低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法及装置 |
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申请号 | CN201610112900.4 | 申请日 | 2016-02-29 | 公开(公告)号 | CN105591396A | 公开(公告)日 | 2016-05-18 |
申请人 | 国家电网公司; 国网湖南省电力公司; 国网湖南省电力公司电力科学研究院; | 发明人 | 唐海国; 冷华; 陈宏; 朱吉然; 龚汉阳; 张志丹; 李红青; 陈幸; 李大公; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种低压配电线路的配电 变压器 的三相 不平衡 保护方法及装置,该方法包括步骤:监视低压配电线路,实时采集低压配电线路三相 电流 ,并获取实际供电负荷;根据低压配电线路的实际供电负荷和 三相电流 ,分别计算配变负荷率β和 中性点 电流I0;当配变负荷率β和中性点电流I0满足第一判定条件时,计算低压配电线路的 配电变压器 的三相不平衡度;根据三相不平衡度的大小,对低压配电线路的三相负荷,选择相应的 风 险预警级别进行处理。该装置包括监视采集模 块 、第一计算模块、第二计算模块以及执行模块。本发明能显著降低三相电流的不平衡度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法及装置技术领域背景技术[0002] 城镇化建设的加快,使得低压配电网(低压指1千伏以下电压)的负荷电不断增加,尤其迎峰度夏和春节期间等季节性低压用电负荷猛增,导致部分配电变压器长期处于超负荷运行状态。通过对某地区全年配电变压器损坏情况的调研和分析可知,三相不平衡是配电变压器损坏的主要原因之一。 [0003] 三相不平衡:相关电力标准规定配电变压器的三相负荷应尽量平衡,不得使用一相或两相供电。对于连接组别为Yyn0和Dyn11的配电变压器,中性线电流分别不应超过低压侧额定电流的25%和40%。但是由于低压用电负荷随时间、空间波动大,三相不平衡现象在农网配电台区更为常见,当配变出现三相不平衡时,重负荷相电流过大(最大可增为3倍),易导致配变绝缘老化加快、油质劣化,从而使配电变压器的绝缘性能迅速降低,寿命缩短,严重者甚至烧毁配电变压器。同时,三相不平衡还会增加配电变压器和线路的损耗,影响供电企业经济效益。 [0004] 目前,针对三相不平衡的情况,常采用以下措施来缓解: [0005] 1)改造线路。该方式施工范围大,且由于部分地区电网分布在山区,对线路整体换位工作量太大,因此目前不宜采用。 [0006] 2)分散负荷。将不对称负荷分散连接到不同的供电电源点上,这样可以降低负荷集中所造成的不平衡度。 [0007] 3)添加补偿装置。若三相负荷不平衡,且功率因数较低,则可以用不同容量的电容器组作为平衡装置,对于无功容量匮乏的地区可以增设无功补偿装置。 发明内容[0009] 本发明目的在于提供一种低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法及装置,以解决三相不平衡导致的配电变压器老化及损坏,且现有调节方式不能够动态、高效地进行三相不平衡调节的技术问题。 [0010] 为实现上述目的,本发明提供了一种低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法,包括以下步骤: [0011] S1:监视低压配电线路,实时采集低压配电线路三相电流,并获取实际供电负荷; [0012] S2:根据低压配电线路的实际供电负荷和三相电流,分别计算配变负荷率β和中性点电流I0; [0013] S4:当配变负荷率β和中性点电流I0满足第一判定条件时,计算低压配电线路的配电变压器的三相不平衡度; [0015] 作为本发明的方法的进一步改进: [0016] 优选地,步骤S2,包括以下步骤: [0017] S2.1:根据低压配电线路的实际供电负荷,计算配变负荷率β,公式如下: [0018] 配变负荷率β=[实际供电负荷/变电站额定负荷]×100% (1) [0019] 其中,变电站额定负荷为变电站的主变压器的额定负荷; [0020] S2.2:根据配电变压器的低压三相电流IA、IB和IC,计算中性点电流I0,公式如下: [0021] 中性点电流 [0022] 优选地,步骤S2完成后,方法还包括步骤: [0023] S3:当配变负荷率β和中性点电流I0满足第二判定条件时,返回步骤S1。 [0024] 优选地,第一判定条件为I0>15%IN或β>25%;第二判定条件为I0≤15%IN并且β≤25%,其中,IN为配电变压器的低压侧的额定电流。 [0025] 优选地,三相不平衡度的计算公式如下: [0026] 三相不平衡度 [0027] 其中,Imax和Imin分别为配变低压三相电流中的最大值和最小值。 [0028] 优选地,步骤S5包括以下步骤: [0029] S5.1:根据三相不平衡度的大小,进行如下判断: [0030] S5.2:当ε<15%时,进入一级风险预警,加强监视,并返回步骤S1; [0031] S5.3:当15%≤ε<50%时,进入二级风险预警,且当日累计时间t1达到2小时,及时进行负荷平衡; [0032] S5.4:当ε≥50%时,进入三级风险预警,投入低压无功补偿装置,当日累计时间t2达到2小时,限时进行负荷平衡。 [0033] 优选地,负荷平衡采用循环切除法实现,包括以下步骤: [0034] S5.3.1:计算三相对应的不平衡度,判断最大不平衡度所在相,切除部分负荷; [0035] S5.3.2:循环进行以上步骤,直至不平衡度达到配网要求。 [0036] 作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护装置,包括监视采集模块、第一计算模块、第二计算模块以及执行模块。其中: [0037] 监视采集模块,用于监视低压配电线路,并实时采集低压配电线路的三相电压和三相电流,并获取实际供电负荷,将结果发送给第一计算模块; [0038] 第一计算模块,用于根据低压配电线路的实际供电负荷和三相电流,分别计算配变负荷率β和中性点电流I0,将计算值发送给第二计算模块; [0039] 第二计算模块,用于在配变负荷率β和中性点电流I0满足第一判定条件时,计算低压配电线路的配电变压器的三相不平衡度; [0040] 执行模块,用于根据三相不平衡度的大小,对低压配电线路的三相负荷,选择相应的风险预警级别进行处理。 [0041] 作为本发明的装置的进一步改进: [0043] 执行模块包括第一执行模块、第二执行模块和第三执行模块,其中,第一执行模块用于在三相不平衡度ε满足ε<15%时,进入一级风险预警,加强监视,并监视采集模块发送执行信号;第二执行模块用于在三相不平衡度ε满足15%≤ε<50%时,进入二级风险预警,且当日累计时间t1达到2小时,及时进行负荷平衡;第三执行模块用于在三相不平衡度ε满足ε≥50%时,进入三级风险预警,投入低压无功补偿装置,当日累计时间t2达到2小时,限时进行负荷平衡。 [0044] 本发明具有以下有益效果: [0045] 1、本发明的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法,通过实时计算获得配变三相不平衡度,对低压三相负荷选择相应的风险预警级别进行处理,能显著降低三相电流的不平衡度,能减缓配电变压器的老化情况,延长配电变压器的使用寿命,保障了低压用户的供电可靠性和电能质量。 [0046] 2、在优选方案中,本发明的方法,对低压三相负荷实行动态管理和自动无功补偿,降低三相电流的不平衡度,提高了低压配电网的安全性和稳定性;为低压配网改造、系统增容、配变布点选择等规划工作的科学依据,通过调整负荷,合理的增容布点,从而达到根治低压三相不平衡的目的。 [0047] 3、本发明的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护装置,能够动态、高效地进行三相不平衡调节,提高低压配网生产管理效率,保证低压配电网的安全稳定运行。 附图说明[0050] 图1是本发明优选实施例的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法的流程图; [0051] 图2是本发明另一优选实施例的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护方法的流程图; [0052] 图3是本发明优选实施例的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护的组成原理框图; [0053] 图4是本发明优选实施例应用前的2月10日三相电流曲线图; [0054] 图5是本发明优选实施例应用后的11月15日三相电流曲线图。 