低壓配電網(wǎng)三相負荷不平衡不僅將增加變壓器和線路損耗，而且會影響設備安全運行，因此治理三相負荷不平衡具有很重要的實際意義。本文首先研究了低壓配電網(wǎng)臺區(qū)負荷不平衡機理及分類。其次，對比幾種三相負荷不平衡治理裝置的原理及工程適用性。最后，給出了基于智能選相開關(guān)的新方案的工程運行數(shù)據(jù)。15個月的運行數(shù)據(jù)顯示，本技術(shù)可以解決配電網(wǎng)臺區(qū)低壓負荷不平衡問題，具有效果明顯、成本低、可靠性高的優(yōu)勢，適于推廣應用。

低壓配電網(wǎng)三相負荷不平衡是長期客觀存在的問題。低壓配電網(wǎng)通常采用三相四線制供電模式，用戶多為單相負荷或單相與三相混和負荷。無論是城市配網(wǎng)的居民小區(qū)、寫字樓，還是農(nóng)網(wǎng)的照明、水泵、電機等負荷，都呈現(xiàn)出較大的用電時空特性離散性。低壓配電網(wǎng)的三相負荷不平衡將增大損耗并影響設備安全運行。隨著分布式新能源的大規(guī)模接入，尤其是220V單相新能源的接入，配電網(wǎng)負荷不平衡問題將會更加突出。

1.配電網(wǎng)低壓負荷不平衡機理

配電網(wǎng)三相之間低壓負荷的不對稱接入是不平衡的基本機理。進一步根據(jù)三相負荷不對稱的表現(xiàn)特點，有以下分類:

I類-用戶接線原因的不平衡

由于低壓臺區(qū)規(guī)劃管理缺位，三相間承擔的用戶數(shù)量分配不均，或者各相用戶用電差異性較大。此類表現(xiàn)為負荷大的相總是大，負荷小的相總是小，相差的比例在全天的各個時段基本沒有變化。

II類-時段性的不平衡

II類-時段性的不平衡。在白天輕負荷時段，三相負載基本平衡，晚上負荷高峰時段不平衡程度嚴重?；蛘吖S三相生產(chǎn)用電和單相生活用電混合的場合，白天主要是三相生產(chǎn)用電，相間電流較平衡，晚上生活用電高峰時段，三相電流相差很大。

III類-季節(jié)性的不平衡

III類-季節(jié)性的不平衡。由于各個季節(jié)三相生產(chǎn)用電和單相生活用電的比例在變化，而單相負載在三相上分配不均造成的。典型如農(nóng)忙時節(jié)的灌溉、夏季空調(diào)等。

IV類-隨機性的不平衡

各相電流大小隨時間變化，沒有規(guī)律性。這種情況反映了單相負載波動大，而該波動在三相上是不同步的。

圖1配電壓低壓不平衡分類

根據(jù)配電網(wǎng)三相負荷不平衡類型，可以采取相應的不平衡控制策略以及調(diào)節(jié)裝置。對于I類和IV類長期規(guī)律性和季節(jié)性的不平衡，采用人工或自動化智能設備定期改變負荷接入相別來平衡相間負荷，對于II類和III類隨機變化的不平衡，宜采用自動化智能設備來調(diào)整相間負荷。

2.幾種不平衡治理裝置工程適用性

在國家電網(wǎng)公司《國網(wǎng)運檢部關(guān)于開展配電臺區(qū)三相負荷不平衡問題治理工作的通知》（運檢三〔2017〕68號）文中，給出了以下治理措施：

采取運維管控措施；

三相四線制供電入戶，盡量減少兩線制供電；

對于功率因數(shù)大于0.85，應結(jié)合配變臺區(qū)建設改造選用低壓負荷自動換相裝置進行治理。

對于功率因數(shù)低于0.85的配變臺區(qū)，應結(jié)合配變臺區(qū)實際情況，選用其中一種措施進行治理：

在配變低壓側(cè)加裝或改造電容器無功補償裝置同時加裝低壓負荷自動換相裝置進行治理。

對于低壓分支線路較少、負荷主要集中在少數(shù)幾條分線上的配變臺區(qū)，采用相間無功補償裝置獨立分散補償”模式。

對于低壓分支線路較少、負荷主要集中在少數(shù)幾條分線上的配變臺區(qū)，采用電能質(zhì)量綜合治理裝置獨立分散補償模式。

采用“電能質(zhì)量綜合治理裝置獨立集中補償”或“電能質(zhì)量綜合治理裝置集中補償+低壓負荷自動換相裝置”模式。

其中，改變負荷接入相別，平均分配各相承擔的負荷容量是最直接和根本的方法。其中負荷的接入開關(guān)可以采用晶閘管、復合開關(guān)、智能選相開關(guān)等?；谙嚅g跨接電容器的三相負荷不平衡控制裝置、低壓靜止無功發(fā)生裝置（SVG）主要是通過動態(tài)補償網(wǎng)絡阻抗，實現(xiàn)三相負荷阻抗平衡。

