ST-SPT是确保用电安全与三相负荷平衡最便捷的利器

三相不平衡率是电能质量的一个重要指标，不平衡率愈小，则电能质量愈好。影响电力系统的因素有很多，三相不平衡的情况普遍存在，因为电气负荷的特点是：千家万户、千变万化、千姿百态。因此，三相电气负荷种类、配电线路参数，特别是三相电气负荷的不对称均导致三相不平衡。三相电压和电流出现不平衡的现象是常态，如果三相不平衡率超过配电网品质规定的范围，配电网的安全运行就受到影响，零线电流超标，会直接引发用电安全事故，同时，电动机负荷在三相不对称运行状态下，会危害电动机的正常运行，引起耗损大、振动大、发热、动力下降等问题。

三川智控™三十年来一直从事《电力物联网、强电智能化》，特别是创新了交流过零点继电保护“电力型控制器“，将配电系统从灭电弧时代，引领进入无电弧时代，电力控制器的寿命也达到了百万次开关等级，根本上提高了控制系统、配电系统的可靠性和安全性。

用嵌入交流过零点技术的“继电保护控制器“，实现基于接触器的智慧换相“三相AIoT不平衡治理装置“（以下简称：AI换相器）及系统。整个系统由“指令主控器”和用电需求侧“AI换相器”群，组网运行或必要时组成AIoT，呼应”SuntransPlat电能安全与质量监控云平台，三个部分组成，如以下示意图。

“指令主控器“负责采集电力变压器台区对应输出回路JP配电箱处的实时电气运行数据，动态分析配电回路，即指令控制器所安装地点的三相电压、三相电流、零线电流，计算出不平衡电流、电压差别的同时，同步分析由电气负荷下级分布安装的大量“AI换相器”群端分别发送过来的下一级配电回路三相负荷电压、电流，根据三相电压、电流的拓扑分布；发送不对称治理分析决策指令到分布式安装的“AI换相器”；“AI换相器”接收到由“指令主控器”的换相指令时，精准执行换相。“指令主控器”与“AI换相器”之间通过高性能无线通信在3.5km范围内可靠Mesh交互，将配电系统的相关参数发送到指令主控制器，同时，指令主控制器将全部实时数据发送到电力安全和电能质量管控“云平台SuntransPlat”。

系统根据电力台区变压器容量及区域动态不平衡度，智慧实现相关配电回路的三相动态平衡，监测中性线路即“零线”电流，每一个台区可以配置多台指令主控器及对应的二级配电回路的若干台“AI换相器”构架出高性能AIoT三相不平衡治理装置。

交流过零点技术开发的高性能产品，实现了“AI换相器“换相间隔不超过18 毫秒，满足IDC国际标准的换相间隔不大于20毫秒的要求，“AI换相器”的换相全过程，具备100%电气安全隔离换相，是一种达到国际IDC要求的UPS级别的无感换相特性的智能装置。

“AI换相器”精准在交流过零点换相，对负载和对电网均无电压冲击。“AI换相器“产品通过电力CQC14048 强制认证，而且，换相操作无电压突变、无涌流，是智能型、电力型、交流过零点零过度型高科技、高可靠性产品。 配电系统安装了“AI换相器”群，在确保配网各支路逐段平衡的同时。通过电能安全、质量监控系统，通过压降综合算法，具备AI优化调整距离线路不平衡度最近的“AI换相器”， 确保线路平衡度最优，有效的降低中性线电流，提高末端供电电压，保障供电品质。 

过零点无感换相技术，间隔精准及时，不会造成即使是最敏感的数字设备的供电中断和电压暂降，对感性、 容性、阻性负载均可稳定可靠换相。

“AI换相器“是完全数字化、智能化、无电弧切换设计产品，其换相参数既可以出厂设置、也可以通过SuntransPlat云端（经过严格的操作员身份确认），授权工程师重新配置，还可通过AI机器学习，实施AI优化设置。授权的专业人员可按需求通过APP配置相关参数，包括但不限于如：负载率、不平衡度、中性线电流等，只有设定的条件具备时，“AI换相器”才智能进行换相调节，保障三相电力的对称度。

“AI换相器“，同时也是高性能继电保护装置，一切电气安全参数均可配置，包含负荷保护、温度保护、三相对称度保护等，所管控的负荷电流超过预警值会通过小程序或微信发出预警，超过保护过载定值时，会AI切断负载，进入AI换相器的闭锁保护状态，防止负载侧短路或超负荷损坏用户设备和AI换相器，过载保护参数可由授权的App设定调整。

