配網三相不平衡綜合補償策略

梁 標

（廣東電網有限責任公司江門恩平供電局，廣東 江門 529400）

配網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致，將引起配網過載運行，加大配電損耗，如線路阻值不一致、用電負荷不對稱等；后者主要是由接地、短路等故障引起，將損壞配電設備，嚴重時甚至造成大面積斷電。如何精準檢測三相不平衡缺陷，展開科學補償管控，已經成為新時期配網運行管理的重中之重[1]。

1 故障概況

本文以恩平供電局轄區內某10 kV配網接地故障為例，分析造成配網三相不平衡的關鍵致因。

某10 kV配網主要負責區域居民生活用電，其覆蓋范圍較廣，運行環境復雜，線路老化情況嚴重。2022年11月8日，10 kV配網終端顯示“10 kV配網I段單相接地故障”告警，Ⅰ段故障跳閘，配網接線情況如圖1所示。調取后臺信息確認：本次故障中Ⅱ段先顯示單相接地，3 min后復歸。Ⅰ段電壓持續波動，反復接地復歸。初步判斷，10 kV配網Ⅰ段三相不平衡，長期過載造成故障接地。

圖1 某10 kV配網接線概況

2 故障檢測分析

某10 kV配網三相不平衡故障檢測過程中主要通過分量疊加法判斷是否存在電壓偏移，配合現場檢測，診斷故障原因。

2.1 原理分析

根據配網三相電壓情況建立向量坐標系，形成分量矩陣。若三相電壓平衡，則向量矩陣計算過程中，正、負、零分量疊加后的中心點電壓值應為0；若三相電壓不平衡，則疊加后的中心點電壓發生明顯偏移[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支路導納矩陣對角元素的對角矩陣。

當三相電壓不平衡時，UNo發生明顯偏移，引起負荷分配不均勻，致使部分設備線路過負荷運行。長此以往，加重了設備線路絕緣損壞、過熱老化等風險，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故障風險

2.2 檢測方法

電壓偏差。調取某10 kV配網終端后臺數據，顯示正常狀態下和故障運行時10 kV配網Ⅰ段節點電壓偏差存在明顯差異，確定Ⅰ段三相不平衡問題嚴重，須進一步到場檢查。詳見表2。

表2 某10 kV配網Ⅰ段電壓偏差情況 V

現場檢查。人員到場后進行檢查，發現開關D損壞，存在明顯閃絡痕跡。進一步拆檢后確認，開關D老化情況嚴重，且諧振電流明顯，造成開關觸頭過熱損壞，致使開關燒毀。

在10 kV配網運行過程中三相電壓波動致使老化的開關負荷不均衡現象加劇，長久過負荷運行后，開關D損壞，產生明顯擊穿火光。在D開關故障后，Ⅱ線單相接地。此時，Ⅰ線中的瞬時電流明顯加大，區段中一分支穿刺線夾松動致使線路電阻加大，在持續3 min后線路過熱燒毀，導致兩相運行，Ⅱ線復歸，Ⅰ線反復波動，重復打出接地信號。

3 處理措施

由于某10 kV配網投入年限較長，設備線路老化較為嚴重，存在多處絕緣保護不到位，開關長久過負荷運行，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線轉為備用，更換開關后，檢查、更換Ⅰ線中的老舊設備、風險線路。確認無誤后，將Ⅰ線恢復供電，Ⅱ線轉為備用，此時10 kV配網后臺告警解除，運行正常。

針對由線路老化、絕緣差異、用戶用電等引起的配網三相不平衡問題，加裝調壓裝置和無功補償裝置。首先，增加調壓分接頭，通過分接頭調整控制配電電壓。現場施工工程中發現，調節分接頭無法改變低電壓問題，繼而在系統中并聯電容器，以達到良好的控制效果[4]。其次，增加無功補償裝置，在開關D后設置SVC無功補償設備，包括更換容量合適的集中式無功補償電容、增加智能投切裝置，以提高配電線路運行時的負荷質量，詳見圖2。

圖2 無功補償設置

4 防治方案

4.1 治理策略

因用電負荷不均衡、配電半徑不合理等造成的三相電壓波動，可分別采用平衡分配新接入用戶負荷、調整導線半徑的方式治理；對于調壓能力不足引起的三相電壓波動，可調整自動換向器、增加無功補償與調壓器組合等方式治理；對于缺少無功補償設備或裝有無功補償設備但效果不佳等造成的三相電壓波動，可分別采用增加并聯電容器、優化無功補充控制的方式治理[5]。

加強臺區負荷管理。應加大對10 kV低壓臺區的抄核收工作的重視力度，做好用戶用電報裝審查，嚴格控制用戶數量、負荷大小、負荷性質等，按照用戶用電情況進行針對性調控，以保證用電負荷分布均衡。該過程中須建立用戶用電負荷相序分配表，按照負荷指標、空間分布、大小分配等，保證配變各相序負荷一致，從源頭上抑制配電臺區三相不均衡問題。

增加換相投切裝置。增加自動換相投切裝置，利用該裝置的實時數據采集功能進行負荷投切，以實現電壓調整和優化。一般自動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、數值等，按算法邏輯自動計算控制，即：

讀入各分相開關已換相次數，各換相開關接入點間線纜阻抗等數據；

讀入配變三相電流/三相電壓，各分相開關支路電流/三相電壓/開關狀態等實時數據；

計算配變三相電流不平衡度，臺區線損，各接入點電壓偏差，各接入點電壓不平衡度；

以配變三相電流不平衡度、臺區線損、各接入點電壓偏差、各接入點電壓不平衡度達標且裕量最優為目標，采用優化算法，得到各換相開關最優換相控制指令；

發送換相指令到各換相開關。

增加無功補償裝置。可采用靜態無功補償器或靜止同步補償器，如晶閘管投切電抗器、機械投切電容器、晶閘管投切電容器、混合型靜止補償器等[6]。某10 kV配網三相不平衡補償時采用SVG無功補償裝置，分布式接入到10 kV配網各節點中，以解決線損過高、電壓偏差等問題。安裝時各SVG無功補償裝置設置在節點首端，后連接SVG通信線，與各負荷節點前置。在調解時按照補償邏輯，通過SVG通信線發送補償指令，由SVG無功補償裝置進行調控，保證各節點無功負荷均衡，即：

SVG計算其接入點下游電流的負序和零序分量；

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

計算不足容量值，通過通信總線發送該不足容量及其序號，同時按滿容量對下游電流的不平衡分量進行補償，生成協調控制電流指令信號；

通過通信線提取其他上游變流器的序號及其不足的容量值；

利用變流器剩余的容量，根據所述上游變流器的序號及其不足的容量值依次生成協調控制電流指令信號。

4.2 管理方案

加大10 kV配網三相不平衡的監測管控，利用智能化監測平臺形成實時電壓監測、負荷測算或溫度檢測，實時采集各節點電壓數據、負載情況等，一旦出現異常通過聲光報警快速提醒，最大限度降低由三相不均衡引起的安全事故[7]。

此外，還須形成專項臺賬，對現場情況、缺相致因、處理方案等進行全面記錄。事故臺賬的構建有助于降低同類型配電網缺相問題的發生率，在事故發生后提供有效理論支撐和技術支持，縮短事故處理時間，并為后續運維管理工作提供參考。