论0.4kV用电设备三相平衡在配电系统的重要性

摘要：绝大多数高低压输电线路和电气、电器设备都是按三相对称状态下运行设计的。因此电力系统的正常工作状态，是指三相在对称负荷下运行，即所谓三相对称状态，也就是电工常说的三相平衡。文章分析了0.4kV用电设备三相平衡在配电网系统中的重要性；从四个方面阐述了低压电网三相平衡的必要性；从六个角度三相负载不平衡的危害进行了分析和探讨。

关键词：关键词：0.4 千伏配电网； 三相负荷平衡；重要性；影响Abstract:The vast majority of high voltage transmission lines and electrical, electrical equipment is designed according to the three-phase symmetry condition. So the power system normal working state, is refers to the three-phase operation under symmetrical loads, the so-called three-phase symmetrical state, it is often said that the three-phase equilibrium electrician. This paper analyzes the importance of 0.4kV electrical equipment of three-phase balance in the distribution network system; necessity of balanced three-phase low-voltage power grid are discussed from four aspects; from six angles of three-phase load imbalance harm were analysed and discussed.

Keywords: 400 kV distribution network; three-phase load balance; importance; influence

中图分类号：U665.12 文献标识码：A文章编号：

前言

近十年来，由于农网改造及加强供用电管理，使供电企业的经济和社会效益有了明显提高。但一些单位在加强管理、降损节能的同时，只看到了一些表面的现象，而对有关技术改进方面缺少足够的重视。低压电网的三相平衡一直就是困扰供电单位的主要问题之一，低压电网大多是经10／0.4 kV变压器降压后，以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。在装接单相用户时，供电部门应该将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上。但在实际工作及运行中，线路的标志、接电人员的疏忽再加上由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等，都造成了三相负载的不平衡。低压电网若在三相负荷不平衡度较人情况下运行，将会给低压电网与电气设备造成不良影响。

一、 0.4kV低压电网三相平衡的重要性

1.1 三相负荷平衡是安全供电的基础。

三相负荷，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。

1.2 三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。

三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低、电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三相电压不平衡，会引起电机过热现象。

1.3 三相负荷保持平衡是节约能耗、降损增效的基础。

三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而增大线路损耗。实践证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高 2％-10％，三相负荷不平衡度若超过 10％，则线损显著增加。GB/T 15543-2008《供电质量 三相电压不平衡》规定：配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于 10％，中性线电流不应超过低压侧额定电流的 25％，低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于 20％。实践证明，要真正使低压电网线损降低到 12％以下，上述指标只能紧缩，不能放大。

1.4 在农村采用“三级保护（总保、分保、家保）”的供电系统中，只有三相阻抗平衡，才能保证低压漏电总保护良好运行，防止人身触电伤亡事故。三相阻抗不平衡，三相不平衡漏电电流I∑Z就不会为零。当I∑Z的量值接近或大于漏电保护器的额定动作电流In时，将引起总保护频繁动作，甚至根本送不上电，严重影响漏电总保护的运行率。反之，当三相阻抗平衡时，I∑Z为零，则从根本上改善了漏电保护器运行的外部环境，解决了推广应用漏电保护器以来长期悬而未决的三大问题。

1.4.1 解决了不灵敏相问题。三相漏电相同，则无不灵敏相。

1.4.2解决了许多地方非阴雨天漏电保护器运行正常，但在阴雨天频繁动作甚至根本送不上电的问题。阴雨天线路的对地绝缘阻抗下降，正常漏电情况下每相的漏电流要增加几倍。但如果保证三相平衡，就可使I∑Z =0，使保护器正常运行。

1.4.3解决了地埋线漏电较大，使漏电保护器频繁动作甚至根本送不上电的间题。地埋线漏电虽然较大，但只要把地埋线路平衡地分配连接到三相上，仍可能使I∑Z =0。

通过上述分析可知，如果保证三相平衡，就可有效地解决漏电保护和正常供电的矛盾，实现漏电保护器的理想运行，即保护器在发生触、漏电事故才动作，无事故地可靠供电。

二、三相负载不平衡的主要影响

2.1增加线路的电能损耗。

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。

假设某三相四线制供电线路，总负载电流为3I ，相线及中性线电阻皆为R。当线路三相负载平衡运行时，线路功率损耗为: P=3I2R; 当三相负载不平衡运行时，设某相负载电流为2I ，其它两相负载电流为0.5I ，则中性线电流为:

IS=2I＋0.5I×(-1/3＋j√3/2)+0.5I×0.5I×(-1/3－j√3/2))=1.5I

三相负载不平衡时，线路功率损耗为:

PN= [(2I)2＋(0.5I)2＋(0.5I)2＋(1.5I)2]×R=6.75I2R

上述两种运行工况下的功率损耗进行比较，即可知道三相负载不平衡运行时，其功率损耗增加到平衡状况下的2.25 倍。所以，当电网处于三相负载不平衡运行时，其线路损耗增加较大，不利于电网的节能运行，应及时予以调整负载。

2.2增加配电变压器的电能损耗。

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。

当配变在三相负载平衡时运行，其功率损耗的计算式如下:

P=P0＋Pd (Ip/Ie)2

当配变在三相负载不平衡时运行，其功率损耗计算式如下：

PN =P0+Pd[(IA /Ie)2 ＋(Ia/Ie)2 ＋(Ic/Ie)2]/3

式中PN--三相负载平衡时配变的功率损耗；

PN-- 三相负载不平衡时配变的功率损耗；

P0--配变的空载损耗;Pd --配变的额定短路损耗；

Ip --三相负载平衡时配变的负载电流；

Ie --配变额定电流；

IAIB IC --三相负载不平衡时配变的各相负载电流。

假设配变在三相负载平衡或不平衡工况下运行，其输出容量相等，则有:IP(IA＋IB＋I C)/3

那么，配变在三相负载平衡或不平衡运行时，其功率损耗之差为:

P=Pbp －PDd=Pd[(IA －IB)2+(IB －Ic)2+(Ic－IA)2/3I.2> 0

由上式可知，配变在输出容量相等的工况下运行，当三相负载不平衡时运其功率损耗大于三相负载平衡时运行的功率损耗。

2.3 配变出力减少。

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。

配变负载不平衡度的表达式如下:= (Imax －I pj)Ipj×l00%

式中--三相负载的不平衡度；

Imax--最大负载相电流; Ipj--三相负载平均电流。

配变的出力减少与三相负载的不平衡度关系式如下:

=/(l + )x l00% ，式中。--配变出力降低率。

由上式可知，配变出力减少程度与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。

2.4配变产生零序电流。

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。

2.5影响用电设备的安全运行。

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。

2.6 电动机效率降低。

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人电动机后，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。

结束语：

综上所述，三相平衡在配电系统中是如此的重要，在实际工作中，以平衡度指标为限，加大负荷调查分析力度，经常性对配变负荷电流进行测试，及时发现不平衡超标情况，反馈负荷分析同时，不定期组织进行有针对性地调整。只有这样，才能从根本上控制不平衡现象发生，避免发生损坏用电设备等故障和事故