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某農(nóng)牧區(qū)配電網(wǎng)三相不平衡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

文檔作者：劉占春文檔來源：內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗供電局		更新日期： 2026年06月02日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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·271· | 發(fā)展與創(chuàng)新 | Development and Innovation 2020 年第7 期
作者簡介：劉占春，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電
力安全生產(chǎn)技術(shù)。
某農(nóng)牧區(qū)配電網(wǎng)三相不平衡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
劉占春
（內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗供電局，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 011200）
摘 要：針對(duì)內(nèi)蒙古某地區(qū)10kV 配電網(wǎng)線路損耗一直居高不下，甚至個(gè)別臺(tái)區(qū)損耗達(dá)90% 以上的情況，電網(wǎng)公司幾次對(duì)
該配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了大規(guī)模改造，但仍有相當(dāng)一部分臺(tái)區(qū)損耗維持在20% ～ 80% 的高水平。分析造成該現(xiàn)象的原因?yàn)樵摰?
區(qū)配電網(wǎng)處于內(nèi)蒙古自治區(qū)電網(wǎng)末端，是典型的受端網(wǎng)絡(luò)，負(fù)荷以居民用電為主，配電變壓器三相負(fù)荷不平衡問題非常
突出。三相負(fù)荷隨時(shí)變化，三相負(fù)荷平衡很難控制，從而造成了很高的配電網(wǎng)線損。由于人工調(diào)整三相負(fù)荷需斷線、換相，
費(fèi)工費(fèi)時(shí)、效率低且三相負(fù)荷的調(diào)整既滯后又很不準(zhǔn)確，治理效果并不理想。所以，研發(fā)一套智能臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷平衡自
動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)迫在眉睫。經(jīng)過對(duì)目前幾種自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)性能及經(jīng)濟(jì)對(duì)比的分析得出“以積分電流調(diào)相法為技術(shù)核心的裝置
適合安裝在線路末端”的結(jié)論。積分電流調(diào)相法屬負(fù)載調(diào)相，具有換相時(shí)間短、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，故確定以積分電流
調(diào)相法為技術(shù)支撐來研發(fā)三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；線路損耗；三相負(fù)荷平衡；三相不平衡；農(nóng)牧區(qū)配電網(wǎng)
中圖分類號(hào)：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789（2020）07-0271-02
三相不平衡是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，發(fā)生三相負(fù)荷
不平衡與電力系統(tǒng)的規(guī)劃、用戶間的負(fù)荷容量、用戶
用電時(shí)刻、不可控制的大功率負(fù)荷接入等因素有關(guān)。在
10kV 配電系統(tǒng)中，三相負(fù)荷（電流）不平衡現(xiàn)象普遍
存在，特別在農(nóng)、牧區(qū)電網(wǎng)中，由于缺乏先進(jìn)的技術(shù)和
有效的管理手段，三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象更為嚴(yán)重。配電
網(wǎng)多年運(yùn)行實(shí)踐證明，當(dāng)配電網(wǎng)中存在三相負(fù)荷不平衡
時(shí)，不僅影響配電變壓器出力，還會(huì)增加低壓線路損耗，
同時(shí)導(dǎo)致負(fù)荷偏重相電壓降低。如果三相不平衡超過了配
電網(wǎng)可以承受的范圍，配電網(wǎng)的安全運(yùn)行就會(huì)受到影響。
