配电变压器三相不平衡技术分析及解决措施

[摘 要]配电变压器长期处于三相不平衡的运行状态，会导致变压器损耗、电动机有功输出降低，加大了配电线路损耗、降低了变压器的输出、损坏客户用电设备等现象出现。作者对配电变压器的三相不平衡问题进行分析，对三相负荷管理提出解决措施，以确保供电的稳定性与连续性。

[关键词]配电变压器 三相不平衡技术 解决措施

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0011-01

1 前言

在变压器运行的相关规定中，变压器运行时中线电流不能高于变压器相与线电流的25%，这与变压器自身结构有关。通常要求变压器的低压电流不平衡度不能超过10%，主变支线与低压干线的始端电流的不平衡度不能超过20%。在我国的低压配电网中，配电变压器的接线为Y/YNO。大量运用三相四线的接线方式，单相负载现象严重，导致配电变压器存在三相不平衡的运行现状。因此，对变压器三相负荷不平衡成因进行分析，同时提出改进策略，为了确保供电的稳定性具有重要作用。

2 导致配电变压器三相不平衡技术分析

2.1 三相不平衡增大了对变压器的损耗

造成配电变压器功率损耗主要有两种：一种为铁损，也就是空载损耗；另一种是铜损，也就是负载损耗；通常来说，铁损具有一定的稳定性。但是，由于变压器的负载变化，铜损就会随之变化，在不计其它因素的前提下，铜损与变压器的负载电流成平方的正比例关系。

2.2 由于三相不平衡加大了用电设备的损耗

在低压配电系统中，配电方式通常采用三相三线制或三相四线制，而我国采用最多的是三相四线制的接线方式，如三相负载运行不对称时，引起变压器的三相电流不对称，在中性线中就会有零序电流产生，零序电流能感应出电动势，导致二次侧电压的不对称，也就是中性点位移，如图（一）所示，图中的UA、UB、Uc分别是三相对称电压，UN为中心点，在三相电流对称运行的情况下，中心的电压UN=0；如果三相电流不对称运行，则 。由此可以分析出二次侧相电压的不对称现象。单相负载的相电压对称度会跟着中性点偏移的程度而改变，使某一相电压过高或过低的现象，情况严重就会接近线电压，使部分负载的工作状态超过了额定电压，降低了用电器的耐用度，严重时会出现烧毁现象。

2.3 由于三相电流不平衡，加大线路损耗

在线路中所产生的损耗和流经线路的电流平方存在正比例的关系。在常用的三相四线制的供电电路中，在三相电压对称的条件下，三相电流在平衡时线路功率的损耗值最小。如电流在失衡状态下运行，由失衡在电流所产生的损耗会降低有用功率。

2.4 由于三相电流不平衡，感应电动机的输出减小

在通常情况下，由于配电变压器三相负载的不平衡，使变压器三相电压也不平衡，失衡的电压可以等效分解为正序、零序和负序三个电压分量。当电压分量接入电机之后，正、负分量同时作用，由于正负电势分量所产生的磁场大小不同，但感应电动机的旋转方向却与正序电势分量的方向一致，但负序电势分量对旋转磁场有制动作用，导致电机输出功率降低，进而使有功出力减小。

2.5 由于三相电流不平衡，变压器的输出减小

从变压器的结构原理可以看出，变压器输出的大小由每一相的容量所决定的。额定容量与每一相的绕组性能有关，而绕组结构又是根据变压器的三相负载平衡运行状况进行设计，如变压器的运行情况使三相负载失衡，配变的出力情况就会因失衡而降低，导致定额定容量无法输出，备用容量就会减少，进而无法保障过载能力，就会出现配变单相过载现象，这一现象的出现就会使变压器自身发热量加大，容易烧坏配电变压器。

3 三相不平衡的解决策略

针对配电变压器的三相不平衡的运行情况，为提高供电的稳定性与可靠性，延长变压器的使用寿命与输出能力，降低设备损耗与故障，降低线损提高电压的合格率，加强配电变压器的三相不平衡管理，改变不平衡现状，配电管理的主要内容有：

3.1 加强管理，提高配电变压器的输出能力

首先，在规划设计的过程中，加强配电变压器的台区负荷相序管理，在设计的过程中要对用户申报资料进行严格审查，特别是负荷的大小、性质以及增长趋势，做好统计分析工作，根据资料与数据来确定配电变压器的布局与出线方式；其次，在施工的过程中要把A、B、C三相的相序标识清楚，按照规定顺序进行有序排列，按照负荷相序的分配表严格执行，禁止私自接入相别；再次，在验收的过程中，要根据三相负荷的相序分配表进行验收，同时要做好备案保存工作。最后，在设备维护的过程中，针对三相不平衡运行出现的超标现象，定期进行换相工作。

3.2 改进技术质量，提高配电变压器的出力能力

现阶段针对三相不平衡所采取的技术措施主要有：人工调整换相、三相不平衡自动换相器以及三相不平衡补偿器三种方法。首先，三相不平衡自动换相器：由自动节换单元与主控制器两部分组成，主控制器主要对三相电流、零线电流进行采集，同时计算出变压器的不平衡度，以变压器出口的零线电流、三相电流、接入相序以及负载情况，根据变压器的平衡控制措施，获得最佳相别切换方案。采取自动切换单元对用户的相别进行切换，减小三相电流的不平衡情况，进而确保电网运行的稳定性；其次，三相不平衡补偿器主要是根据曲折接线变压器具有零序阻抗低、正序阻抗高等特点，零序电流可以直接通过曲折变压器而不经过中性线，同时能补偿中线电流。最后，是负荷分配与人工换相调整是根据微分的进化优化进行计算，选择配电变压器所管辖的若干用户，对不同时刻变压器的三相不平衡及单相用户的负荷数据进行测量，对测量数据优化计算，进而制定调整方案。

3.3 无功补偿在解决配电变压器三相不平衡

就是在相和相之间连接上电感或电容，就能够在相间将有功电流转移出去。所以产生了三相电流不平衡时，就必须要将不同容量电容器连接到相和相之间，或者是相和零线之间，不仅能够把各相功率因素补偿到近似1，还能够让各相有功电流达到了平衡状态。即电流通过电感元件时作功导致电压超前电流90度，电流在电容中作功时，电压之后电流90度，在同一个电路中，电感中的电流和电容电流的方向相反，即互差值为180度。在电路里有比例的安装电容元件，就会让二者电流互相抵消，而缩小了电流矢量和电压矢量间的夹角。这种补偿方法被各个供电部门和企业大量使用。

4 结束语

总而言之，必须要高度重视配电变压器中的三相不平衡问题，因为该问题会影响到配电网正常供电。因此就要分析造成三相不平衡的因素，有针对性提出解决措施。只有这样才能够真正解决三相不平衡问题，才能够确保供电系统正常工作。

参考文献

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