配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方法.doc

1 引言我国城乡配电网中大量采用了三相四线制接线方式，且配电变压器为Y/Yno接线，存在很多的单相负载，因此配电变压器的三相不平衡运行是不可避免的。国标GB50052供配电设计规范、变压器运行规程中都规定了Y/Yno接线的配电变压器运行时中线电流不能超过变压器相、线电流的25%，这是由变压器的结构所决定的。中线电流的增加会引起变压器损耗的增加，同时造成中性点电位的偏移1。本文定量分析了这种影响，同时采用一种新的补偿方法减小了附加损耗与中性点电压的偏移。2 中线电流带来的损耗及中性点电位的偏移2.1 中线电流带来的变压器损耗（1）附加铁损Y/Yno接线的配电变压器采用三铁心柱结构，其一次侧无零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通不能在铁心中闭合，需通过油箱壁闭合，从而在铁箱等附件中发热产生铁损。Y/Yno接线变压器的零序电阻比正序电阻大得多，变压器的零序电阻可实测得到，文2提到315kVA变压器的零序电阻是正序电阻的15倍，因此零序电流产生的附加铁损较大。（2）不平衡运行时绕阻附加铜损配电变压器三相不平衡运行时三相绕组的总损耗（单位为kW）可计算为 式中 Ia、Ib、Ic为三相负荷电流；R1为变压器二次侧绕组电阻。2.2 中线电流造成的电压偏移由于Y/Yno接线的变压器一次侧没有零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通重叠在主磁通上，感应出零序电动势，造成中性点电压偏移，负荷重的相电压降低，负荷轻的相电压上升3。2.3 实例分析型号为SJ、315kVA 、10kV/0.4kV变压器的零序电阻R0=0.122，零序电抗X0=0.174，绕组电阻R1=0.00849。0.17kW；总损耗功率P=P0+Pf=3.82kW；一年内损耗电量W=3.828760KWh=33463KWh ；由上述分析可知，Y/Yno接线方式的配电变压器不平衡运行带来的损耗与电压偏移是很大的，如对变压器的三相不平衡进行补偿，则既可以节能，又可以提高电能质量。3 补偿方法3.1 三相不平衡无功补偿装置的工作原理在三相系统中，跨接在相线与相线之间的电容或电感元件具有转移相间有功功率的作用，由于相间电感或电容元件的电流相量与每相电压相量成60或120夹角，可通过一个简单的示例来说明这一原理（本文称之为三相不平衡无功补偿方法）。有一单相负荷接于A相与零线之间，其电流IA=100A，功率因数cosa=0.85，其中有功电流为85A，无功电流为53A。在A、B相间接入产生61A电流的电容器时，相量图如图1所示，图中，为A相电压相量，为接于A、B相间的电容器电流相量，超前A相电压120；A相负荷情况为：无功电流为零，有功电流为54A，有功电流相量与无功电流相量合成的总电流为54A，A相有功负荷减少了；B相负荷的情况为：B相有功电流为31A，无功电流为53A，有功电流相量和无功电流相量合成的总电流为61A。由图1可见，通过在A、B相间跨接一电容器，A相的有功转移到B相一部分，而接电容器前后A相与B相的有功之和并未改变，这说明可以在变压器三相之间调整有功，变压器的三相不平衡也是可以调整、补偿的。对于三相不平衡系统，可采用对称分量法将电流分解为正序电流、负序电流和零序电流，而三相平衡系统的电流只有正序电流，因此只需补偿掉负序电流和零序电流，不平衡的三相电流就可转变成平衡的三相电流 3-8。采用星角混合接法的电容、电抗元件可补偿掉或大大减少零序电流与负序电流，使系统转变成基本平衡系统。3.2 实例分析2.3小节的配电变压器A相电流Ia=100A、B相电流Ib=200A、C相电流Ic=300A、功率因数cosa =cosb=cosc=0.7时，零序电流I0=173A。根据三相不平衡无功补偿方法得到如下数据：Iao=0；A相补偿后电流，功率因数为0.982（见图3(a)）；B相补偿后电流功率因数为0.9998（见图3(b)）；C相补偿后电流，功率因数为0.9999（见图3(c)）；补偿后零序电流I0=45A。（2）采用共补分补的无功补偿装置将无功全部补偿9，补偿相量图如图4所示，补偿后A相电流补偿后零序电流I0=120A。比较图3和图4可见，三相不平衡无功补偿方法与分补共补方法相比，零序电流下降很多，使不平衡系统基本恢复到平衡。表1为三相不平衡无功补偿装置在徐州供电局的投切记录，在功率因数较高的情况下，零序电流也下降很多；如果采用共补与分补装置，零序电流不但没有减少，而且会增加。该装置在朝阳市供电局某一变压器上投运与不投运时得到的数据分别列于表2和表3中。由表2和表3可见，装置运行与不运行时相比，零序电流下降很多，三相电压不平衡度也下降较多。4 结论本文对配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差进行了定量分析，通过一算例可知不平衡运行对附加损耗、电压偏差的影响是很大的。提出了利用电容、电抗元件对不平衡进行补偿的新方法，并与常规的无功补偿方法做了比较，实测数据表明本文的方法可明显降低零线电流和减少电压偏差。参考文献1 黄绍平负荷不平衡对配电变压器的危害和相应的配电设计方法J变压器，1996，33(5)：30-322 黄其励，高元楷，王世桢，等电力工程师手册电气卷M北京：中国电力出版社，20003 林海雪电力系统三相不平衡M北京：中国电力出版社，19984 赖声礼，李心广，秦华标（Lai Shengli，Li Xinguang，Qin Huabiao）电网无功及三相不平衡综合补偿研究（An approach of integrated compensation for reactive power and three phase unbalance）J电网技术（Power System Technology），2001，25(10)：30-335 彭辉，黄亦农，王茂海（Peng Hui，Huang Yinong，Wang Maohai）配电网中三相不平衡负荷补偿（3-phase asymmetric load compensation in distribution system）J电力自动化设备（Electric Power Automation Equipment），2002，22(1)：32-346 陈亚民（Chen Yamin）一种不对称电力系统潮流算法（A load flow algorithm for unsymmetrical power system）J电网技术（Power System Technology），1997，21(6)：8-137 朱永强，刘文华，邱东刚，等（Zhu Yongqiang，Liu Wenhua，Qiu Donggang et al）基于单相STATCOM 的不平衡负荷平衡化补偿的仿真研究（Simulation of balancing compensation of unbalanced load based on single phase STATCOM）J电网技术（Power System Technology），2003，27(8)：42-45,718 姜彤，白雪峰，郭志忠，等（Jiang Tong，Bai Xuefeng，Guo Zhizhong et al）基于对称分量模型的电力系统短路故障计算方法（A new method of power system fault calculation based on symmetrical components）J中国电机工程学报（Proceedings of the CSEE），2003，23(2)：50-559 景翔，陈歆技，吴杰