具体实施方式[0056] 参见图1,本发明实施例的配电变压器的三相不平衡保护方法,包括以下步骤: [0057] S1:监视低压配电线路,实时采集低压配电线路三相电流,并获取实际供电负荷; [0058] S2:根据低压配电线路的实际供电负荷和三相电流,分别计算配变负荷率β和中性点电流I0; [0059] S4:当配变负荷率β和中性点电流I0满足第一判定条件时,计算低压配电线路的配电变压器的三相不平衡度; [0060] S5:根据三相不平衡度的大小,对低压配电线路的三相负荷,选择相应的风险预警级别进行处理。 [0061] 以上步骤中,通过实时计算获得配变三相不平衡度,对低压三相负荷选择相应的风险预警级别进行处理,能显著降低三相电流的不平衡度,能减缓配电变压器的老化情况,延长配电变压器的使用寿命,保障了低压用户的供电可靠性和电能质量。 [0062] 参见图2,在实际应用时,本发明实施例还可增加步骤进行如下优化: [0063] S1:监视低压配电线路,实时采集低压配电线路三相电流,并通过电力检测系统直接获取实际供电负荷。 [0064] S2:根据低压配电线路的实际供电负荷和三相电流,分别计算配变负荷率β和中性点电流I0。包括以下步骤: [0065] S2.1:根据低压配电线路的实际供电负荷,计算配变负荷率β,公式如下: [0066] 配变负荷率β=[实际供电负荷/变电站额定负荷]×100% (1) [0067] 其中,变电站额定负荷为变电站的主变压器的额定负荷; [0068] S2.2:根据配电变压器的低压三相电流IA、IB和IC,计算中性点电流I0,公式如下: [0069] 中性点电流 [0070] 当计算得到配变负荷率β和中性点电流I0后,先进行条件判断,目的是判断配变三相不平衡度是否需要纳入计算和统计。 [0071] S3:当配变负荷率β和中性点电流I0满足I0≤15%IN并且β≤25%时(IN为配电变压器的低压侧的额定电流),配变三相不平衡度不纳入计算和统计,返回步骤S1。15%,25%是根据实际工程经验得到,在I0≤15%IN并且β≤25%时,三相不平衡水平很低,不影响居民正常用电,此时没有补偿三相不平衡的必要性,因此,无需采取任何措施,不满足该条件时则需要将配变三相不平衡度纳入计算和统计。 [0072] S4:当配变负荷率β和中性点电流I0满足I0>15%IN或β>25%时,计算低压配电线路的配电变压器的三相不平衡度,如果不采取有效措施,任由三相不平衡度继续增长,将会影响居民正常用电,甚至出现用电故障。三相不平衡度的计算公式如下: [0073] 三相不平衡度 [0074] 其中,Imax和Imin分别为配变低压三相电流中的最大值和最小值。 [0075] S5:根据三相不平衡度的大小,对低压配电线路的三相负荷(以及累积不平衡时间),选择相应的风险预警级别进行处理,即设定台区低压负荷三相平衡告警功能,具体如下: [0076] S5.1:根据三相不平衡度的大小,进行如下判断: [0077] S5.2:当ε<15%时,进入一级风险预警,加强监视,并返回步骤S1。当ε<15%时,此时三相不平衡问题已经不容忽视,但程度还未影响到居民正常用电,三相不平衡度并未达到15%即ε<15%,此时暂时无需采取具体措施,但由于处于三相不平衡的临界状态,因此需要加强监视力度,防止出现不平衡度越限15%的情况。例如由原来t时间监视一次改为0.4t时间内监视一次(监视方式不变,监视时间间隔缩短),一旦进入三相不平衡即采取相应措施。 [0078] S5.3:当15%≤ε<50%时,进入二级风险预警,且当日累计时间t1达到2小时,说明三相不平衡的程度已经不容忽视,需要采取一定措施来实现三相的平衡,及时进行负荷平衡,。负荷平衡采用循环切除法实现,包括以下步骤: [0079] S5.3.1:计算三相对应的不平衡度,判断最大不平衡度所在相,切除部分负荷,减小三相不平衡度; [0080] S5.3.2:循环进行以上步骤,直至不平衡度达到配网要求。 [0081] S5.4:当ε≥50%时,进入三级风险预警,说明三相不平衡的程度已经很严重,需投入低压无功补偿装置,当日累计时间t2达到2小时,限时进行负荷平衡,负荷平衡的实现方法与步骤S5.3.1至步骤S5.3.2相同。