一种三相自动平衡低压无功补偿装置

一种三相自动平衡低压无功补偿装置

庄宏伟庄梦晓王化梅

庄宏伟庄梦晓王化梅

（国网滨州供电公司）

摘要：电网中三相间的不平衡电流是普遍存在的，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，三相不平衡对供电系统有很大的的危害。

自动平衡无功补偿装置是电力供电系统中一种设计新颖，功能完善的新型无功补偿装置。主要应用于三相四线制低压供电系统中，调整不平衡电流和补偿系统无功，保证供用电质量。

关键词：供电系统自动平衡无功补偿

1引言

电网中普遍存在着三相间不平衡的现象，在城市民用电网、农村电网以及部分企业中，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，三相不平衡对供电系统有很大的危害：

⑴三相有功电流不平衡会增加变压器及线路的损耗：

由于系统的损耗是与电流的平方成正比的。通过理论计算可以证明，在三相电流平衡的时候，系统损耗最小；在三相电流不平衡的极限情况下，损耗是平衡状态下的3倍。

⑵三相有功电流不平衡会增加变压器的铁损、会影响变压器的出力和安全运行：

现有的10/0.4kV的配电变压器多为Yyn0接法三相三柱铁心变压器。国家标准GB50052-95第6.08条规定:“当选用Yyn0结线组别的三相变压器，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Yyn0结线配电变压器接用单相负荷的容量，也影响了变压器设备能力的充分利用。

⑶三相有功电流不平衡会造成三相电压的不平衡而降低供电质量：

由于Yyn0结线组的配电变压器的零序阻抗较大，因此在不平衡状态下的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，并且对三相用户的影响更大。

⑷三相有功电流不平衡会影响电能计量：

按照理论分析，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序、和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流不会向系统传递，但负序电流分量可以毫无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。

目前解决三相负荷不平衡的手段主要是靠人工实测、调整，尽量合理地分配负荷，其结果效率低、效果差，不满足越来越高的供电可靠性要求。

2装置原理及基本功能：

2.1理论依据及基本原理：

原理1：在相线与相线之间跨接电阻，具有在相线与相线之间转移无功的能力。

如图1所示：A、B相之间跨接电阻R，Ur为电阻的电压，由于电阻中的电流与电压同相。所以，电阻电流Ir与电阻电压Ur矢量方向相同。这时，从A相看：有与电源电压方向相同的有功电流分量Ipr和垂直于电源电压的无功电流分量+Iqr，并且这是一个超前的无功电流分量。同理，从B相看：同样有一个与电源电压方向相同的有功电流分量Ipr和垂直于电源电压的无功电流分量-Iqr，并且这是一个滞后的无功电流分量，由此说明，电阻R将A相的无功电流转移到了B相。

原理2：在相线与相线之间跨接电容或电感，具有在相线与相线之间转移有功的能力。

如图2所示：A、B相之间接入电容C。

从A相看：Uc为电容电压，由于电容中的电流超前于电容电压90?。所以，电容电流Ic垂直于电容电压Uc，这时，在A相体现一个垂直且超前于A相电压的容性无功电流分量+Iqc和与A相电压方向相反的负有功电流分量-Ipc。

从B相看：同理，电容电流Ic超前于电容电压Uc90?。这时，在B相体现一个垂直于B相电压的容性无功电流分量+Iqc和与B相电压方向相同的正有功电流分量+Ipc。

由此看出：通过在A、B相之间跨接电容，使A相的部分有功电流被转移到了B相。

以上的分析说明：只要在相与相之间能够接入电容或电感，是完全可以达到在相与相之间的转移有功的目的。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。

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。

三相自动平衡无功补偿装置正是基于以上原理实现的。

2.2目前配电系统中的常规补偿方式：

三相电容器补偿方式：这种补偿方式控制方法简单，只能应用于三相负荷基本平衡的系统中，对于三相不平衡系统，由于各相无功功率不同因此不能够实现良好的补偿。

单相电容器分相补偿方式：采取无功大的相多投电容，无功小的相少投甚至不投电容的补偿方式。其结果可以使三相不平衡系统的各相无功得到补偿，而对于不平衡的有功电流是无能为力的。

3主要技术特点：

3.1独创性的计算理论和控制方法：

通过在三相四线低压配电系统中的各相与相之间及各相与零线之间恰当地接入若干电力电容器的方法，巧妙地利用了负荷回路中的电感，不仅使各相的功率因数都得到良好的补偿，同时使各相的有功电流达到平衡。这种计算方法的理论研究是独创性的。

3.2高性能的单片机控制器及软件设计：

使用最新型的32位ARM高性能单片机进行计算、控制，在最大限度地简化机内控制器复杂程度的同时，获得精确的参数检测结果和精密的控制效果。

3.3独有的磁保持同步编组开关设计：

为实现每台电容器能够在“相与相”和“相与零”之间的联结，采用磁保持继电器控制电容器的投切及联结方式，因此补偿器的自耗电降至极小，并且使运行噪音降至极小。

使用磁保持继电器的同步开关技术，实现任何编组状态下，电容器的电压过零投入和电流过零切除。

独特的电路结构设计避免了由于过电压或雷击造成的误导通。

3.4过补偿功能设计：

该微机控制器具有过补偿功能设计，可以在低压侧对变压器自身的无功电流进行补偿，从而最大限度地减少系统损耗。

3.5完善的保护功能：

过压保护：电源电压高于过压设定值时，切除所有投入的电容器组。

欠压保护：电源电压低于欠压设定值时，切除所有投入的电容器组。

谐波保护：电源电压的谐波含量高于设定值时，切除所有投入的电容器组。

4本装置与其它补偿装置的本质区别

该自动平衡无功补偿装置，在微机控制器的控制下，通过同步编组开关使每台电容器既可以接于相线与相线之间，也可以接于相线与零线之间。具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10％以内。

综上所述可以看出：自动平衡无功补偿装置是一种设计新颖，功能完善的新型无功补偿装置，值得推广应用。

参考文献：

［1］《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）水利电力部西北电力设计院编

［2］《供用电工程》上海电力学院蓝之达主编

作者简介：

庄宏伟（1966-），男，山东滨州人，高级工程师，国网滨州供电公司，从事电力系统规划设计工作。

庄梦晓（1991-），女，山东滨州人，助理工程师，国网滨州供电公司，电力工程管理。