CN105846453A - 一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，所述方法是采用台区控制器收集配电变压器低压侧的三相电流数据、出线漏电保护开关负荷数据、用户用电负荷数据以及换相开关的电流、相位数据，进行分析计算，得出各出线的不平衡度数值，当发现不平衡度大于设定的限值，且不平衡度维持时间超过设定的调整时间时，给出最优的“不平衡调节方法”，自动遥控换相开关，进行负荷调节，完成各出线三相负荷再分配，使各出线三相负荷处于基本平衡的状态，以此达到低压线路的三相负荷平衡状态。本发明采用通过控制安装在入户表箱侧的换相开关来实现单相负荷电流的重新分配，达到各个相位负荷的基本均衡。

Description

一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法。
背景技术
目前配电台区的现状是：农网工程改造不仅规模大、任务重，而且改造的时间紧，资金也有限，不可能做到面面俱到，特别是在接户线施工过程中，由于一些施工人员素质低，基本上没有三相负荷平衡的概念，在施工过程中，要么随意接单相负荷，要么把单相负荷接在中间两根线上，这些都在一定程度上造成三相负荷不平衡的产生；有的各相负荷看上去比较接近，各相电流也比较接近，但中性电流却很大，甚至有的都超过最大相电流，也会加重三相负荷不平衡的发生。
当前由三相负荷不平衡造成的主要影响有：
(1)对变压器的主要影响有：增加变压器的损耗；造成变压器的零序电流过大，局部金属器件温升增高；严重时甚至会烧毁变压器。
(2)三相负荷不平衡影响设备的运行出力。当配电台区变压器处在三相负荷不平衡的状态下运行时，会造成配电变压器其输出的容量无法达到额定容量值，而且其备用容量亦相应减少，导致配电变压器的过载能力降低[2]。
(3)三相负荷不平衡易造成低电压或过电压。配电台区设计初始是按照三相负荷平衡设计的，但在实际运行过程中，特别是农村地区或城乡结合部地区经常会发生三相负荷不平衡的情况，造成配电变压器重负荷侧电压降低，而负荷轻侧电压升高。三相负荷不平衡造成的低电压会导致单相家用电器不能正常使用，而过电压会损坏用户设备[3]。
(4)三相负荷不平衡会造成线损增加。三相负荷不平衡时，造成变压器进出线的各相电流的不平衡，各相电流的不平衡造成中性线有电流通过，不仅增加相线损耗，而且也形成中性线损耗，导致整条线路的损耗增加。
当前三相负荷不平衡的防治措施主要有：
1、定期检测三相负荷的平衡情况，出现负荷不平衡及时调整负荷，减少中性线电流的增大，采用直接跳线的方式把负荷大的调至负荷小的一侧。
2、单位用户供电由单相向三相的转换，每栋住宅或用户均由三相四线的电缆引至各低压分电箱。
3、根据负荷变化情况，合理调整运行的方式，适当调节用户用电时间，减少最大负荷，提高最小负荷，提高负荷率。
4、采用三相电流平衡分析仪及进行负荷监测，为负荷调整提供科学依据。
5、及时清障，防止接地漏电，同时在新建或改建线路时，采用逐段均匀分配单项负荷的方式治理三相负荷不平衡。
通过实际现场实践运行，以上措施只能使三相负荷短期内获得平衡或一段时间内三相负荷比较均衡，都不能从根本上解决配电台区的三相负荷不平衡问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，通过调节入户处开关各相位的电流来实现各个相位负荷基本均衡，用以从根本上解决配电台区的三相负荷不平衡问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，所述方法是采用台区控制器收集配电变压器低压侧的三相电流数据、出线漏电保护开关负荷数据、用户用电负荷数据以及换相开关的电流、相位数据，进行分析计算，得出各出线的不平衡度，当发现不平衡度大于设定的限值，且不平衡度维持时间超过设定的调整时间时，给出最优的“不平衡调节方法”，自动遥控换相开关，进行负荷调节，完成各出线三相负荷再分配，使各出线三相负荷处于基本平衡的状态，以此达到低压线路的三相负荷平衡状态。
其中，所述台区控制器与换相开关之间采取近距离传输的ZigBee技术通讯连接。
其中，前述治理低压配电网三相负荷不平衡的方法中，所述“不平衡调节方法”具体为：根据变压器负载率大小把调节方法分成三档：
1档----β≤β1，不进行调节
2档----β1＜β＜β2,按方法1进行调节
3档----β≥β2，按方法2进行调节
各档之间自动转换；
其中，方法1为当低压总出线不平衡度εI＞εImax且延时到时，计算需要调节的相序和负荷，然后与所有换相开关对比，选择不平衡最严重出线上的换相开关进行调节，将电流过大的相位转移到电流过小的相位中；调节完成后将计算的当前出线s三相负荷不平衡度与εImin对比，如果大于εImin则继续调节，如果小于则调节完成；其中5％≤εImin＜10％，15％≤εImax；
方法2与方法1只有εImax和εImin的定值不同，β值不同，其他判断步骤都一样；且方法1中εImax和εImin都比方法2中的要大；
