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低壓配電網三相不平衡治理技術
 來源:能源生態圈  作者:能源e直播  2018/5/9  
 
三相不平衡的存在增加了線路的電能損耗,減少了配電變壓器的出力,影響用電設備的安全運行,針對這些問題,本文詳細介紹了SVG+換相開關解決方案、SVG+電容解決方案,供大家參考。
演講提綱:
1配電網中的電能質量問題
2、配電網三相不平衡治理技術的行業背景及解決方案
3、SVG+換相開關方案
4、SVG+電容方案
配電網中的電能質量問題
低壓配電網是近年來國家投資的重點方向之一,其投資主要目的是加強配電網的運行可靠性、提高能源的利用率、加強與用戶的互動。低壓配電網的電能質量治理問題是提高配電網可靠性的保障。
配電網將會面臨或已經存在的電能質量問題有以下幾個:
單項負荷導致的三相不平衡及設備利用率降低問題。尤其是單向電動汽車充電設備接入配電網之后,三相不平衡問題將會進一步突出。
分布式能源介入。比如分布式光伏、光伏逆變器會有一些諧波畸變。
新型設備(如儲能變流器、充電樁)會有諧波特性/諧波疊加的問題。如果不同臺數的這個電動汽車充電對配電網諧波特性的影響也不同,數量多,諧波就大,數量少諧波就少。
電網側接入不同的濾波電路,增加電網的容性特性。大多數電力電子產品都會有高頻濾波電路的設計。但如果設備不工作只并網,會呈現容性。
沖擊性的負荷增多。比如煤改電設備在啟動瞬間會有很大的沖擊電流,造成不平衡程度加劇;南方地區(如江浙一帶)會炒茶的地方,炒茶機對電流的沖擊也很大。
 
配電網三相不平衡治理技術——行業背景
配電網三相不平衡是幾乎所有配電臺區普遍存在的一種電能質量問題。
定義:三相不平衡是指在三相電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規定范圍,造成三相不平衡的主要原因是三相負荷不均勻,屬于基波負荷配置問題。
規定:按照《配網運維規程》(Q/GDW1519-2014)規定,配電變壓器的不平衡度應符合:Yyn0接線變壓器負荷不平衡度不得大于15%,零線電流不大于變壓器額定電流的25%;Dyn11接線變壓器負荷不平衡度不得大于25%,零線電流不于變壓器額定電流的40%。
低壓配電網中三相負荷和單項負荷共存。因為家庭中大多數用電設備(如電飯煲、電腦、洗衣機、冰箱等)都是單項的,因單項用電負荷用電行為的不一致性,造成三相不平衡已成為一種常態。并且居民用電情況受季節、天氣、節假日等因素影響,導致三相不平衡情況存在更大的不確定性。
因此想通過電工調相、分配負荷等管理的手段徹底解決三相不平衡問題有一定難度的。
光伏扶貧、家電下鄉、返鄉創業都會有影響供電可靠性,包括電壓合格率、諧波電能質量問題,都已經在農村電網/低壓配網中浮出水面。
隨著分布式光伏扶貧政策的落實,大量分布式光伏電源接入農村電網,而無序接入肯定會導致三相不平衡度增加;還有很早以前有一些家電下鄉的補貼政策,極大促進了農村家電的普及,這也是造成三相不平衡或者電能質量問題突出的一個因素;再者是某些地區有一些回鄉創業,如在家開辦各種小型工廠,使農村用電量劇增。
三相不平衡有哪些危害?為什么要治理三相不平衡?
①增加線路的電能損耗。在三相四線制供電網絡中,電流通過線路導線時因阻抗問題,必定會產生電能損耗,其損耗與通過的電流平方成正比。當低壓電網以三相四線制供電時,由于有單相負荷存在,造成三相不平,當三相不平衡運行時,中心線肯定有電流流過,因此不但象限上損耗的增加,同時中心線也會產生相應損耗,從而增加了電網線路的損耗。
②增加變壓器的電能損耗。由于三相不平衡有零序電流的存在,會造成變壓器銅損或鐵損升高,會增加變壓器的損耗,會影響變壓器運行溫度,造成變壓器使用壽命降低。
③減少配電變壓器出力。在設計配電變壓器時,每一相的容量設計是一樣的。但三相不平衡運行時,會將三相的復合或兩相的負荷疊加到其中某一相,就可能會導致其中某一相過載,而另外兩相或一相根本沒有負荷,使變壓器利用率有所降低。
④配變產生零序電流。零序電流會導致變壓器產生銅損或鐵損,包括磁制或渦流的損耗,造成變壓器絕緣因過熱而老化或者壽命降低等問題,增加變壓器損耗。
⑤影響用電設備安全運行。由于三相不平衡的存在,會導致變壓器電壓中心點偏移,會造成負荷較重的一相電壓較低,負荷較輕的一相電壓較高,因此造成高/低電壓的問題:若電壓過高,可能會影響設備的安全運行,甚至是直接損壞;若電壓過低,可能會造成設備的運行電流擴大,導致過電流的問題。這些都會用電設備的安全運行。
⑥電動機效率降低。由于三相不平衡產生負區磁場,對電動機有一定的制動作用,使電動機輸出功率減少,從而導致電動機效率降低,同時電動機的溫升和無功損耗也會隨著三相不平衡程度的加大而加大。所以電動機在三相不平衡情況下運行是非常不經濟且風險特別高的。
 
