油區配電網三相不平衡防范措施淺析

董玉斌 尚小偉

摘要：長慶油田所處環境復雜，其10kV配電網線路長、供電半徑大，工業用電負荷重，在生產運行過程中經常出現因“三相不平衡”而發生運行故障，直接影響到了油田的正常生產。水電廠是長慶油田唯一的供電單位，職責就是為油田生產提供優質可靠的電能服務，而配電網的平衡運行，正是保證電能質量的前提。依多年的行業工作經驗，現就配電網三相不平衡的預防措施談幾點拙見，以供參考。

引言

隨著長慶油田采油區域不斷擴大，10kV配電網也隨著油氣區域的擴張而不斷增加，特別是近年來采油科技和智能設備的投入，輔助性用電設備也在逐年加大，大型機組、設備投入驟增，10kV配電網在生產運行過程中經常出現因“三相不平衡”而發生運行故障、輕則停電停產，重則設備損壞，甚至導致了大面積停電等重大停電事故，造成了非常大的經濟損失。因此，避免配電網三相不平衡，盡量達到理想運行狀態，這是配電線路維護管理者的責任，值得分析探討。

1.三相不平衡對配電網的危害

1.1線路電能損耗增大

油區配電網都采用的是三相四線制，當電流通過線路導線時，因存在阻抗必會定產生電能消耗，由于負載的存在，將造成三相負載不平衡當然也在所難免。當三相負載不平衡運行時，中性線就會有電流通過，這樣不但相線增加損耗，而且中性線也會產生一定的電能損耗，從而增加了電網線路的損耗，日積月累，這樣的損耗會帶來非常大的經濟損失。

1.2對變壓器的影響

1.2.1變壓器電能損耗增加。配電變壓器是低壓電網的供電主設備，當其在三相負載不平衡工作狀態下運行時，將會造成配電變壓器損耗的增加。

1.2.2變壓器出力減少。配電變壓器在設計時，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。假如配變處于三相負荷不平衡工作狀態，負載輕的一相就有富余容量，從而使配電變壓器三相出力減少。三相負載不平衡越大，配電變壓器出力就越少。

1.2.3變壓器壽命縮短。配電變壓器在三相負載不平衡工作狀態下運行，將會產生零序電流，該電流將隨三相負載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，零序電流也就越大。運行中的配電變壓器若存在零序電流，則其鐵芯中將產生磁滯和渦流損耗，從而使配電變壓器的鋼構件局部溫度升高，油溫也會隨之升高，繞組絕緣因過熱而加快老化，導致變壓器的使用壽命降低，同時，也會增加電能損耗。

1.3影響用電設備安全運行

當配電變壓器三相負載不平衡，其各相輸出電流就不相等，其變壓器內部三相壓降就不相等，這必將導致變壓器輸出電壓也三相不平衡，超出允許范圍。同時，配電變壓器三相負載不平衡時運行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會有電流通過，從而導致變壓器中性點發生漂移，致使各相相電壓發生變化。負載重的一相電壓降低，而負載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下長時間運行，即很容易造成電壓高的一相接帶的用電設備燒壞，而電壓低的一相接帶的用電設備則可能無法使用。所以三相負載不平衡運行時，將嚴重危及用電設備的安全運行，使設備溫升過快，加速設備絕緣的老化，直到設備損壞。

1.4人員觸電

前面說過10KV配電變壓器的三相不平衡運行，很容易造成中性點發生飄移，就會導致中性線帶電運行，由于變壓器外殼與中性線、保護接地線共用一個接地網，這樣會造成變壓器接地線、接地網、工作零線、用電設備外殼帶電運行，在使用電器設備和觸碰到接地裝置時，很容易發生人身觸電傷害和牲畜觸電事故的發生。

1.5保護裝置誤動作

配電網的保護元件由三相平衡參數決定，三相不平衡運行過程中，會引起以分量為起動元件的多種保護裝置發生誤動作，可造成電網跳閘，故障誤判、停電等運行事故，嚴重影響和威脅配電網的安全運行。