其中，β-变压器负载率、β1-变压器负载率最小阈值、β2-变压器负载率最大阈值、εI-低压总出线不平衡度、εImax-不平衡度上限值、εImin-不平衡度下限值。
所述调节过程中每次只调节一个换相开关。其中，β1、β2是电力公司根据变压器运行的经验值设置；εImax和εImin国家电网公司相关章程规定应大于15％，本文制定的方案本领域技术人员可根据现场情况进行设置。
优选地，当变压器三相负荷不平衡度达到定阈值上限，且连续监测时间达到15分钟时，开始治理，且治理间隔在30分钟及以上。
优选地，所述换相开关安装在三相四线制的电缆分支箱或户表箱附近。
更优选地，所述换相开关的个数占配电台区总户表数的三分之一。
其中，三相负荷不平衡度εI的计算公式为：
εI＝max[|IA-Ipj|，|IB-Ipj|，|IC-Ipj|]*100％/Ipj，其中IA、IB、IC为相电流，Ipj为三相电
流的平均值，Ipj＝(IA+IB+IC)/3。
前述治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，具体治理步骤为：
(1)首先输入变压器相关参数值；所述参数值包括变压器负载率β、变压器负载率最小阈值β1、变压器负载率最大阈值β2、低压总出线不平衡度εI、不平衡度上限值εImax、不平衡度下限值εImin；
(2)监测β值，当β＜β1时，不做处理，当β1＜β＜β2时，计算一段时间T1内的变压器负载率的平均值βpj，当βpj≧β1时，继续监测低压总出线不平衡度εI；
(3)当εI＞εImax时，再监测缺相告警qxgj和接地告警jdgj；当缺相告警qxgj和接地告警jdgj至少有一个为1，并且延时T2到时后上传告警信息；当缺相告警和接地告警均为0时，继续计算一段时间T3内不平衡度平均值εIpj；
(4)当εIpj＜εImax时，继续监测低压总出线不平衡度εI；当εIpj≧εImax时，选出三条出线不平衡度：εI1、εI2和εI3中最大的，并且测出所选出线上换相开关电流值和相位，或计算达到三相负荷平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(5)换相开关分开后继续延时一段时间T4，然后继续比较εI与εImin，当εI＞εImin时，测出本条出线上换相开关电流值和相位或计算达到三相平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(6)换相开关分开后继续延时一段时间T5，然后比较εI与εImax，当εI≤εImax时，继续监测β值，当再次εI＞εImax时，表明调节不成功，延时T6到时候进行告警，继续返回监测β值。
其中T1～T6均是根据实际情况自行设定的时间。
其中，所述三相负荷平衡所需的换相电流值的计算方法为总出线电流除以出线总数。一般情况下，出线总数为3条。
本发明方法具有如下优点：
本发明打破常规的三相负荷不平衡的治理方法——通过调节变压器总出线开关的处的各相位的电流来实现各个相位(A相、B相、C相、)的电流均衡，而是采用控制安装在入户表箱侧的换相开关来实现单相负荷电流的重新分配，达到各个相位负荷的基本均衡，通过对下游电流的调节最终实现整个低压配电网的电流平衡。
通过执行本方案制定的三相负荷不平衡调整方法，通过对比调整前后的三相负荷不平衡度发现，调整后的三相负荷不平衡度可控制在10％以内，目前国内大多数三相负荷不平衡治理的厂家一般不平衡度都在20％左右，相比较本发明的治理效果还不太理想，因此本发明的三相负荷不平衡调整效果明显，可取得较好的治理效果和经济效益。
附图说明
图1是换相开关的示意图；
图2是换相开关与户表箱连接示意图；
图3是三相负荷不平衡治理示意图；
图4是治理低压配电网三相负荷不平衡的方法流程图。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明进行详细的描述。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，具体包括：
(1)首先在户表箱侧安装换相开关(换相开关的示意图见图1)。目前户表箱的进线均为两芯电缆，开关也是单相。因换相开关是三相四线进单相出，故需要再搭接一根两芯电缆将剩余的两相引入。两根电缆引入三相四线接入换相开关，换相开关出单相再接入现有表箱的开关上口，表箱内原有线路保持不动。如整个台区共有表箱约15个，需安装换相开关15台。所述换相开关的个数约占配电台区总户表数的三分之一。
具体地，换相开关的个数按照如下方式确定，例如选择的网线厂台区的总户表数Tn为210户，选择的换相开关额定电流Ie1为250A，户表额定电流Ie2为40A。换相开关涵盖的户表数Sn＝Tn/3＝70；一台换相开关可携带的户表数Sn1＝Ie1/Ie2＝250A/40A≈6；则换相开关安装数量S＝Sn/Sn1＝70/6≈11。
每台换相开关所带的负荷根据不平衡度大小情况结合低压电缆的载流量来确定；换相开关的安装位置选择负荷比较集中的表箱和分电箱，具体位置应选择安装方便和分散分配为宜，换相开关与户表箱连接示意图见图2。