為治理負(fù)荷不平衡的三相三線制電路，文章以積分
電流調(diào)相法原理為依據(jù)，比較分支路三個(gè)相線路的積分
電流大小計(jì)算其不平衡率。若超過調(diào)相閥值時(shí)，便根據(jù)
其最大相和最小相線路間積分電流的差值，及最大相線
路中其下表箱單元的積分電流，選擇相應(yīng)合適的表箱單
元將其換相，以實(shí)現(xiàn)該分支路三相負(fù)荷的平衡，從而達(dá)
到主回路三相負(fù)荷的平衡。該方法克服了平均電流調(diào)相
法線路中平均電流值計(jì)算不準(zhǔn)確的問題，采用積分法來
檢測(cè)線路負(fù)荷的大小，這樣才能真實(shí)準(zhǔn)確地反映線路負(fù)
荷，為三相負(fù)荷不平衡調(diào)整提供科學(xué)的依據(jù)。
1 三相負(fù)荷不平衡治理的具體技術(shù)方案
三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)包括智能監(jiān)控終端、換
相開關(guān)和電流采集模塊等硬件。以智能臺(tái)區(qū)管理終端為
平臺(tái)，由電流模塊采集各分支線路的相線電流信息，換
相開關(guān)采集相線單元表箱的負(fù)荷電流和相位信息，分別
由RS485 通信和無線通信方式上傳至各臺(tái)區(qū)管理終端，
由終端存儲(chǔ)并計(jì)算各臺(tái)區(qū)分支路的三相負(fù)荷不平衡率，
做出調(diào)整方案，最后通過臺(tái)區(qū)管理終端由無線通信下達(dá)
換相指令給其各分支路中相應(yīng)的換相開關(guān)，將該單元表
箱的負(fù)載切換到相應(yīng)的相線上，達(dá)到分支路三相負(fù)荷的
平衡，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷平衡。
設(shè)置一個(gè)三相負(fù)荷電流平衡主控器，采集各個(gè)支回
路中各條相線路的負(fù)荷電流信號(hào)。根據(jù)所獲取的各個(gè)支
回路中各條相線路的負(fù)荷電流信號(hào)，三相負(fù)荷電流平衡
主控器計(jì)算每一個(gè)支回路的三相電流不平衡率或三相電
流不平衡率的平均值，以判斷各支回路三相負(fù)荷電流不
平衡的情況。采集各支回路中各個(gè)單元表箱或聯(lián)戶表箱
中的負(fù)荷電流大小，依據(jù)各支回路三相負(fù)荷電流不平衡
的情況，確定所要調(diào)整的單元表箱或聯(lián)戶表箱負(fù)荷的相
位。當(dāng)某一支回路的三相電流不平衡率大于其預(yù)設(shè)定值
后，或者當(dāng)某一支回路三相電流不平衡率的平均值大于
其預(yù)設(shè)定值后，三相負(fù)荷電流平衡主控器根據(jù)該支回路
三相負(fù)荷電流不平衡的情況，通過無線或有線通信方式
下發(fā)控制指令給該支回路中相對(duì)應(yīng)的單元表箱或聯(lián)戶表
箱中的自動(dòng)換相開關(guān)，進(jìn)行負(fù)荷相位的轉(zhuǎn)換，來實(shí)現(xiàn)配
電變壓器低壓側(cè)各支回路三相負(fù)荷電流平衡的調(diào)整，從
而實(shí)現(xiàn)配電變壓器低壓側(cè)主回路三相負(fù)荷電流平衡的調(diào)
整，以最大限度地降低線損，并改善配電變壓器低壓側(cè)
各支回路相線末端的電壓質(zhì)量，有效降低供電成本和運(yùn)
營費(fèi)用。
本技術(shù)方案的關(guān)鍵點(diǎn)在于其明確和貫徹執(zhí)行了以下
概念：（1）配電變壓器低壓側(cè)出線端主回路的三相負(fù)
荷電流平衡，不等于該變壓器各個(gè)支回路中的三相負(fù)荷
電流都平衡；（2）配電變壓器低壓側(cè)出線端主回路的
三相負(fù)荷電流不平衡，不等于該變壓器各個(gè)支回路中的
三相負(fù)荷電流都不平衡；（3）配電變壓器低壓側(cè)各個(gè)
支回路中的三相負(fù)荷電流均達(dá)到平衡，也就保證了該配
電變壓器低壓側(cè)主回路的三相負(fù)荷電流平衡。
本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）通過設(shè)置在配電
變壓器低壓側(cè)主回路的監(jiān)控裝置、一級(jí)保護(hù)裝置或二級(jí)
保護(hù)裝置中的CPU 控制單元，采集和檢測(cè)配電變壓器
臺(tái)區(qū)各個(gè)支回路中各條相線路上的負(fù)荷電流，就地判斷
各支回路三相負(fù)荷電流不平衡的情況。通過采集各支回
路中各單元表箱或聯(lián)戶表箱中（或用戶處）的負(fù)荷電流
大小，就地確定所要調(diào)整的單元表箱或聯(lián)戶表箱（或用
戶處）負(fù)荷的相位。通過控制各支回路（或各再分支回路）
中相應(yīng)的單元表箱或聯(lián)戶表箱中（或用戶處）的自動(dòng)換
相開關(guān)，進(jìn)行負(fù)荷相位的轉(zhuǎn)換。通過控制或調(diào)節(jié)配電變