低压无功补偿装置为一种电力电子设备,将电压型换流器(VSC)通过电抗器或连接变压器并联接入电网,根据控制目标的要求和指标,适当地调节VSC交流侧输出电压的幅值、相位或者直接控制其交流侧电流就可以使无功补偿装置连续可调输出100%超前或100%滞后无功,从而促使系统电压稳定、功率因数提高。低压无功补偿设备的投入通过电力检测系统获取系统所需补偿的无功容量;根据单组无功容量,确定最终投入组数。 [0082] 累计时间2小时为电网公司工程技术人员长期以来的工程经验值,原因在于农网的用电高峰一般在晚上8:00-10:00。其他的延迟时间长度也可以,但从概率上讲低于2小时,会影响部分居民的用电;如果高于2小时,又会影响调整三相不平衡的实时性。 [0083] 参见图3,本发明实施例的低压配电线路的配电变压器的三相不平衡保护装置,包括监视采集模块、第一计算模块、第二计算模块以及执行模块。其中,监视采集模块用于监视低压配电线路,并实时采集低压配电线路的三相电压和三相电流,并获取实际供电负荷,将结果发送给第一计算模块;第一计算模块用于根据低压配电线路的实际供电负荷和三相电流,分别计算配变负荷率β和中性点电流I0,将计算值发送给第二计算模块;第二计算模块用于在配变负荷率β和中性点电流I0满足第一判定条件时,计算低压配电线路的配电变压器的三相不平衡度。执行模块用于根据三相不平衡度的大小,对低压配电线路的三相负荷,选择相应的风险预警级别进行处理。装置能够动态、高效地进行三相不平衡调节,提高低压配网生产管理效率,保证低压配电网的安全稳定运行。 [0084] 在实际应用时,本发明实施例的第二计算模块,还可设置用于在配变负荷率β和中性点电流I0满足第二判定条件时,向监视采集模块发送执行信号。该系统对外均通过光纤来连接,具有较强的绝缘和抗干扰能力。 [0085] 本发明实施例中,执行模块包括第一执行模块、第二执行模块和第三执行模块,其中,第一执行模块用于在三相不平衡度ε满足ε<15%时,进入一级风险预警,加强监视,并监视采集模块发送执行信号;第二执行模块用于在三相不平衡度ε满足15%≤ε<50%时,进入二级风险预警,且当日累计时间t1达到2小时,及时进行负荷平衡;第三执行模块用于在三相不平衡度ε满足ε≥50%时,进入三级风险预警,投入低压无功补偿装置,当日累计时间t2达到2小时,限时进行负荷平衡。 [0086] 由于目前经济成本限制,不平衡方案主要集中于负荷调整和无功补偿两种,实际工程经验表明如果在三相不平衡度ε>15%之后仍不采取措施,居民的用电质量将会受到影响,部分电器将无法正常使用;而在ε>50%之后,采用负荷调整三相平衡度的方案也无法满足配网要求;因此,当ε<15%时,不采取实际措施;在15%≤ε<50%时,采用投切负荷调整三相平衡度;在ε≥50%时,投入无功补偿装置调整三相不平衡度。上述阈值的选取能够满足配网的要求,且能将各种方案应用到极致,属于利用工程经验获取的最优值。 [0087] 为了进一步验证本发明的方法及装置对低压三相不平衡的综合治理效果,在国网湖南省电力公司对其进行现场应用测试,以湘潭枣村供电所下辖飞莲村太平桥台区(容量80kVΑ)治理前后的数据进行对比。 [0088] 台区未采用本发明的方法及装置,2月10日台区三相电流基本情况见表1,具体的三相电流曲线如图4所示。可以看出,三相电流不平衡率达到78.93%,电力系统的供电可靠性过低,同时严重影响了电力用户的用电质量。 [0089] 表1 2月10日台区三相电流基本情况表 [0090] [0091] 台区于4月21日安装保护装置,经过一段时间的综合治理,11月15日台区三相电流基本情况见表2,不同时刻的三相电流曲线如图5所示。此时,三相电流的不平衡率降低为15.32%,较未安装智能配电终端的系统而言,三相电流的不平衡率降低了80.59%,全天负荷电流的不平衡问题得到了有效缓解。 [0092] 表2 智能配变终端试点台区基本情况表 [0093] [0094] 综上可知,本发明通过实时计算获得配变三相不平衡度,对低压三相负荷实行动态管理和自动无功补偿,降低三相电流的不平衡度,能减缓配电变压器的老化情况,延长配电变压器的使用寿命,保障了低压用户的供电可靠性和电能质量,为低压配网改造、系统增容、配变布点选择等规划工作的科学依据,通过调整负荷,合理的增容布点,从而达到根治低压三相不平衡的目的。 [0095] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。 |