(2)如图3所示，换相开关负责采集户表的负荷数据，通过自组网的无线传感技术和台区控制器进行通过通信，传输数据。台区控制器可根据负荷情况可选择自动执行三相负荷不平衡方法，控制换相开关进行换相操作，调节三相负荷不平衡，亦可选择手动方式交由主站软件对三相负荷不平衡进行治理。台区控制器的数据传输是通过智能配变终端的透明传输通道，由智能配变终端通过光纤或3G、GRPS的方式与主站后台进行通信，将采集到的数据传输到主站后台进行数据显示及下发指令操作换相开关。
其中，台区控制器收集配电变压器低压侧的三相电流数据、出线漏电保护开关负荷数据、用户用电负荷数据以及换相开关的电流、相位数据，进行分析计算，得出各出线的不平衡度数值，当发现不平衡度大于设定的限值，且不平衡度维持时间超过设定的调整时间时，给出最优的“不平衡调节方法”，自动遥控换相开关，进行负荷调节，完成各出线三相负荷再分配，使各出线三相负荷处于基本平衡的状态，以此达到低压线路的三相负荷平衡状态。
控制方法的制定是在换相开关不能频繁动作和不平衡的调节是按照每条出线单独调节的大前提下制定的；现实中供电公司已经把负荷平均分配在3相上了(理论上)，但因为负荷的不确定性才产生了不平衡，且负荷的不平衡有一定的规律可以遵循，这个规律与每日高峰负荷有关，所以根据台区负荷的规律制定了本方法。具体地，所述“不平衡调节方法”为(如图4所示)：根据变压器负载率大小把调节方法分成三档：
1档----β≤β1，不进行调节
2档----β1＜β＜β2,按方法1进行调节
3档----β≥β2，按方法2进行调节
各档之间自动转换；
其中，方法1为当低压总出线不平衡度εI＞εImax且延时到时，计算需要调节的相序和负荷，然后与所有换相开关对比，选择不平衡最严重出线上的换相开关进行调节，每次只调节一个换相开关，将电流过大的相位转移到电流过小的相位中；调节完成后将计算的当前出线不平衡度与εImin对比，如果大于εImin则继续调节，如果小于则调节完成；其中5％≤εImin＜10％，15％≤εImax；
方法2与方法1只有εImax和εImin的定值不同，β值不同，其他判断步骤都一样；且方法1中εImax和εImin都比方法2中的要大。
具体治理步骤为：
(1)首先输入变压器相关参数值；所述参数值包括变压器负载率β、变压器负载率最小阈值β1、变压器负载率最大阈值β2、低压总出线不平衡度εI、不平衡度上限值εImax、不平衡度下限值εImin；(其中，三相负荷不平衡度εI的计算公式为：
εI＝max[|IA-Ipj|，|IB-Ipj|，|IC-Ipj|]*100％/Ipj，其中IA、IB、IC为相电流，Ipj为三相电
流的平均值，Ipj＝(IA+IB+IC)/3)
(2)监测β值，当β＜β1时，不做处理，当β1＜β＜β2时，计算一段时间T1内的变压器负载率的平均值βpj，当βpj≧β1时，继续监测低压总出线不平衡度εI；
(3)当εI＞εImax时，再监测缺相告警qxgj和接地告警jdgj；当缺相告警qxgj和接地告警jdgj至少有一个为1，并且延时T2到时后上传告警信息；当缺相告警和接地告警均为0时，继续计算一段时间T3内不平衡度平均值εIpj；
(4)当εIpj＜εImax时，继续监测低压总出线不平衡度εI；当εIpj≧εImax时，选出三条出线不平衡度：εI1、εI2和εI3中最大的，并且测出所选出线上换相开关电流值和相位，或计算达到三相负荷平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(5)换相开关分开后继续延时一段时间T4，然后继续比较εI与εImin，当εI＞εImin时，测出本条出线上换相开关电流值和相位或计算达到三相平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(6)换相开关分开后继续延时一段时间T5，然后比较εI与εImax，当εI≤εImax时，继续监测β值，当再次εI＞εImax时，表明调节不成功，延时T6到时候进行告警，继续返回监测β值。
其中，β-变压器负载率、β1-变压器负载率最小阈值、β2-变压器负载率最大阈值、εI-低压总出线不平衡度、εImax-不平衡度上限值、εImin-不平衡度下限值。
每次当变压器三相负荷不平衡度达到设定阈值上限，且连续监测时间达到15分钟时，开始治理，且治理间隔在30分钟及以上。
通过执行本方案制定的三相负荷不平衡调整方法，通过对比调整前后的三相负荷不平衡度发现，调整后的三相负荷不平衡度可控制在10％以内，目前国内大多数三相负荷不平衡治理的厂家一般不平衡度都在20％左右，相比较本发明的治理效果还不太理想，因此本发明的三相负荷不平衡调整效果明显，可取得较好的治理效果和经济效益。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述方法是采用台区控制器收集配电变压器低压侧的三相电流数据、出线漏电保护开关负荷数据、用户用电负荷数据以及换相开关的电流和相位数据，进行分析计算，得出各出线的不平衡度，当发现不平衡度大于设定的限值，且不平衡度维持时间超过设定的调整时间时，给出最优的“不平衡调节方法”，自动遥控换相开关，进行负荷调节，完成各出线三相负荷再分配，使各出线三相负荷处于基本平衡的状态，以此达到低压线路的三相负荷平衡状态。
