关于使用调整不平衡电流补偿装置的可行性分析

关于使用调整不平衡电流补偿装置的可行性分析

秦涛

秦涛（国网白山供电公司城西供电分公司吉林白山134300）

中图分类号：Ｇ71文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2014）01-042-02

一、概述

电网中三相间的不平衡电流是普遍存在的，在城市低压配电网及农用电网中由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重。电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成三相电压不平衡因而降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。

1、不平衡电流对系统铜损的影响

由于系统的铜损是与电流的平方成正比的，因此通过理论分析可以容易地证明：即忽略零线的损耗，当三相电流平衡的时候，系统的铜损最小。如果三相电流不平衡，在最严重的状态下，将比平衡状态的铜损增加3倍！

2、不平衡电流对变压器铁损的影响

现有的10/0.4KV的低压配电变压器多为YynO接法三相三柱铁心的变压器。YynO结线组的配电变压器与同容量同规格的Dyn11结线组的配电变压器对比，其空载损耗及负载损耗均较小，有利于降低配电网中的电能损耗。但是，对于这种类型的变压器，当二次侧负荷不平衡且有零线电流时（零线电流即为零序电流），而在一次侧由于无中点引出线因此零序电流无法流通，故零序电流不能安匝平衡，相对地电压的对称会受到影响，中性点会偏移。由计算得知，当零线电流为额定电流的25%时，中性点移位约为额定电压的70%，尚不致严重地影响到三相相电压的不平衡。国家标准GB50052-95第6.08条规定："当选用YyNO结成组别的三相变压器，其由单相不平衡负荷引起的电流不得超过低压绕组额定电流的25%，且其中一相的电流在满载时不得超过额定电流值。"由于上述规定，限制了YyNO结线配电变压器接用单用单相负荷的容量，也影响了变压器设备能力的充分作用。

电流不平衡会造成三相电压不平衡因而降低供电质量。由于YyNO结线组的配电变压器零序激磁阻抗较大，因此零线电流会造成较大的电压变化，形成比较严重的三相电压不平衡现象，不但影响单相用户，对三相用户的影响更大（负序电流的反向磁场使三相电机的损耗加大）。

3、解决不平衡电流的办法

目前，国内外有一种静止同步补偿器（STATCOM）的产品，其基本原理是采用电力电子元件IGBT，将三相电整流然后再逆变成三相交流的方法模拟无功负荷达到稳压、稳频、稳相的目的。该产品相当于一台三相电动机拖动一台三相发电机，虽然可以消除电网的不平衡电流，但是成本过高。国内还有一种产品，采用单相电容器分相补偿电容，以达到平衡三相电流的目的。但是，这种方法使少投甚至不投补偿电容的相得不到良好的补偿。并且，采用这种方法在某些情况下虽然可以使三相电流的大小相等，但是由于三相的补偿程度不同，零线仍然会有电流。此外，为了减轻零序电流对变压器的不利影响，有人建议推广Dyn11连接组的变压器。而有的电力公司则干脆推广使用单相变压器。

而我们现在研究的HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置，不但可以将三相的功率因数均补偿至1，而且可以将三相间的不平衡有功电流调整至平衡。

二、HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置构成

HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置由控制器、开关网络、电容器组构成。

三、HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置的基本原理

调整不平衡电流的方法利用了一个基本原理，即在相线与相线之间跨接的电感或者电容量具有在相线之间转移有功功率的作用。当实际的负荷相当于若干个电阻时，只要按照各个电阻的情况分别计算出补偿量，再按照迭加原理相加就可以了。

但是这样调整不平衡电流的方法也带来一个问题，就是需要使用电感。在调整不平衡电流的装置里安装大量的电感是一件很麻烦的事情，电感又大又重，成本很高，损耗较大。

所幸的是，在实际的系统中，往往拥有大量的感性负荷，正是因为这些感性负荷的存在，才需要进行功率因数补偿。而负荷中的电感正好可以为我们所利用。理念分析与现场实验均表明：只要恰当地选择电容器的接法，就可以达到即补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。

与相线之间也可以接于相线与零线之间，因此结构比较复杂，成本比普通的三相电容器同时投切的补偿装置要稍高一些。但是由于其达到的效果是普通补偿装置所达不到的，如果应用于三相电流不平衡的场合，其性能价格比优于其他任何形式的补偿装置。

四、与其他类型的补偿装置的比较

如果使用三相电容器同时投切的补偿装置来进行补偿，由于三相的电感量不同，只能参照A相的电感量来进行补偿，否则A相就会产生过补偿。投入三相电容器后，虽然三相的电流都有所减小，但是三相间的不平衡程度反而有所加剧，未投电容器前C相与A相的电流比为2:1，投入电容器后C相与A相的电流比反而变成了2.09:1。可以看出，三相电容器同时投切的补偿装置不适于在三相电流严重不平衡的系统中应用。

如果使用单相电容器分相投切的补偿装置来进补偿，投入相应的单相电器后，三相的电流都有所减小，三相间的不平衡程度没有变化，未投电容器前C相与A相的电流比电容器为2:1，投入电容器后C相与A相的电流比仍然是2:1。但是这类补偿装置的结构也比较复杂，成本也比较高。

从以上的介绍中，我们不难将各种补偿装置的性能进行比较，为了使大家对各种情况下变压器及线路的损耗有一个定量的认识，特制作表1以供参考。表中数据的计算过程假定变压器为S7系列200KVA，10KV线路假设长度为5Km导线为35平方毫米钢芯铝绞线。

表1：各种状态下变压器及线路的损耗（不包括变压器铁损）

从上表的数据可以看出，使用调整不平衡电流功率因数补偿装置可以取得最好的节能效果，并且零线电流很小，完全符合国家标准关于零线电流不超过变压器额定电流25%的要求。同时，零线电流小即表明中性点漂移小，因此也可以获得最好的供电质量。

五、实际应用

在2012年9月初，国网白山供电公司城西供电分公司在10kV市中线48号杆2号配变站试装了1台HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置，安装后的三个月中，每个月都选定3天分两次对此配变站进行负荷电流测量，对安装HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置后的10kV市中线48号杆2号配变站的负荷电流进行检测、分析，根据9天18次测得的数据，即18小时可节能2062W，一个月此变压器可节能83kW.h，一年此变压器可节能996kW.h。

综上所述，我们可以得出结论：在三相电流严重不平衡的供电系统中，使用HTDK-DY型调整不平衡电流功率因数补偿装置是可行的，即可以节能增效，也为安全生产提供了保障。

参考文献：

调整不平衡电流功率因数补偿装置构成及原理

作者简介：

秦涛国网白山供电公司城西供电分公司配电专工