变压器三相负荷不平衡原因分析及防范措施

变压器三相负荷不平衡原因分析及防范措施

张璇

（国网山西省电力公司太原供电公司山西太原030012）

摘要：变压器三相负荷不平衡，可能使低压电网的三相负荷不平衡度加大，这不仅关系到供电可靠性和稳定性，还会增加低压线路线损，使变压器出力下降。因此变压器台区三相负荷不平衡问题应当引起重视。

关键词：变压器三相负荷不平衡；原因；防范措施

一、变压器三相负荷不平衡引起的麻烦

某地区多个台变多次出现一相总熔断器熔丝烧断的情况，利用用电采集系统采集配变的三相负荷数据，均为三相负荷不平衡引起，随着夏季用电负荷的不断增加，这种不平衡的情况也突显出来，随之带来抢报修以及服务热线诉求工单的数量猛增，给企业的优质服务带来影响。

在线损合格台区整改提高工作中也发现，因三相负荷的不平衡也会造成台区线损率的增加。在三相负荷不平衡度较大的情况下，在配电变压器中性点不接地或接地电阻达不到技术要求时，中性点将发生位移造成中性线带有一定的电压，从而加大线路电压的电压降，降低功率的输出，线路供电电压偏低，尤其是线路末端的电压远远超出电压降的允许范围，直接导致用户的用电设备不能正常工作，电气效能降低，同时极大的增加了低压线损率。通过用电采集系统提供的相关数据证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起低压线损率升高2%～10%，三相负荷不平衡度若超过15%，则线损率显著增加，不平衡度越高对低压线损率的影响越大，如不平衡度超过30%，通过计算影响低压线损可以达到3%～6%。而事实上由于城乡用户受经济条件的制约和家用电器普及率的逐年提高，三相负荷不平衡度情况越来越严重，目前通过用电采集系统提供的数据计算，每天三个用电高峰期三相负荷不平衡度超过10%的占总综合变台区的60%，不平衡度超20%的台区数占总台区的40%，不平衡度超过30%的台区数占台区的26%。不平衡度越大的台区供电线路末端用户普遍反映电压偏低，而低压线损率也普遍反映较大。在低压三相负荷不平衡度的影响下，使配电变压器处于不对称运行状态，造成配电变压器的负载损耗和空载损耗增大，而影响到10kV线损率。

二、三相不平衡对变压器的影响

（1）三相不平衡将增加变压器的损耗

变压器的损耗包含空载损耗和负荷损耗，正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随着变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。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。

（2）三相不平衡降低了配电变压器的出力

配电变压器容量的设计和制造是以三相负载平衡条件确定的，如果三相负载不平衡，配电变压器的最大出力只能按三相负载中最大一相不超过额定容量为限，负荷轻的相就有富裕容量，从而使配电变压器出力降低。例如100kVA配电变压器，二次额定电流为144A，若Ia为144A，Ib、Ic分别为72A，配电变压器的出力只有67％。

（3）三相不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果

上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。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，减少变压器的寿命。（温度每增加8度，使用年限将减少一半，甚至烧毁绕组。

（4）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高

在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序通磁，这些零序通磁就会在变压器的油箱壁或其它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，严重使将导致变压器运行事故。

三、影响变压器三相负荷不平衡的原因

三相负荷不平衡发生的原因主要是管理上存在薄弱环节，由于在对配电变压器三相负荷的分配上存在盲目性、工作随意性，以及运行维护人员对配电变压器三相负荷管理的责任心不到位，农村用电动力、照明的混用，尤其是居民用电单相负荷发展时无序延伸，用户用电情况不好掌握等客观因素，而在管理中又由于缺乏有效的监测、调整和考核机制，导致目前农村综合变压器三相负荷处于不平衡状态下运行。

四、防止变压器负荷不平衡运行采取的措施

（1）加强配电变压器负荷不平衡运行管理。运维班安排专人负责利用用电采集系统定期进行三相不平衡电流测试，并结合台区责任人的现场测量情况，按季度考核变压器三相负荷不平衡度的情况，把它列入考核项目，以提高农电管理人员搞好三相负荷平衡的自觉性和积极性。负荷每月至少进行一次测量，特殊情况下（如高峰负荷期间，负荷变化较大时等）可增加测量次数，对配电变压器负荷状况做到心中有数，并完善相关记录台帐，为调整配电变压器负荷提供准确可靠的数据。

管理人员应熟悉台区的每个用户用电情况、设备安装地点、用电能量变化情况，特别是注意大功率用电设备数量和容量等，看其分布在那相上。然后根据情况及时调整负荷。

（2）改造配电网，加强对三相负荷分布控制。在改造台区供电方案前，要了解所改造台区的负荷变化规律和负荷分配情况，对所改造的台区进行现场勘察，掌握负荷分布情况，同时绘制台区负荷分配接线图，并严格按三相负荷平衡的原则进行布线，尽量使三相四线深入到各重要负荷中心。配电变压器设置于负荷中心，供电半径不大于500m，主干线、分支干线均采用三相四线制供电，5户以上居民尽量不采用单相供电，中性线导线截面与其它相线截面一致，以减少损耗，消除断线的事故隐患。同时制定台区负荷分配接线图，做到任何一个用户的用电改造接入系统，都受三相负荷平衡度的限制，避免改造的随意性。

在负荷测试和调整过程中应注意以下几点：

一是负荷测试工作要细化，特别是对各相电流的测试要选择在用电高峰时段进行。要测量变压器出口电流、各支路出口电流、各干线电流，看其三相电流的不平衡程度是否超过规定要求。特殊情况（如用电高峰负荷期间，负荷变化较大时等）可增加测量次数，当新增负荷或者认为负荷变化较大时，在必要时随时去测量，不要仅凭各相电能表显示的数字来判断负荷情况，必须实地测试，然后进行分析比较。

二是负荷调整要做到四平衡。即调整三相不平衡负荷要计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡，在这四个平衡当中，重点是计量点和各支路平衡，可把用户平均用电量作为调整依据，把用电量大致相同的作为一类，分别均匀调整到三相上。从而尽最大可能保持三相负荷平衡。

三是负荷平衡调整要选准时间。不论是电流测试还是负荷调整，都要选准时间段。一般情况下，电流测试选在用电高峰时，负荷调整选在用电低谷时，为了安全最好不在夜间进行测试。

（3）加强供用电管理，确保变压器负荷平衡。用电与配电应密切配合。用户的临时用电，季节性用电，配电变压器运行人员都要及时掌握。尤其对单相设备申请用电，要进行合理搭接。

（4）加强无功补偿，促进三相负荷就地平衡。由于单相感性设备增多，三相电流不平衡，导致电压质量下降、零线电流增大。进行就地无功补偿，可以降低零线电流，提高电压质量，降低线损。

五、结论

三相负荷不平衡对电压电网运行带来很多不利，同样也带给低压用户不便。因此，我们必须不定期测量三相负荷不平衡率，合理采取措施，及时调整负荷使其均匀等距分配在三相上，将三相负荷不平衡率降到合理范围之内。通过有效治理低压线路三相负荷不平衡，进一步提高电压质量，相对增大变压器容量，增加变压器出力，降低电能损耗，使供电企业效益最佳化。

参考文献：

[1]赵全乐，线损管理手册，中国电力出版社，2007

[2]贾学法，供电企业线损标准化管理及应用分析，中国电力出版社，2011