配電變壓器三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)平技術(shù)方案探究

蘇志斌

摘要：我國在運(yùn)的變壓器總?cè)萘烤薮?、臺(tái)數(shù)很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國配變器每年的電能損耗是總發(fā)電量的2%，約30～50TkW，如何控制變壓器損耗關(guān)系到節(jié)能降損的效益。此外，在運(yùn)配變器出現(xiàn)了老化、缺陷、參數(shù)退減等情況，直接降低了配電網(wǎng)的可靠性供電，影響到其安全運(yùn)行，其中配變器存在低壓側(cè)的負(fù)載不平衡有嚴(yán)重的危害。文章分析了配變器負(fù)荷三相不平衡的危害問題，從而提出了常規(guī)性的技術(shù)解決方法，通過改良自動(dòng)控制、調(diào)整換相，實(shí)現(xiàn)有載調(diào)整三相負(fù)荷平衡的目的。

關(guān)鍵詞：配變器；三相失衡；自動(dòng)控制；改良

第四，三相不平衡會(huì)減小感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的有功出力。通常，配電變壓器的三相負(fù)載處于不平衡狀態(tài)，這就導(dǎo)致其三相電壓的不平衡，將這三相失衡電壓進(jìn)行正序、負(fù)序和零序3個(gè)電壓分量的等效分解，在接入電動(dòng)機(jī)后，其中的正序電勢分量的磁場會(huì)大于負(fù)序電勢分量的磁場，此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和正序電勢分量的磁場方向相同，然而正序電勢分量的旋轉(zhuǎn)磁場受到了負(fù)序電勢分量旋轉(zhuǎn)磁場的制動(dòng)，降低電機(jī)的輸出功率，從而減小了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的有功出力。電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)矩因?yàn)樨?fù)序電流磁場下降，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的過載能力也降低，此外在正反磁場周期性的作用下，很有可能因?yàn)檗D(zhuǎn)矩周期脈動(dòng)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)。

第五，三相不平衡會(huì)升高變壓器局部金屬件的溫度。由于變壓器運(yùn)行時(shí)三相負(fù)載不對稱而產(chǎn)生零序電流，受到變壓器電壓的不對稱度的影響，零序電流的大小會(huì)產(chǎn)生變化，當(dāng)三相電壓出現(xiàn)越大的不對稱度，就會(huì)增大零序電流；當(dāng)流經(jīng)變壓器內(nèi)部時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鐵心的零序磁通。變壓器位于低壓側(cè)，但零序電流在高壓側(cè)，大小是0，這就不能讓高壓零序磁通和低壓零序磁通進(jìn)行抵消，也就不能將變壓器內(nèi)部的零序磁通消除，從而造成了變壓器的鋼材部件有大量的零序磁通經(jīng)過，再加上鋼材部件存在磁滯現(xiàn)象與渦流損耗，這對于不能導(dǎo)磁的鋼材部件來說會(huì)發(fā)熱，使得變壓器會(huì)產(chǎn)生更多的額外功耗。

第六，三相不平衡會(huì)減少變壓器出力。根據(jù)配電變壓器原理指導(dǎo)各相的額定容量決定了變壓器的最大允許出力。此外，變壓器各相的額定容量由其繞組的性能決定，然而繞組結(jié)構(gòu)是以變壓器三相負(fù)載平衡的運(yùn)行工況為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。假設(shè)三相負(fù)載失衡下進(jìn)行配電變壓器的運(yùn)行，此時(shí)就肯定會(huì)有一相的負(fù)載較輕，而且會(huì)有較多容量剩余，從而大大減少了配電變壓器出力。所以說，三相失衡程度關(guān)系到變壓器的出力降低程度，隨著三相負(fù)載運(yùn)行的失衡程度的增大，配電變壓器的出力會(huì)降低。此時(shí)的配電變壓器不能輸出額定容量，減少了變壓器的備用容量，不能保證過載能力，從而出現(xiàn)了配電變壓器的單相過載，甚至引發(fā)大量的自發(fā)熱而燒損配電變壓器。

