徐 科，屈靖洁，江 龙，方 川，汪 源

（国网浙江淳安县供电有限公司，浙江 淳安 311700）

电网构架的建设与发展需要考虑当地的地理条件和经济条件等因素，农村电网往往由于其用户分布分散区域性原因，电网构架薄弱单一，无法较好地满足电网的N-1 原则[1]。部分配网线路即使架设了邻近联络线路，也存在由于上级电源点不匹配的问题导致联络线路存在相位角差而无法合环热倒。存在相位角差的线路在短时倒负荷停电过程中，极有可能造成风景区电梯、索道短时停运，农居点农产品加工受影响等问题。如何消除线路之间相位角差，实现线路合环热导不间断供电是供电公司服务民生迫在眉睫的重要问题[2]。

1 相位角差

1.1 相位角差产生的原因

联络线路存在相位角差是由于线路上级电源点的主变联接组别不匹配所致。在农村区域早期电力规划过程中，制约于资金和技术的限制，供电可靠性未在初期设计的考虑方案之内。在电网设计规划阶段，变电站的变压器接线方式往往采用典型的Y/Y/△接线（三圈变）或是Y/△接线（两圈变）。并且在城乡交界处，城镇区域的用电需求相对较高，需要220kV/110kV 的变电站作为支撑，而乡镇的用电负荷较低，35kV/10kV 的变电站即可满足供电要求。因此，这种多电压等级、单一连接组别形式变压方式等多方面原因导致了城乡结合区域的低压配网线路存在相位角差。具体如图1 所示，10kV 线路A 经二次变压，与10kV 线路B 之间产生了30°的相位角差，从而无法开展合环热倒工作。

1.2 相位角差存在的电网安全隐患

两条线路不存在相位角差是线路合环的基本要求之一，若在存在相位角差的情况下直接合环，很可能产生很大的合环电流，引起继电保护装置误动作[3]。并且合环时产生的冲击电流也会影响用户的电能质量，波动的电压甚至会造成用电设备损坏。因此，当线路存在相位角差时，必须进行停电倒负荷。当倒负荷过程中出现设备异常，则会造成用户停电时间延长，无法保证供电可靠性。在实际倒闸操作时，常常会造成风景区电梯、索道短时停运，农户农产品加工受影响等一系列问题。因此，线路之间存在相位角差，不仅使得现场操作人员存在安全风险，也对电网的稳定性和可靠性存在潜在影响。

2 移相器消除相位角差

2.1 移相器原理

移相变压器是一种利用电磁感应原理改变电压相位及幅值的特殊变压器设备[4]。移相器一般有初级和单个或多个次级绕组，变压器初级绕组接交流电源，在绕组内流过交变电流产生磁势，于是在闭合铁芯中就有交变磁通。次级绕组切割磁力线，在次级就能感应出相同频率的交流电[5]。通过改变初级绕组的联结关系和单个或多个次级绕组的联结关系，可以改变次级绕组的电压幅值和相位。

2.2 三相三角形延边移相自耦变压器

三相三角形延边移相自耦变压器利用电磁感应原理，在三相铁芯柱上分别绕制三组绕组（绕组N1、绕组N2 和绕组N3），不同相上的线圈连接方式如图2 所示（A相的绕组N1 尾端和绕组N2 首端与B 相的绕组N3 首端和C 相绕组N3 尾端相连，其它绕组连接方式同理），产生的感应电动势矢量合成两个电压矢量三角形（ABC 和abc），这两个电压矢量三角形的幅值相同，相位上ABC超前abc 一个角度（∠Aoa）[6]。

如图2 所示，自耦变压器磁动势平衡方程为：

式中F代表三相线圈在负载情况下的磁势和主变在空载情况下的磁势、N表示各线圈匝数，I表示通过该线圈中的电流大小。变压器在空载情况下的电流相对于负载情况可以忽略不计，根据基尔霍夫电流定律可将磁动势平衡方程推广为：

根据图3 可得该移相器的电压关系方程为：

图1 相位角差原理图

图2 三相三角形延边移相自耦变压器接线图

图3 三角形延边移相自耦变压器电压矢量图

式中θ为绕组N1超前绕组N2的角度，即为最终移相器的补偿角度。由于绕组结构完全对称，输入输出电压幅值相等，N1=N2该移相器的变比为：

由此可以推出，移相器补偿的角度θ 取决于两个绕组的匝数：

因此，可以通过改变移相器主次绕组的匝数比，从而改变移相器所补偿的相位角差。在存在相位角差的线路间安装移相器后，当需要进行倒闸操作时，投入移相器，即可消除相位角差，直接进行合环热倒，减少了短时停电的电网风险和安全风险。

3 经济损耗与成本比较

相位角差引起的短时倒负荷停电问题在各地的配网线路之间普遍存在。考虑移相器造价以及安装成本，需进一步考虑存在角差的线路由于停电倒负荷所造成的年经济损失。以浙江杭州为例，杭州地区存在相位角差线路共有153 条，其中35kV 线路13 条，10kV 线路140 条。该部分线路在进行倒负荷操作时，会造成下送用户短时停电，引起电能损失，降低供电可靠性。以其中一条35kV 线路为例，计算自2015 年起至今由于倒负荷短时停电所引起的年度损耗量如图4 所示：

图4 某35kV 线路近五年冷倒合环损失统计表

由统计数据可得，在实际情况下，考虑操作时差和设备故障等额外因素，一条35kV 线路由于合环倒负荷的年平均操作次数为13.2 次，损失时户数为17.08 百时户，损耗电量约为81.67 万千瓦时，折算为直接电费经济损失约为43.29 万元。对比于移相变压器的造价成本，一条35kV 线路年度停电倒负荷所造成的直接经济损失基本持平，因此，从经济角度出发，运用移相器技术消除配网线路相位角差方案可行。

4 结论

本文对基于三相三角形延边自耦移相器的配网30°相位角差消除方法进行了可行性分析和经济损耗分析。结论表明，在配网线路加装移相器，可以运用移相器的功能完美消除相位角差，从而达到不停电合环的目的，大大提高了供电可靠性，减少了时户数的发生。在综合考虑经济成本的情况下，大部分35kV 线路和需要倒负荷、下送重要配网用户的10kV 线路可以考虑安装移相器，在确保不停电热倒的同时，能为社会公共安全保障和工农商业发展带来巨大的经济收益与社会效益。