圖2不平衡治理裝置原理圖對比

選取現(xiàn)有主流的兩種技術(shù)方案（a）、（d）與最新方案（c）對比，典型應用場景與工程適用性對比如下：

表2工程適用性對比

通過以上對比，基于智能選相開關(guān)的低壓配電網(wǎng)負荷不平衡治理技術(shù)，采用二極管、接觸器、繼電器的電力電子組件作為電力電子開關(guān)，簡化了控制電路，相間切換時間短，無弧切換，可以大幅度延長接觸器和輔助繼電器的壽命，提高了設備可靠性。因此，在實際工程中選用此方案進一步開展效果評估。其他方案的運行效果可參考現(xiàn)有文獻報道。

3.工程應用效果

選取山西省陽泉市某小區(qū)為示范應用臺區(qū)。臺區(qū)由1路10kV供電，臺區(qū)變壓器為630kVar，共有372低壓用戶。低壓配電網(wǎng)臺區(qū)由一臺10kV變壓器供電，其低壓側(cè)連接多個電纜分接箱，每個電纜分接箱具有一路三相輸入，多路單相輸出。臺區(qū)內(nèi)的低壓負荷分別接在電纜分接箱的出線側(cè)。供電臺區(qū)結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3臺區(qū)接線圖

在電纜分接箱中裝設智能選相開關(guān)可以提升智能化水平，而且只需要約30%～50%總量的智能化電纜分接箱就可以實現(xiàn)對整個臺區(qū)的負荷不平衡治理效果。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在1#、2#、3#、4#和5#電纜分接箱處安裝本項目的智能選相開關(guān)，通過換相操作平均調(diào)配三相各自承擔的負荷。

裝置投運后獲得良好的調(diào)節(jié)效果：

圖4切換過程波形

圖4中，波形1為上級控制發(fā)出的切換控制命令，波形2為換相操作過程中的負荷電壓。波形顯示，智能選相開關(guān)可以5ms內(nèi)快速實現(xiàn)換相切換操作，可以保障負荷可靠連續(xù)供電。

根據(jù)國家電網(wǎng)農(nóng)村配電網(wǎng)運行監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，選取2016年1月1日19:00用電晚高峰時刻為代表時刻，臺區(qū)運行數(shù)據(jù)如圖5所示：

圖5運行監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)

同時，選取2016年1月1日為代表日，全天的不平衡度如圖6所示：

圖6投運后臺區(qū)全天不平衡度

對比投運前后臺區(qū)代表日的數(shù)據(jù)，見表3：

表3投去前后數(shù)據(jù)對比

目前，裝置已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定安全運行15個月。根據(jù)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)表明，通過使用該裝置，臺區(qū)可獲以下效益：

改善了供電質(zhì)量，保障三相負荷平衡。臺區(qū)不平衡度在運行期間保持長時間小于10%。

調(diào)整三相不平衡電流，能夠有效地降低變壓器和線路損耗。根據(jù)國家電網(wǎng)公司農(nóng)村配電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，裝置運行期間，臺區(qū)線損平均降低2.37%，臺區(qū)全年可以節(jié)約5萬度左右電量，實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

調(diào)整三相不平衡電流，使三相負荷平衡，提高了變壓器的設備利用率，降低了變壓器和中性線因過負荷燒毀的機率，延長了設備壽命。

提高了配電設備自動化水平，避免了電力工人頻繁手動換相的操作。

4.結(jié)論

治理配電網(wǎng)低壓三相負荷不平衡具有很重要的實際意義。根據(jù)治理要求，對比了三種不平衡治理裝置的基本原理和工程適用性。給出了其中一種智能選相開關(guān)的工程驗證。實際運行證明，基于智能選相開關(guān)的低壓配電網(wǎng)負荷不平衡治理技術(shù)具有效果明顯、成本低和可靠性高的優(yōu)點，是解決低壓配電網(wǎng)負荷不平衡問題的有效方法之一。