2.配電網三相不平衡現象的主要原因

2.1斷線

在配電線路中，一相斷線但未造成接地，或斷路器、隔離開關一相未接通，電壓互感器保險絲熔斷等均會造成三相參數不對稱，還有電器設備各連接點接觸不良也會造成三相不平衡。

2.2單相接地

單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地，故障相電壓為零或接近于零，非故障相電壓升高 3倍，且持久不變;非金屬性接地，接地相電壓不為零而是降低為某一數值，其他兩相升高不到 3倍。接地故障引起的三相不平衡往往會伴隨著重大的停電事故，財產損失，甚至是人員傷亡。

2.3諧振

隨著油田工業的飛速發展，非線性電力負荷大量增加，比如半導體整流器、逆變器，電力牽引機車、電弧爐，感應加熱器，還有各種半導體調壓、調相、調頻裝置的應用，一些負荷裝置不僅會產生諧波，還會引起供電電壓波動與閃變，甚至引起三相電壓不平衡。

2.4三相負載不平衡

油區電力設備接入配電網時，特別是一些大庫大站的電力設備的投用，有的只是盲目和隨意的進行接入和安裝工作，為了安裝時的便捷，造成了三相負荷分配不合理，造成負載不平衡問題。其次，油田區域，大多數電路都是電機動力和照明生活用電混在一起的，三相動力負荷和單相用電設備混合使用時，如若將所有的單相用電設備都接入到了同一相上，或是單相設備功率較大，導致三相負荷不平衡。

2.5線路超長

近年來油區配電網的建設，特別是10kV以配電網，總體上來說缺少總體的規劃，油井打到哪里，配電線路就架到哪里，隨著油井的不斷擴展，配電線路只能跟著延伸，導致超長線路，電能質量下降，線路故障率增大。

2.6負荷不穩定

造成用電負荷不穩定的原因有很多，當然也包括用戶側經常出現拆遷、移動用電設備，今天裝上，明天拆除，或者是用電設備今天增加一臺，過幾天再增加一臺，這些問題在油區是普遍存在的現象。還存在臨時性用電和季節性用電的不穩定性，比如夏季空調機的投入，冬季取暖設備、加熱裝置的投入，有的電器設備是單相的，有的電器設備是多相的，有的電器設備和電機不是連續工作的，而是間歇性的。這樣在總量上、時間上的不確定和不集中性，使得用電負荷也不得不跟隨實際用電情況而不斷變化，影響三相負載的平衡。

3.配電網三相不平衡防范措施

3.1整治三相負荷不合理分配

在對三相負荷的分配問題上，我們要在實際工作中將每臺配電變壓器的相關數據進行認真測量、采集和記錄，做好基礎資料的收集與保管，達到能夠在一定程度上預測和掌握用電負荷的運行狀態。結合線路檢修和變壓器檢修對變壓器容量達不到要求的進行增容調整，對三相負載分配合理調整，對增壓站、井區部、作業區等大庫大站用電，一定要將生活用電和動力用電的配變分開進行分布，這樣不但便于管理，而且更加經濟和安全可靠。

3.2裝設平衡裝置

對于用電設備多的井區，可以通過裝設平衡裝置，合理地分配三相負載，實現三相平衡的目標。在一些增壓站、井區部等大庫大站的地方，增設調整不平衡電流無功補償裝置，解決經常出現的電網中不平衡電流現象。適當的調整接線方式，也對合理分配各相負荷有一定的作用。

4.結束語

長期以來，長慶油田公司和水電廠在配電線路的管理上，投入了大量的財力、物力和人力，十分注重電力線路有形部分的建設，但低壓用戶側的智能電網建設、安全隱患治理等方面還是缺少研究和投入。面對配電網三相不平衡的實際問題，不但需要高素質的專業隊伍，還需要用戶方、施工方、設備維護人員協同合作，各盡其職，充分認識到配電網三相平衡運行的重要性。用戶配電線路發生的很多故障，大多都是因為三相不平衡引起的，所有的人員只有重視配電網三相平衡運行的經濟作用、安全作用，才能為用戶提供優質的電能，保證油田的正常生產和員工的日常生活。