2.根据权利要求1所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述台区控制器与换相开关之间采取近距离传输的ZigBee技术通讯连接。
3.根据权利要求1所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述“不平衡调节方法”具体为：根据变压器负载率大小把调节方法分成三档：
1档----β≤β1，不进行调节
2档----β1＜β＜β2,按方法1进行调节
3档----β≥β2，按方法2进行调节
各档之间自动转换；
其中，方法1为当低压总出线不平衡度εI＞εImax且延时到达设定的时间，计算需要调节的相序和负荷，然后与所有换相开关对比，选择不平衡最严重出线上的换相开关进行调节，将电流过大的相位转移到电流过小的相位中；调节完成后将计算的当前出线不平衡度与εImin对比，如果大于εImin则继续调节，如果小于则调节完成；其中5％≤εImin＜10％，15％≤εImax；
方法2与方法1只有εImax和εImin的定值不同，β值不同，其他判断步骤都与方法1一样；且方法1中εImax和εImin都比方法2中的要大；
其中，β-变压器负载率、β1-变压器负载率最小阈值、β2-变压器负载率最大阈值、εI-低压总出线不平衡度、εImax-不平衡度上限值、εImin-不平衡度下限值。
4.根据权利要求3所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，调节过程中每次只调节一个换相开关。
5.根据权利要求3所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，当变压器三相负荷不平衡度达到设定阈值上限，且连续监测时间达到15分钟时，开始治理，且治理间隔在30分钟以上。
6.根据权利要求1所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述换相开关安装在三相四线制的电缆分支箱或户表箱附近。
7.根据权利要求1所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述换相开关的个数占配电台区总户表数的三分之一。
8.根据权利要求3所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述低压总出线不平衡度εI的计算公式为：
εI＝max[|IA-Ipj|，|IB-Ipj|，|IC-Ipj|]*100％/Ipj，其中IA、IB、IC为相电流，Ipj为三相电流的平均值，Ipj＝(IA+IB+IC)/3。
9.根据权利要求3所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，具体治理步骤为：
(1)首先输入变压器相关的参数值；所述参数值包括变压器负载率β、变压器负载率最小阈值β1、变压器负载率最大阈值β2、低压总出线不平衡度εI、不平衡度上限值εImax、不平衡度下限值εImin；
(2)监测β值，当β＜β1时，不做处理，当β1＜β＜β2时，计算一段时间T1内的变压器负载率的平均值βpj，当βpj≧β1时，继续监测低压总出线不平衡度εI；
(3)当εI＞εImax时，再监测缺相告警qxgj和接地告警jdgj；当缺相告警qxgj和接地告警jdgj至少有一个为1，并且延时T2到时后上传告警信息；当缺相告警和接地告警均为0时，继续计算一段时间T3内不平衡度平均值εIpj；
(4)当εIpj＜εImax时，继续监测低压总出线不平衡度εI；当εIpj≧εImax时，选出三条出线不平衡度：εI1、εI2和εI3中最大的，并且测出所选出线上换相开关电流值和相位，或计算达到三相负荷平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(5)换相开关分开后继续延时一段时间T4，然后继续比较εI与εImin，当εI＞εImin时，测出本条出线上换相开关电流值和相位或计算达到三相平衡所需的换相电流值后遥控对应换相开关分开；
(6)换相开关分开后继续延时一段时间T5，然后比较εI与εImax，当εI≤εImax时，继续监测β值，当再次εI＞εImax时，表明调节不成功，延时T6到时候进行告警，继续返回监测β值；
其中T1～T6均是根据实际情况自行设定的时间。
10.根据权利要求9所述的治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，其特征在于，所述三相负荷平衡所需的换相电流值的计算方法为总出线电流除以出线总数。
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