電網(wǎng)系統(tǒng)低壓三相不平衡負載問題與對策探析

宋仁平 吳玉新 王明儉 張建華

（1.國網(wǎng)甘肅省電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730030；2.國網(wǎng)甘南供電公司，甘肅 甘南 747000；3.國網(wǎng)甘肅節(jié)能服務(wù)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

我國低壓電網(wǎng)系統(tǒng)多采用三相四線制連接方式，當單相負載不均衡等問題出現(xiàn)時，配電變壓器就會處于三相不平衡運行狀態(tài)，造成配變損耗與線路損耗等負載問題，同時影響電能質(zhì)量。造成三相不平衡的原因多樣，例如一相斷路、單相接、單相用戶用電不均衡等問題都會導(dǎo)致三相不平衡，因此三相不平衡運行狀態(tài)隨時都可能發(fā)生，必須完善相應(yīng)對策。

一、中性線斷裂影響電能質(zhì)量

當三相負載在不對稱狀態(tài)下依舊工作運行時，配電變壓器的三相電流會出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，此時中性線就會產(chǎn)生零序電流。而零序電流感受到電動勢的變化之后會造成二次側(cè)電壓不對稱，中性點會有移位現(xiàn)象發(fā)生。因此，在實際情況中，中性線電流的正常運行常常會因為三相負荷不平衡而受到影響，出現(xiàn)電流過大現(xiàn)象，造成中性線斷線事故。例如，當中性線斷裂時，A相正與B相連接，燈甲與燈乙會出現(xiàn)串聯(lián)現(xiàn)象，380V的電流力量就直接加在燈甲與燈乙上。而類似這種電阻大的小功率電器在大量電流通過時，承受的電壓過大，導(dǎo)致電器被燒毀。

某供電公司在統(tǒng)計由于中性線故障而導(dǎo)致家用電器被燒壞的事故數(shù)量時發(fā)現(xiàn)，2009年出現(xiàn)事故16起，2010年出現(xiàn)事故28起，2011年出現(xiàn)事故33起，逐年上升的事故數(shù)量讓電力企業(yè)不得不對此更加重視。而根據(jù)居民家用電器損壞相關(guān)辦法規(guī)定，供電公司要對出現(xiàn)這一問題的居民進行經(jīng)濟賠償。這不僅影響了居民的正常生活，也導(dǎo)致供電公司出現(xiàn)較大經(jīng)濟損失。

二、線路損耗影響

（一）變電器損耗

配電變壓器的接線方式一般采用三鐵心結(jié)構(gòu)，當三相不對稱運行時，變壓器一次側(cè)無零序電流，二次側(cè)則因零序電流形成勵磁電流，并且隨之產(chǎn)生零序磁通，造成電流無法在鐵心閉合，只能利用鐵箱壁閉合，進而損壞鐵箱等附件，極大的增加了配電變壓器的損耗。其總損耗（單位KW ）可計算為：。其中，三相負荷電流分別為IA，IB，IC，二次測電阻為 R1。

三相平衡狀態(tài)下每相組的電流應(yīng)該為（IA+IB+IC）/3此時三相繞組的總損耗為 Pf2=[（IA+IB+IC）/3]2×R1×10-3。 而三相不平衡狀態(tài)所產(chǎn)生的附加損耗是 △Pf=Pf1-Pf2。 若某供電臺區(qū)的配電變壓器型號為SJ-315KVA，則該變壓器的繞組電阻為R1=0.00849Ω，零序電阻為R0=0.122Ω，零序電抗為X0=0.174Ω。實測某一時刻的電流 IA=181A，IB=235A，IC=269A，I0=81A，則可以根據(jù)以上公式得到鐵損P0=0.8kW，附加銅損為△Pf=0.033kW，總損耗功率△P=P0+△Pf=0.833kW，一年中損耗總電量為W=△P°T=7279kW°h 。從此案例中可知，配電變壓器造成極大損耗的原因往往是因為三相不平衡，因此若將變壓器損耗降低，則能保證變壓器的正常壽命。

（二）輸電線路損耗

在三相不平衡運行時，輸電線路損耗極大（如表1所示）。

表1 電流模值、相角及網(wǎng)損關(guān)系

由表1可知，要想避免損耗，就必須要保持三相負載對稱；而當其相等且相角不對稱時，此時則能達最低線損；反之，當三相電流模值不等且相角對稱時，損耗就會增加。損耗明顯與相角以及電流模值存在聯(lián)系，要想控制線損，就應(yīng)該控制三者之間的平衡關(guān)系。

三、解決三相不平衡負載問題的相關(guān)對策

在低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的運行中，無法完全避免三相不平衡狀態(tài)的發(fā)生，但是可以利用各種方面的不同措施將三相不平衡的可能性降低。解決這種問題的方式較多，主要可以從以下兩個方面采取措施。

（一）管理上的相關(guān)對策

1 加強配變電壓器的日常維護。為了保證配電變壓器時刻都能正常運行，需要定期檢查沒有裝置配變檢測儀的地方，現(xiàn)場測量電壓器的三相負荷電流是否出現(xiàn)問題。若問題較為嚴重，則要及時將線路所帶負荷進行調(diào)整，保持其分配比例的正常，讓三相負荷回到平衡狀態(tài)。此外，要定期實時跟蹤已經(jīng)裝置配變電壓器檢測儀的地方，查看檢測儀是否在正常進行工作，并且記錄三相電流不平衡情況，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進行分析，有效調(diào)整線路所帶負荷分配比例。

2 應(yīng)該合理選擇中性線截面。能夠供以選擇的中性線截面并不多，所以在選擇時中性線截面要盡量與相線截面相等，可以有效減低中性線截面被燒毀的可能性，從而降低電能損耗。同時，要保證中性線在工作中能夠穩(wěn)定輸送電流，不得在中性線上安裝熔斷器和開關(guān)、刀閘之類的設(shè)備，以免造成更大電力事故的發(fā)生。

（二）技術(shù)上的相關(guān)對策

由于三相不平衡現(xiàn)象時有發(fā)生，許多廠家都已經(jīng)注意到這一現(xiàn)象，并且研發(fā)出許多調(diào)補裝置。在滿足一定條件后，供電企業(yè)可以進行調(diào)補裝置的安裝工作，雖然調(diào)補裝置種類繁多，但其工作原理是相同的。一般來說，調(diào)補裝置內(nèi)部都有十二臺電力電容器，單相400V，在控制三相不平衡時，每一臺電容器都能與相線或零線相接，實現(xiàn)三相平衡的目的。每種電容都有5種接法，如電容全投、電容全不投、A相與B相間投、B相與C相間投、A相與C相間投。每個配變電壓器的容量都不相同，可以根據(jù)實際情況決定調(diào)補裝置內(nèi)的電容器組數(shù)量，利用負荷系統(tǒng)產(chǎn)生的電感，讓最終投入的補償量達到系統(tǒng)需要的無功補償量，實現(xiàn)調(diào)整三相不平衡的目的。

結(jié)語

本文將三相不平衡造成的影響進行逐一分析，然后從管理與技術(shù)方面提出了盡量完善三相平衡的優(yōu)化對策。望相關(guān)部門能夠重視電網(wǎng)系統(tǒng)低壓三相不平衡負載問題，并及時進行解決，實現(xiàn)節(jié)能降損、提高供電質(zhì)量的目標。

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[2]林志雄,陳巖,蔡金錠,李天友.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運行的影響及治理措施[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2009,03:63-67.