魏梅芳

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司技術(shù)技能培訓(xùn)中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410131）

引言

在我國的低壓配電網(wǎng)中，三相不平衡的問題長(zhǎng)期存在。電負(fù)荷不能均勻分配到各相上是三相不平衡問題產(chǎn)生的主要原因。以國網(wǎng)湖南某縣供電公司為例，2017年5月，配變?nèi)嗖黄胶忸A(yù)警臺(tái)區(qū)達(dá)1 100個(gè)，對(duì)比分析同時(shí)段臺(tái)區(qū)線損不合格率，三相不平衡度高的臺(tái)區(qū)線損普遍高。

1 用戶相別識(shí)別存在的問題分析

目前主要采用負(fù)荷相序平衡和負(fù)荷補(bǔ)償法解決三相負(fù)載不平衡問題。無論采用哪種方案，其前提均是現(xiàn)場(chǎng)施工人員能準(zhǔn)確判斷出各相負(fù)荷分配情況，同時(shí)辨認(rèn)出每根低壓架空導(dǎo)線所屬相位。但目前低壓線路存在以下問題。

低壓線路交叉分布：低壓電網(wǎng)線路分布廣泛，并且存在相互交叉的問題，特別是在兩個(gè)或三個(gè)村莊相鄰的地段；

線路缺乏相位標(biāo)識(shí)：低壓線路一般不使用電桿導(dǎo)線相位色標(biāo)；

導(dǎo)線無相色標(biāo)識(shí)：目前湖南省農(nóng)村地區(qū)低壓導(dǎo)線一般采用裸鋁絞線或黑色絕緣導(dǎo)線，無法目視導(dǎo)線顏色判斷相位；

線路定位不規(guī)范：由于施工單位眾多，部分施工單位未能嚴(yán)格按照線路相位定位的標(biāo)準(zhǔn)；

導(dǎo)線走向混亂：例如穿樓過戶時(shí)，居民會(huì)將導(dǎo)線通過一個(gè)管道，由于目前農(nóng)村低壓導(dǎo)線一般采用黑色絕緣導(dǎo)線，在出管后，原有的導(dǎo)線排列順序已被打亂。

基于以上原因，雖然相關(guān)部門和人員均知道三相不平衡所屬臺(tái)區(qū)，但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員根本無法識(shí)別重負(fù)荷相和低負(fù)荷相，很難在現(xiàn)場(chǎng)確定新增負(fù)荷應(yīng)具體接入哪一相導(dǎo)線，導(dǎo)致無法通過調(diào)相或新負(fù)荷接入來解決三相不平衡的問題，甚至可能因無法判斷正確的相位而陷入反復(fù)調(diào)相、不斷調(diào)相的惡性循環(huán)，即配網(wǎng)三相不平衡治理方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中因相位識(shí)別問題而無法實(shí)現(xiàn)。

2 三相不平衡監(jiān)測(cè)方案

采用雙CPU+GPS+GPRS的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)三相不平衡時(shí)用戶端用到主機(jī)相序的判別。

如圖1所示，兩個(gè)同步裝置都從計(jì)量箱內(nèi)獲取電網(wǎng)信號(hào)，進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路。與此同時(shí)，兩個(gè)裝置通過GPRS進(jìn)行同步通訊，設(shè)定統(tǒng)一時(shí)間進(jìn)行信號(hào)采集。兩個(gè)同步裝置的DSP處理器在GPS同步秒脈沖下啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器采樣并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理顯示。同時(shí)臺(tái)區(qū)同步檢測(cè)裝置1將帶有時(shí)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸給遠(yuǎn)端同步檢測(cè)裝置2，遠(yuǎn)端同步檢測(cè)裝置2將處理后的相位信號(hào)與臺(tái)區(qū)同步檢測(cè)裝置1的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比匹配，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端用戶相位的識(shí)別。