壓器臺(tái)區(qū)內(nèi)各個(gè)支回路（或用戶處）中三相負(fù)荷電流的
全部平衡，來保證和實(shí)現(xiàn)配電變壓器主回路的三相負(fù)荷
電流平衡，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了配電變壓器低壓側(cè)主回
路、支回路上三相負(fù)荷電流的平衡，從而達(dá)到最大限度
·272· | 發(fā)展與創(chuàng)新 | Development and Innovation 2020 年第7 期
地降低線損，改善各個(gè)支回路相線末端電壓，同時(shí)提高
配電變壓器運(yùn)行安全性、延長運(yùn)行壽命，保證配電線路
安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（2）CPU 控制單元和通信單元設(shè)置
在配電變壓器低壓側(cè)出線端主回路的監(jiān)控裝置中、或者
設(shè)置在配電變壓器低壓側(cè)出線端各個(gè)支回路上的一級(jí)保
護(hù)裝置中，又或者設(shè)置在各個(gè)支回路上的各個(gè)單元表箱
或聯(lián)戶表箱處的二級(jí)保護(hù)裝置中。各個(gè)支回路中的各條
相線路負(fù)荷電流的采集點(diǎn)設(shè)置在各個(gè)支回路上的相線電
流互感器，或電子斷路器，或三相、單相電子式電度表
上，可最大限度地利用現(xiàn)有裝置和檢測(cè)資源，盡可能地
減少一次性投入，降低線路、設(shè)備的改造費(fèi)用，進(jìn)而降
低供電系統(tǒng)的運(yùn)營成本和維護(hù)費(fèi)用。（3）在三相負(fù)荷
電流平衡主控器和各個(gè)自動(dòng)換相開關(guān)之間，采用近距離
無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行控制信號(hào)的傳輸。三相負(fù)
荷電流平衡主控器直接完成數(shù)據(jù)采集、處理與控制功能，
省去了GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)及電腦平臺(tái)，避免了現(xiàn)有技術(shù)需
要借助第三方網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，從而解決了“第
三方網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的公共網(wǎng)絡(luò)接入電業(yè)局的專用局域
網(wǎng)絡(luò)，存在病毒入侵的危險(xiǎn)”的問題，保證了供電局局
域網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。
2 三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)
2.1 臺(tái)區(qū)管理終端
臺(tái)區(qū)管理終端通過RS485 網(wǎng)絡(luò)與電流模塊保持通
信，采集臺(tái)區(qū)分支路的三相電流信息，并根據(jù)電流信息
計(jì)算三相負(fù)荷不平衡率，由終端根據(jù)設(shè)置的不平衡率閥
值，計(jì)算三相負(fù)荷平衡調(diào)整方案，并把調(diào)整方案下發(fā)到
所需要調(diào)整的換相開關(guān)，把換相開關(guān)調(diào)整到所需要的相
位。同時(shí)把臺(tái)區(qū)監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過GPRS 上傳到主站，
方便用戶通過主站瀏覽查看臺(tái)區(qū)的三相負(fù)荷情況統(tǒng)計(jì)曲
線，以及各個(gè)時(shí)段的換相信息情況記錄。臺(tái)區(qū)管理終端
采用先進(jìn)的32 位高處理器，大容量存儲(chǔ)器，集成度高、
技術(shù)先進(jìn)，將其作為配變監(jiān)測(cè)、三相負(fù)荷平衡調(diào)整系統(tǒng)
的智能控制終端。
2.2 電流模塊
三相電流模塊外接電流互感器使用，采用大規(guī)模集
成電路，高精度采集分支電路中各相電壓、電流、有功
功率等數(shù)據(jù)，通過RS485 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚_(tái)區(qū)管理終端，
用于智能三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的分支路平衡調(diào)整
依據(jù)。
2.3 智能換相開關(guān)
智能換相開關(guān)包括主控開關(guān)和換相開關(guān)。主控開關(guān)
是集采樣、運(yùn)算、通信、人機(jī)交互、智能組網(wǎng)、平衡邏
輯算法于一體的智能控制裝置；換相開關(guān)是集采樣、運(yùn)
算、通信、相序切換于一體的智能投切裝置，采用大功
