浅淡低压线路三相负荷不平衡的危害及对策

[摘 要]本文分析低压线路三相负荷不平衡对低压电网、配电变压器造成危害，对供电企业安全供电降低线损、用户安全用电影响较大，并根据河源市区低压电网三相负荷不平衡的情况，提出了相应的对策。

[关键词]低压电网 三相负荷不平衡 危害 对策

前言

近几年来，河源市城区在中低压配电网改造和建设过程中，投入了大量资金进行电网改造，诸如配电变压器放置在负荷中心，增添配电变压器数量，缩短供电半径，加大导线直径，增加低压线路等措施，并取得了阶段性的成果。但在实际工作及运行中，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大情况下运行，将会给低压电网与电气设备造成不良影响,导致低压电网的可靠性和稳定性差，线损率较高。

1 存在问题

河源供电局源城区现有配变1848台，配变总容量91.04万kVA。其中公变939台，配变容量为41.37万kVA，专变909台，容量为49.67万kVA。2011年，据配电部对城区所有配电变压器的负荷进行了测量，结果表明，三相电流不平衡度不合格的占45％、不平衡度超过25％的变压器占30％，若夏季用电高峰期可达到65％。由此可见，城区的配电变压器，三相负荷分配很不均匀，造成变压器损耗增加，容量相应降低，导致变压器过负荷;促使变压器加快老化，据统计数字表明，低压配电系统的电能损耗约占整个供电网总损耗的50%以上。

2 危害

2.1 增加线路的电能损耗

当低压电网以三相四线制供电时，负荷平均分配到三相时，设每相的电流为I，中性线电流为零，其有功功率损耗：

P=Ia2Ra+Ib2Rb+Ic2RC+IO2RO……〔1〕

式中Ia Ib Ic是变压器输出三相线路各相电流，

IO中性线电流、RO中性线电阻，

Ra Rb RC是变压器输出三相线路各相电阻

当三相负载平衡时Ia =Ib= Ic=I，IO=0则

功率损耗为： P = 3I2R ……〔2〕

当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗，在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：

P = 2（3I)2R = 18I2R = 6（3I2R) ……〔3〕

即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍。

2.2 增加配电变压器的电能损耗

变压器在正常情况下运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。变压器的三相损耗分别为：Pa＝Ia2 R，Pb= Ib2 R ，Pc =Ic2 R……〔4〕

式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流，R为变压器的相电阻。

当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I时，

Pa＋Pb＋Pc=3I2R……〔5〕

当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。配变在任意负载运行时的功率损耗:

P= P0 +PK ×｛【﹝Ia/IN﹞2+﹝Ib /IN﹞2+﹝Ic /IN﹞2】/3｝……〔6〕

式中P0 PK是空载损耗〔铁损〕和负荷损耗〔铜损〕

Ia Ib Ic是变压器输出三相线路各相电流，

IN是配变额定电流

即造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)，绕组和变压器油过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。此外，会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。

2.3 配变出力减少

配变线圈结构是按对称运行情况设计的，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。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 三相输出电压不平衡

配变每相绕组设计的电阻、漏抗、激磁阻抗基本相同，当三相负载对称时，每相电流大小相同，在配变内部的压降也相同，所以其输出电压也相同。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。相对负载电流大的一相电压降大，负载电流小的一相电压降小，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。如果三相负载发生严重不平衡，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。特别在中性线出线接触不良的情况下，危害性更大。

2.5 降低电动机效率

当配变三相负载不平衡时，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入电动机后，负序电压就会产生与正序电压相反的旋转磁场，起制动作用，使电动机输出功率减小，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。

3 解决对策

3.1 积极开展变压器负荷实际测量和调整工作。配变的负荷实测工作看似简单，但是在实际工作中有几点需要注意，一是实测工作不能简单地测量配变低压侧Ａ、B、C三相引出线的相电流，而且要测量零线上的电流，或者是测量零线（排）对地电压，从而可以更好地比较出三相负荷的不平衡情况，二是实测工作要向低压配电线路的末端和分支端延伸，这样可以进一步发现不平衡负荷的出现地点，确定调荷点，三是负荷实测工作既要定期开展也要不定期开展，尤其是在大的用户负荷投运和在高峰负荷期间，要增加实测的次数，通过及时的测量配变低压出线和接近用户端的低压线路电流，便于准确地了解设备的运行情况。