圖1 同步檢測(cè)裝置的總體設(shè)計(jì)方案

采集模塊包括信號(hào)調(diào)理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。信號(hào)調(diào)理模塊包括強(qiáng)電壓信號(hào)采集電路、濾波電路、限幅電路三部分。強(qiáng)電信號(hào)采集電路將電網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)互感器二次側(cè)的強(qiáng)電量轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，方便后續(xù)電路的采集；濾波電路濾除電路中的高頻分量，避免了后續(xù)信號(hào)采集中的混疊現(xiàn)象的出現(xiàn)；限幅電路限制信號(hào)的幅值，防止意外情況下燒毀模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，保護(hù)后續(xù)電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是連接模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的紐帶，它經(jīng)過采集、保持、量化和編碼等過程將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以供數(shù)字信號(hào)處理單元應(yīng)用。

通訊模塊。包括GPS接收模塊、GPS與DSP通訊模塊以及GPRS通訊模塊。GPS信號(hào)接收模塊接收GPS系統(tǒng)的時(shí)間信息，并為同步時(shí)鐘模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊提供同步秒脈沖和標(biāo)準(zhǔn)的世界協(xié)調(diào)時(shí)間。DSP與GPS的通信主要是在DSP端通過串口對(duì)GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。在系統(tǒng)初始化時(shí)，DSP通過串口對(duì)GPS接收機(jī)發(fā)送初始化命令控制GPS發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)容，在裝置的運(yùn)行中GPS接收機(jī)通過串口向DSP發(fā)送指定的語句，提供裝置需要的標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)間等信息。同步時(shí)鐘由DSP實(shí)現(xiàn)，它的功能是輸出采樣信號(hào)，根據(jù)同步秒脈沖產(chǎn)生滿足采樣頻率要求的同步采樣信號(hào)，并具有一定的守時(shí)功能，在GPS信號(hào)缺失時(shí)，保持測(cè)量單元的同步性。同步檢測(cè)裝置之間采用無線通訊GPRS模型實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。兩個(gè)同步裝置采樣之前要進(jìn)行通訊，以確定統(tǒng)一的采樣時(shí)間。采樣啟動(dòng)后，臺(tái)區(qū)采樣的帶有時(shí)標(biāo)的信息可看作標(biāo)準(zhǔn)信息通過GPRS傳遞給用戶端同步檢測(cè)裝置供其判斷相位之用。圖2是通信系統(tǒng)的通訊過程。

圖2 通信系統(tǒng)通信過程

中斷程序主要是在同步時(shí)鐘的作用下完成電網(wǎng)信號(hào)的采樣，如圖3所示。

通過PT和CT測(cè)量母線電壓和進(jìn)線電流信號(hào)，利用傅里葉變換得到母線基波相電壓相量（Ua、Ub和Uc）和進(jìn)線基波線電流相量（Ia、Ib和 Ic），對(duì)母線基波相電壓相量運(yùn)用對(duì)稱分量法得到母線基波相電壓正序分量；對(duì)進(jìn)線基波線電流相量運(yùn)用對(duì)稱分量法得到進(jìn)線基波線電流正序和負(fù)序分量；以線電流相量有效值最小相作為參考向量，將零序表達(dá)式中基波線電流負(fù)序分量做正序化旋轉(zhuǎn)，得到正序化的負(fù)序電流矢量。即通過對(duì)稱分量法得到的等效負(fù)載線電流的正序基波線電流分量、正序化的負(fù)序基波線電流分量和相間電流分量。分別計(jì)算不平衡負(fù)荷等效基波正序阻抗、正序化的負(fù)序阻抗和相間阻抗，在此基礎(chǔ)上最終計(jì)算得到不平衡負(fù)荷等效線阻抗。

圖3 采樣中斷程序

3 結(jié)論

三相負(fù)荷不平衡時(shí)，各相的負(fù)荷電流不相等，這就導(dǎo)致相間產(chǎn)生不平衡電流。這些不平衡電流除了在相線上引起損耗之外，還將在中性線上引起損耗，這就造成了線路總損耗的增加。根據(jù)相關(guān)資料顯示，與平衡時(shí)相比，三相不平衡時(shí)的損耗可達(dá)其1.25倍，最高甚至可達(dá)6倍。因此，需要準(zhǔn)確獲取三相不平衡與線損信息，以此為依據(jù)指導(dǎo)臺(tái)區(qū)負(fù)荷的調(diào)整，達(dá)到降損與精益化管理的目的。