率可控硅過零控制，換相時(shí)間小于25ms。采用科學(xué)邏
輯電路，任何情況下都不會(huì)發(fā)生短路事故，克服了完全
由可控硅投切電路易發(fā)生短路故障的缺陷。換相開關(guān)采
用三相四線制輸入電源，單相兩線輸出，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、
手動(dòng)換相，同時(shí)監(jiān)測(cè)相線電壓和表箱單元的電流。內(nèi)置
無線通信接口，把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過無線通信上傳到監(jiān)控
終端，并接收終端下發(fā)的換相指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)整支路
三相負(fù)荷。換相開關(guān)在調(diào)整負(fù)荷時(shí)各個(gè)相位間切換的時(shí)
間小于25ms，實(shí)現(xiàn)不停電換相。
3 系統(tǒng)的主要功能
（1）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)報(bào)警。如果臺(tái)區(qū)出現(xiàn)異
常情況，可通過調(diào)度軟件進(jìn)行臺(tái)區(qū)操作，例如分閘、合閘、
控制繼電器等操作。軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行情況，通過
臺(tái)區(qū)終端，實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間告警、預(yù)警功能。
（2）實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷平衡。通過系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)人工或者自動(dòng)的對(duì)換相開關(guān)實(shí)現(xiàn)換相，用于自動(dòng)調(diào)
整負(fù)荷平衡，使其線路的不平衡率降到預(yù)定的不平衡率
以下。
（3）降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。大大減少人
工調(diào)整線路平衡時(shí)繁瑣的工作環(huán)節(jié)，降低了工作強(qiáng)度，
調(diào)整負(fù)荷只需要工作人員在系統(tǒng)上操作，大大提高了工
作效率。
（4）節(jié)能。系統(tǒng)中的換相開關(guān)全部為永磁繼電器
結(jié)構(gòu)，僅僅切換瞬間耗電，工作期間不耗電。實(shí)現(xiàn)了
三相負(fù)載自動(dòng)調(diào)平衡后，將會(huì)使得低壓供電損耗降低
10% ～ 30%。
4 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
（1）采用分支路電流采樣，解決了傳統(tǒng)總路電流
采樣的缺陷，使調(diào)平衡依據(jù)參數(shù)更加準(zhǔn)確有效。采用電
流積分平均法，解決了數(shù)學(xué)加減平均法的錯(cuò)誤算法，使
調(diào)平衡更科學(xué)。
（2）不用供電局的主站平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡
的自動(dòng)調(diào)整，省去了申請(qǐng)固定IP 服務(wù)器的麻煩和GPRS
通信的費(fèi)用。
（3）臺(tái)區(qū)管理終端具有電腦功能，不僅能存儲(chǔ)采
集支路及單元表箱的電流信息，并能計(jì)算三相負(fù)荷的不
平衡率和作出調(diào)整方案，直接下達(dá)指令給換相開關(guān)進(jìn)行
調(diào)相。
5 結(jié)束語
三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，將改變?nèi)斯ふ{(diào)整負(fù)荷
平衡既費(fèi)時(shí)費(fèi)力又不科學(xué)的局面，讓三相負(fù)荷調(diào)平衡
邁進(jìn)科學(xué)化、智能化的新階段，必將對(duì)扭轉(zhuǎn)低壓配電網(wǎng)
三相負(fù)荷長期嚴(yán)重不平衡的被動(dòng)局面起到巨大的推動(dòng)作
用。三相負(fù)荷平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)提
高電能質(zhì)量，提高供電可靠性、安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益
的目標(biāo)，在智能配電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。
參考文獻(xiàn)：
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