配電網三相不平衡治理技術——解決方案
2015年5月22日,國家電網公司發布了《國網運檢部關于開展配電臺區三相負荷不平衡治理問題的工作通知》,其中提了三種治理手段:
① 換相開關型
 
 
②電容器型
③電子電子型產品
 
 
 
綜合三種解決方案的優缺點對比:
SVG+換相開關方案
三種解決方案技術都有各自的優缺點,但將幾種產品相互組合,可達到優勢互補的作用。首先介紹SVG+換相開關方案:
從上圖可見,SVG在變壓器的出口側做不平衡補償,換相開關在線路末端做不平衡補償,相當于將線路末端與臺區出口的不平衡都做了一個很好的補充,該方案可通過SVG直接控制換新開關,達到真正的互補補償。
優點:
SVG直接對換相開關進行控制,采用換相開關粗調,SVG微調的模式,實現不平衡線性補充;
SVG產生的功耗與換相開關降低的線路損耗相互抵消,解決了使用SVG增加線損的詬病;
有SVG的存在,可同時具備無功補償和諧波治理功能,綜合解決臺區配變電電能質量問題;
既能解決線路上的不平衡,又能實時滿足對三相不平衡考核指標的要求;
可緩解末端線路低電壓問題,同事延緩線路老化。
用SVG+換相開關方案與純SVG型(也就是純電子型),還有換向開關方案進行對比:
具體解釋一下為什么用30Kvar+6只開關?根據現場多次實驗經驗,換相開關在安裝到線路上時,可以在這重載相上裝3個,在中載相上裝2個,在輕載相上裝1個,這樣可以解決線路末端不平衡的大部分負荷均衡的問題。30Kvar的SVG在臺區應用中可做一定的線性補償,
從整體對比來看,SVG+換相開關方案性價比最高。
 
分享一個案例,以下數據是從供應公司了解到的:
下圖為電能質量分析儀測量出的數據,直觀觀察效果對比:
 
下圖從線損方面分析,具體計算過程暫時略過,可以看到SVG在這一時刻產 生的損耗大概是0.6千瓦,換相開關在這一時刻降低損耗大概是6000瓦:
 
綜合來看,改方案在這一時刻還可以綜合降低線損5.4千瓦,達到降低線線路損耗的目的。
  
SVG+電容方案
SVG和電容器是安裝在上圖中的架子上,然后整體放到補償室中。原理和SVG+換相開關方案是基本相通:SVG直接對電容器進行控制,實現線性補償的效果。
該產品的設計難點在于結構安裝的尺寸還有控制邏輯。由于補償室空間有限,對散熱和保護的要求較嚴。
優勢:
SVG直接對電容器進行控制,實現線性補償的效果,實現高性價比;
不平衡模式下,采用先相間跨接補償電容粗調后,SVG微調,實現了整寄最小功耗;
控制策略多樣化,可配置共補電容、分補電容以及相間跨接補償電容;
多參數協調控制功能,如電壓、功率因數,無偷竊震蕩、無補償呆滯區間;
SVG產生的功耗與換相開關降低的線路損耗相互抵消,解決了使用SVG增加線損的詬病。
精彩問答
1:請問SVG+換相開關方案與SVG+電容方案的劣勢分別在哪里呢?還有就是SVG+電容方案價格會比SVG+換相開關方案的性價比更高嗎?
答:SVG+電容方案最致命的缺點是無法從線路末端解決不平衡的問題,因為SVG和電容這兩種方式本身都不能從線路末端解決問題。但有價格較低的優勢。
另外,該方案需要現場有一定的無功補償需求來支撐,若現場功率因數較高,該方案是不適用的。這主要是由于電容器在有功的同時會產生容性無功,若現場的感性無功比較小,那就會造成過補償,對電網安全運行造成隱患。
2:SVG+電容方案與SVG+換相開關方案,哪種更安全?
答:從應用的角度上來講,因為SVG+電容方案屬于純并聯型,即使損壞也不會對配電網產生影響;SVG+換相開關方案屬于串聯線路,一旦換相開關損壞,就會對宮供電安全產生影響。換相開關其實是繼電器形式/金叉管形式/負荷開關形式的一種開關,這種技術目前已經比較成熟,其安全穩定性是有一定保證的。
3:SVG+電容與SVG+換相開關兩種方案的尺寸相差多少?
答:這個尺寸沒有辦法來對比。SVG+換相開關是一個分布式的應用,換相開關要放到線路末端,SVG在變壓器出口用作遠程控制,例如通過載波、無線通信等的方式來控制換相開關。這兩種產品在應用時有一定距離,是通過通信方式來解決控制問題,所以這個尺寸沒有辦法對比。
原標題:【干貨】低壓配電網三相不平衡治理技術
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