2.常規(guī)的技術(shù)解決措施

當(dāng)前治理配電變壓器三相不平衡的技術(shù)方案分別有人工調(diào)整換相、三相不平衡自動(dòng)換相器和三相不平衡補(bǔ)償器。

（1）人工調(diào)整換相。這是供電企業(yè)加強(qiáng)對日常的巡視、消防和監(jiān)測工作的基礎(chǔ)管理，定期對每個(gè)臺(tái)區(qū)進(jìn)行負(fù)荷測試，以判斷換相調(diào)整，頻率為1～2次/季度，并在負(fù)荷高峰期增加測量調(diào)負(fù)荷的頻率。這無疑會(huì)增加員工的工作量，不能保障能及時(shí)對負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，也會(huì)對用戶形成短暫停電，無法發(fā)揮會(huì)調(diào)整的效率。

（2）自動(dòng)控制調(diào)整換相。三相不平衡自動(dòng)換相器的主要構(gòu)成部分是主控制器和自動(dòng)切換單元。其中的主控制器是負(fù)責(zé)三相電流和零線電流的采集，將配電變壓器的不平衡度計(jì)算出來，結(jié)合變壓器出口三相電流、零線電流、節(jié)點(diǎn)接入相序、用戶負(fù)載狀況，制定出配電變壓器平衡控制策略，從而得出最佳的相別切換方案。自動(dòng)控制調(diào)整換相裝置能夠通過自動(dòng)切換單元對用戶的相別進(jìn)行切換，降低三相電流失衡的危害，促進(jìn)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)前，我國的切換開關(guān)最快的切換時(shí)間是1s，這會(huì)對用戶造成瞬時(shí)停電200～250ms，這對大于0.9功率因數(shù)的配變臺(tái)區(qū)電壓不敏感的用戶節(jié)點(diǎn)上并不適用。

自動(dòng)調(diào)壓換相終端在采集到實(shí)時(shí)功率、電壓、電流數(shù)據(jù)信息后，會(huì)以載波方式將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)匯總終端。該裝置主要是因?yàn)榧友b了一套保持系統(tǒng)，使得其區(qū)別于傳統(tǒng)自動(dòng)調(diào)平，其中間繼電器及接觸器能夠帶負(fù)荷，當(dāng)下達(dá)切換指令后，該裝置還能通過保持系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)行，時(shí)長達(dá)2-5ms，而負(fù)荷開關(guān)正好在200ms內(nèi)完成切換，也就避免了瞬間停電的情況。

安裝在配變臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)匯總終端，其任務(wù)是收集匯總變壓器所有分支采集來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主站。此外，該數(shù)據(jù)匯總終端會(huì)判斷出系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先下達(dá)的定值切換條件，通過篩選將主站下達(dá)的符合動(dòng)作條件的切換命令進(jìn)行分派，這無疑是具備了數(shù)據(jù)匯總與分發(fā)命令的功能。

（3）三相不平衡補(bǔ)償器。在三相不平衡補(bǔ)償器中，主要是以曲折接線變壓器和無功分相補(bǔ)償器為基礎(chǔ)。其中的曲折接線變壓器用了特殊方式連接的變壓器，屬于一種三相繞組，其特點(diǎn)是高正序阻抗、低零序阻抗，這就使得零序電流避開中性線而直接流經(jīng)曲折變壓器，這里的曲折接線變壓器起到了補(bǔ)償中線電流的作用。而無功分相補(bǔ)償器的作用是平衡相間電流，經(jīng)配電變壓器的功率因素進(jìn)行提高，從而使得電壓質(zhì)量得到改善。

在針對有復(fù)雜負(fù)荷特征的配變臺(tái)區(qū)的用戶，會(huì)存在較大的單相用戶負(fù)荷差異而形成三相不平衡，從而使得中性線電流比額定電流多25%，功率因數(shù)在0.9以下，此時(shí)最好應(yīng)用三相不平衡補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)整換相。

3.結(jié)語

總之，一個(gè)電力系統(tǒng)要有良好的供電質(zhì)量和供電電壓水平，就需要配置一套負(fù)荷自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，從而對電能傳輸過程中的損耗進(jìn)行有效控制，將配變的經(jīng)濟(jì)利用率進(jìn)行最大化提高，保障供電的可靠性。