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低壓電網三相不平衡問題

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• 日期: 2016-11-23
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近年來，由于城農網改造及加強供用電管理，使供電企業(yè)的經濟和社會效益有了明顯提高。但一些單位在加強管理、降損節(jié)能的同時，只看到了許多表面化現象，而對有關技術改進方面缺少足夠的重視。低壓電網的三相平衡一直就是困擾供電單位的主要問題之一，低壓電網大多是經10／0．4KV變壓器降壓后，以三相四線制向用戶供電，是三相生產用電與單相負載混合用電的供電網絡。在裝接單相用戶時，供電部門應該將單相負載均衡地分接在A、B、C三相上。但在實際工作及運行中，線路的標志、接電人員的疏忽再加上由于單相用戶的不可控增容、大功率單相負載的接入以及單相負載用電的不同時性等，都造成了三相負載的不平衡。低壓電網若在三相負荷不平衡度較大情況下運行，將會給低壓電網與電氣設備造成不良影響。

 1  低壓電網三相平衡的重要性

 1.1 三相負荷平衡是安全供電的基礎。三相負荷不平衡，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會因重負荷相超載過多，可能造成某相導線燒斷、開關燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴重后果。

 1.2 三相負荷平衡才能保證用戶的電能質量。三相負荷嚴重不對稱，中性點電位就會發(fā)生偏移，線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負荷相的單相用戶易出現電壓偏低，電燈不亮、電器效能降低、小水泵易燒毀等問題。而接在輕負荷相的單相用戶易出現電壓偏高，可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。對動力用戶來說，三相電壓不平衡，會引起電機過熱現象。

 1.3 三相負荷保持平衡是節(jié)約能耗、降損降價的基礎。三相負荷不平衡將產生不平衡電壓，加大電壓偏移，增大中性線電流，從而增大線路損耗,實踐證明，一般情況下三相負荷不平衡可引起線損率升高2％-10％，三相負荷不平衡度若超過10％，則線損顯著增加。

有關規(guī)程規(guī)定：配電變壓器出口處的負荷電流不平衡度應小于10％，中性線電流不應超過低壓側額定電流的25％，低壓主干線及主要分支線的首端電流不平衡度應小于20％。通過電網技術改造，要真正使低壓電網線損達到12％以下，上述指標只能緊縮，不能放大。

 1.4 只有三相阻抗平衡，才能保證低壓漏電總保護良好運行，防止人身觸電傷亡事故。

2  三相負載不平衡的影響

2.1 增加線路的電能損耗。在三相四線制供電網絡中，電流通過線路導線時，因存在阻抗必將產生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比。

當低壓電網以三相四線制供電時，由于有單相負載存在，造成三相負載不平衡在所難免。當三相負載不平衡運行時，中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗，而且中性線也產生損耗，從而增加了電網線路的損耗。

2.2 增加配電變壓器的電能損耗。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況下運行時，將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負載的不平衡度而變化的。

2.3 配變出力減少。配變設計時，其繞組結構是按負載平衡運行工況設計的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當配變處于三相負載不平衡工況下運行，負載輕的一相就有富余容量，從而使配變的出力減少。其出力減少程度與三相負載的不平衡度有關。三相負載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負載不平衡時運行，其輸出的容量就無法達到額定值，其備用容量亦相應減少，過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴重時甚至會造成配變燒損。

2.4 配變產生零序電流。配變在三相負載不平衡工況下運行，將產生零序電流，該電流將隨三相負載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。運行中的配變若存在零序電流，則其鐵芯中將產生零序磁通。(高壓側沒有零序電流)這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道通過，而鋼構件的導磁率較低，零序電流通過鋼構件時，即要產生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導致設備壽命降低。同時，零序電流的存也會增加配變的損耗。

2.5 影響用電設備的安全運行。配變是根據三相負載平衡運行工況設計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當配變在三相負載平衡時運行，其三相電流基本相等，配變內部每相壓降也基本相同，則配變輸出的三相電壓也是平衡的。

