调平技术方案探究

配电变压器三相负荷自动调平技术方案探究

摘要本文阐述配电变压器负荷三相不平衡带来的问题和隐患，并对常规的解决方法进行技术比较，在现有自动控制的基础上进行适当改良以达到有载调整三相负荷平衡的目的，有效的解决三相负荷不平衡给供电企业带来的困扰。

关键字配电变压器、三相不平衡、负荷平衡

一、概述

通过估算统计，我国在运的变压器的总容量约为3.5×105kVA，由于总台数多，容量又大，所以控制变压器损耗对于节能降损来说非常可观。初步统计，仅在配电变压器的电能损耗每年就约为30～50太千瓦时，约占总发电量的2％左右。在运的配电变压器的材质老化、参数退减、损耗高、缺陷多，运行可靠性差等等严重影响节能降损并威胁配电网的安全运行。这当中变压器低压侧的负载不平衡造成的损耗及危害也极为突出。

二、负荷三相不平衡对配网系统的危害

1）配变利用率降低，不利于经济运行。配电变压器的额定容量是按每相绕组设计的，当配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行时，就会出现按照负荷大的那项为功率上限，这样负荷高一相往往就发生故障，如接点过热、缺相、绝缘密封劣化等情况。最重要是变压器的有功出力降低，当大负荷的情况下，负荷大的一相达到满载，但是其他相没有满载，此时的有功出力仅仅为70-80%。

2）增大系统末端损耗。当配电变压器三相负荷不平衡时，中性线会有零序电流通过，并在铁芯中产生零序磁通，增大变压器内部损耗的同时也增加了线路损耗。

3）给电力设备安全运行带来隐患。配变在负荷不平衡状态下运行，低压侧会生产零序电流。对于Y,yn0接线的配变高压侧无中性线，不会有零序电流的产生，这时低压侧的零序电流所产生的零序磁通无法抵消。所以，零序磁通只能在变压器内部铁芯中通过，磁滞和涡流在铁芯内发热，这样会大大提高设备的温度，损坏变压器绝缘，严重时可能会烧损变压器。

4）易造成用电设备损坏或不能正常工作。当配变负荷不平衡运行时，中性点会出现位移，偏移严重时相电压会升高到线电压，若此时恰好线路接地保护不良，中性线电流所产生的电压严重会危及人身安全，同时电流不平衡会造成设备不能正常工作或过电压烧损电器设备。

5）负荷不平衡对系统电压的影响。由于负载的不平衡，运行时变压器绕组压降也就不同造成低压侧出口电压不同，造成三相所带用户端电压出现偏差，确保其中一相下面用户电压在允许范围内，但其他两相后端的用户电压可能就会偏

高或偏低，电压质量不能得到有效保障。

三、常规的解决措施方法

1）人工调整。

供电企业通过强化基础管理，强化日常监测和巡视、消缺工作。主要方法就是定期对每个台区进行负荷测试，根据测试结果判断是否进行调整。这样的工作几乎每个季度都要进行1-2次，季节性负荷高峰期测量调负荷的频率会更多。这样的形式人员工作量增大，负荷调整及时性无法得到保障，而且会造成用户的短时间停电，无论从人财物的哪个方面出发都没有让效率最大化。

2）自动控制调整。

目前配网大多数应用的自动控制装置，基本原理就是在配变低压侧出口安装一种负荷自动平衡调节器，它主要由电压、电流传感器（互感器原理）、逻辑判断模块及控制单元等组成，通过电压、电流传感器实时监测出口侧的三相相电压及相电流，监视负荷侧运行工况，再根据提前在模块中设置好的判定切换条件（过压、低压等），当满足条件后通过控制单元，将负荷切换至其他相。这种方式的切换会有大约200ms-250ms的瞬间失电，切换的过程会影响用户的正常用电，对于对可靠性要求较高的用户极为不适用，甚至会因为瞬间的开合造成用电设备的损坏，切换为手动方式后，又不允许带负荷操作，应用起来的效果并不是很好。

四、技术改良提高自动化水平及连续供电可靠性

在传统自动平衡装置的基础上进行改良，为配合配电网网自动化升级改造，本改良方案将主站系统与信息传输通道一同考虑在内。改良后电压平衡自动调节系统共有三部分组成，分别为系统主站、数据汇总装置和调压换相终端。和传统的自动电压调平装置一样终端就近安装在水泥杆或者箱变内部，数据汇总装置安装台区，传输通道采用配网光纤通道，如果线路未架设光纤线路可以采用GPRS 进行短时性替代过度。

调压换相终端将传感器采集到的信通通过载波的方式传输到数据汇总装置，汇总装置再通过光纤通道传输到主站，主站通过对采集到的数据进行分析计算，来判定是否有电压不平衡的情况，而发出调压换相的动作指令，动作指令通过信息通道反馈到设备终端后进行切换实现最终的换相调平。这个过程与传统的自动控制相比，就是可以在主站侧观察电压调平情况，可以在主站侧进行用户、台区等信息维护，大大的减少了配网运维人员工作量，而且可以全景式的展现自动化台区负荷调平水平，通过大数据对问题严重地区进行长远规划改造。

1）自动调压换相终端

自动调压换相终端通过电压、电流传感器将采集到的实时功率、电压、电流等数据通过载波方式发送至数据汇总终端。装置与传统自动调平的主要区别在于

加装一套保持系统，依靠可带负荷的中间继电器及接触器实现，即在切换指令下达后，装置可以依靠保持系统带负荷运行2~5ms的时长，这期间负荷开关就会在小于2ms的时间完成切换，用户不会有瞬间停电的情况发生。

2）数据汇总终端

数据汇总终端安装在配变台区，负责将变压器所有分支的采集数据收集汇总，并通过通道传送到系统主站。同时根据预先下达在系统内的定值切换条件进行判定，满足动作条件的再将主站下达的切换命令分派到个分支开关，起到数据汇总和命令分发的作用。

3）远程主站系统

主站系统是整套调平系统的关键环节，它通过分析计算判定所采集数据台区是否处于负荷不平衡的状态，然后根据调平终端装置所在相别和现场实际负荷情况经过建模计算出结果，决定哪一相应该切换到哪一相，以最总实现最合理的调整发难，已达到负荷调节平衡的目的。同时自动调压换相终端是有自检功能的，其可以实时将自检情况报告给主站，当操作失败或发生故障时，主站系统可以收到反馈信息，运行人员可以看到现场的调平结果，主站系统会根据反馈情况更换方案再一次给出换相指令，如果再次反馈失败系统将对终端设备进行遥控闭锁，并依靠告警指示通知运行人员对现场进行设备检查。

总结

综上所述，可以看出电力系统具备一套负荷自动调平系统对其有效的控制电能传输过程中的损耗及提高供电电压水平是极为重要的，依靠上述方法可以最大化的提高配变的经济利用率，同时在确保供电可靠性的前提下又提高电压质量。参考文献

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