“指令主控器”具备多种通信方式，便于架构管控系统。“指令主控器”与“AI换相”之间采用Mesh无线组网，每一台“指令主控制器”嵌入了复合CAT1、Mesh、RS485通讯接口；每一台“AI换相器”均嵌入 Mesh、485等复合通信接口，“指令主控器”具备与其他数字化电气设备或用电管控系统共享数据的功能。

变压器台区可规划分层管控，具备大规模测控部署能力。台区管控可按归属地、台区号、AI换相器，自上而下的体系管控，在大规模部署时，配电网的拓扑即可清晰明了。产品全生命周期管控，健康状态实时诊断，系统安全可靠运行机制健全。

每台“”AI换相器“保证换相次数不小于 50 万次，当换相次数接近50 万次时，换相开关将进入预警状态，App发出相关编号的产品进入运维期，告知用户需要备品更换，用户将拆下来的”AI换相器“发回本公司，经维护后，该换相器的核心电力部件更新，即可再次承担换相使命。

三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过电气安全规定的范围。发生三相不平衡，与用户电力负荷特性有关，与配电系统的配电规划、负荷分配有关。

三相平衡主要指其三相电压相量大小相等，如果按照A、B、C的顺序排列，他们两两之间构成的角度都为2n/3。

三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为 50 赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的 PCC 点连接点的电压不平衡。该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为 2%，短时间不得超过 4%。如下图所示：

理想的三相波形图与不平衡时的三相波形图

三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式：

² 不平衡度%=（最大电流-最小电流）/最大电流×100%

² 不平衡度%=（MAX相电流-三相平均电流）/三相平均电流×100%

例如：三相电流分别为IA=9A， IB=8ª， IC=4A，则三相平均电流为7A，相电流-三相平均电流，分别为2A 1A 3A，取差值最大那个，故MAX（相电流-三相平均电流）=3A，所以三相电流不平衡度=3/7。

引起三相电压不平衡的原因有如：三相负荷分布不均、单相接地、断线谐振等。

由于诸多原因，电气设计或特别是安装人员忽视三相负荷平衡，在电气负荷接入配电箱的时候，没有有效控制三相负荷平衡，是造成了三相负荷的不平衡的起始原因。其次，大多数配电系统将单相和三相混合，在单相分配中，没有重点关注三相对称，不仅导致不对称，也会导致安全隐患和降低用电效率，加剧配电变压器三相负荷的不平衡状况。

如果一相断线但未接地，或断路器、隔离开关一相未接通，电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但二者电压值接近。本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。

 当线路一相断线并单相接地时，虽引起三相电压不平衡，但接地后电压值不改变。单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地，故障相电压为零或接近零，非故障相电压升高1.732倍，且持久不变；非金属性接地，接地相电压不为零而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。

 随着工业各类负载的不断投入，非线性种类的电力负荷大量增加，某些负荷（如：各种变频器）不仅产生大量的谐波，还引起供电电压谐振、波动与闪变，也会引起三相电压不平衡。

其中：由（变频器等非线性负荷）谐振引起三相电压不平衡有两种：

基频谐振

基频谐振，特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高，查找故障原因时不易找到故障点，此时可检查特殊用户，若不是接地原因，可能就是谐振引起的。

造成用电负荷不稳定的重要原因还包括出现的拆迁，移表或者用电用户的增加；临时用电和季节性用电的不稳定性，家居、公寓生活习惯不同等。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也跟随实际情况而变化。

配电网的管理上，应高度重视三相负荷对称问题的治理。在配电网的监测控制力度，对配电变压器的三相负荷对称度进行动态的检测和调整。

在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。

配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。

配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。

配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。

同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。 

配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。

解决三相电力不平衡最简单的方法就是安装“换相“指令主控器”和配套的“AI换相器“群，动态调整负荷，将负荷从不平衡的相转移到趋于平衡的相，减少它们之间的负荷差异，通过建设三相不对称电力监控及负荷AIoT三相不平衡治理系统，通过AI动态分析用电负荷及三相不对称的程度，对装设的“三相不平衡AIoT治理装置”实施换相调节，达到三相动态平衡，满足电力安全运行指标。

采用三川智控™荣誉创新制造的ST-SPT系列三相不平衡治理装置与系统，是确保用电安全与三相负荷平衡最安全、最可靠、最长寿、最便捷的利器！