假如配變在三相負載不平衡時運行，其各相輸出電流就不相等，其配變內部三相壓降就不相等，這必將導致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在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。因而使中性線產生阻抗壓降，從而導致中性點漂移，致使各相相電壓發(fā)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供電，即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶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。

2.6 電動機效率降低。配變在三相負載不平衡工況下運行，將引起輸出電壓三相不平衡。由于不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量，當這種不平衡的電壓輸入電動機后，負序電壓產生旋轉磁場與正序電壓產生的旋轉磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負序磁場要強得多，電動機仍按正序磁場方向轉動。而由于負序磁場的制動作用，必將引起電動機輸出功率減少，從而導致電動機效率降低。同時，電動機的溫升和無功損耗，也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行，是非常不經濟和不安全的。

3  如何實現三相負載平衡

綜上所述，調整三相負載使之趨于平衡，這是無需增加設備投資的最佳降損措施。把單相用戶均衡地接在A、B、C三相上，減少中性線電流，降低損耗。同時要減少單相負載接戶線的總長度。如果單相用戶功率因數較低，就應進行無功補償。也可以裝置三相斷相保護器，當任何一相斷相時，能立即切斷電源以消除三相不平衡。

實際中，每相的用電負荷比較直觀：動力線路三相平衡，而單相用戶負荷有較大差異。每相的對地阻抗又由什么決定呢?三相動力線路一般質量較好，對地絕緣阻抗較高；而涉及到職明等單相負荷則用電線路情況復雜、質量低劣、絕緣程度差，使該相的對地阻抗顯著降低，且用電戶數越多，線路越密雜，則絕緣程度越差，使接帶該類用戶多相的對地阻抗降低越顯著。因此，在正常漏電(總漏電電流由各處微小的漏電流匯集組成)情況下，每相對地阻抗的高低主要由接在該相上的單相負荷用電戶的多少來決定。

因此，只要把單相負荷用電戶均衡地分配到三相上，就能實現三相平衡。但必須要注意，均衡分配用戶不僅僅是形式上看來每相接單相負荷用戶總數的三分之一，而是要把其中用電負荷、漏電情況在同一等級的用戶也均衡地分配到三相上。例如，某村單相用戶，其中用電水平一般戶，負荷較小，日用電時間較短，線路質量較差；用電水平較高戶，負荷較大，日用電時間較長，線路質量較好；地埋線戶，泄露電流較大，則每相上應盡量接這三類用戶的各三分之一。

具體實施為(1)從公用變出線至進戶表電源側的低壓干線、分支線應盡量采用三相四線制，減少迂回，避免交*跨越。(2)無論架空或電纜線路，相線與零線應按A、B、C、O采用不同顏色的導線或標識，并按一定順序排列。(3)在低壓線路架好、下線集裝各戶電能表前，要把配變下的單相負荷用電戶統一規(guī)劃，均衡地分配到低壓線路的三相上，并記錄在冊。下線集表施工時要查對無誤。表箱編號要注明相位，如“***線路A相**號”。(4)下線集表完工后，要看一下低壓電網實際運行三相負載是否在平衡度范圍內，必要時可做些調整。(5)在以后發(fā)展用戶或變更用戶時，要顧及三相平衡問題，在實際工作中形成常態(tài)機制，不斷完善提高。

沒有絕對的平衡，但要相對的平衡，以平衡度指標為限，在實際工作中加大負荷調查分析力度，將各配變各類負載最大、平均負荷及發(fā)展趨勢記錄在案，經常性對目2變負荷電流進行測試，及時發(fā)現不平衡超標情況，反饋負荷分析同時，不定期組織進行有針對性地調整。只有這樣，才能從根本上控制不平衡現象發(fā)生，避免發(fā)生損壞用電設備等故障和事故。