探讨三相负荷不平衡造成的负面影响

探讨三相负荷不平衡造成的负面影响

张毅张阳

（国网宝鸡供电公司721000）

摘要：线路损耗和电能质量都是当今电力部门和用户最关心的问题，三相不平衡不仅会引起线路损耗增加，而且会带来电能质量等问题，三相不平衡分为正常性和事故性不平衡，事故性不平衡主要是由于一相断路或者单相接地等引起的，正常性不平衡主要是由于单相用户用电的不均衡性造成的，正常性不平衡时时刻刻都存在着，它所带来的影响及如何治理值得我们去探讨分析。

关键词：三相负荷不平衡；造成；负面影响

在低压电网中，配电变压器是该网络的中心枢纽，而三相负荷的平均分配则是确保电能质量、提供安全可靠供电与体现管理水平的重要环节。农网改造中采取了诸如配电变压器放置在负荷中心、增添配电变压器数量、集中安装用电户电能表等措施，极大地改变了农村低压电网状况，使配电台区的供电能力大大增强，电压质量明显提高。即使这样，若配套不好，尤其是三相负荷不平衡，仍将导使低压电网的可靠性与稳定性低、电能质量差、线损率与故障率高。

一、三相负荷不平衡造成的负面影响

1.1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。当线路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，其他两相负载电流为0.5I，则中性线电流为：

将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，其功率损耗是平衡状况下的2.25倍。所以当电网处于三相负载不平衡运行时，其线路损耗明显增大，不利于电网的节能运行，应及时调整负载。

1.2增加配电变压器的电能损耗

配电变压器（以下简称配变）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：

由公式可知，配变在输出容量相等的工况下运行，当三相负载不平衡时其功率损耗大于三相负载平衡时的损耗。

1.3减少配变出力

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：

式中α—配变出力降低率。由公式可知，配变出力减少程度与负载的不平衡度有关，三相负载不平衡度越大，配变出力减少越多。因此，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。

1.4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度的变化而变化，不平衡度越大，则零序电流越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁心中将产生零序磁通（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，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，零序电流的存在也会增加配变的损耗。

1.5降低电动机效率

由于不平衡电压存在着正序、负序、零序3个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生的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，也将随不平衡电压而增大。

二、低压配电网三相用电负荷不平衡问题的应对策略

2.1加强低压配电网的规划工作，在中低压配电网建设和改造中对低压台区用电负荷进行合理分配，使配电变压器布点尽量接近低压用电负荷中心，避免扇型供电和迂回供电。在规划、建设与改造中要积极采用新技术、新设备、新工艺、新材料。设备选择要注意小型化、自动化、节能型、环保型，免维护或少维护。

2.2低压供电尽量采用三相四线制供电，低压架空线路架设困难的配电台区要积极采用四芯电缆或低压平行集束导线供电至用户端，减少单相供电，这样可以在低压线路改造中最大程度避免三相用电负荷偏相的出现。同时还要做好低压装表接电工作，单相用户在A、B、C三相的分布尽量均匀，避免出现单相用户接在一相或两相电源上，造成用电负荷严重偏相。

2.3在城镇TN－C系统低压配电网零线采用多点接地，降低零线电能损耗。目前由于三相用电负荷的分布不平衡，导致零线上出现电流，零线电流在导线上造成一定比例的电能损耗。因此，要求低压配电网公用主零线采用多点接地，降低零线电能损耗，避免因三相用电负荷不平衡出现的零线电流而产生的电压危及人身安全，而且通过多点接地，降低因零线发热等原因造成的零线断线事故。

2.4农村TT系统低压配电网中性线接地应连接可靠，接地电阻小于４欧姆，三相用电负荷的分布尽可均匀，从而减少零线电流产生，降低零线电能损耗，降低三相用电负荷不平衡产生的零序电流而造成配变台区剩余电流动作保护器（总保）误动，影响客户正常生产、生活用电等。

2.5积极做好低压用电客户的负荷调查工作，摸清用电设备容量以及用电性质，还要把低压客户的业扩报装工作做细做实，在规划设计线路和客户报装接电时，根据三相导线承载能力做到所接用电负荷尽量均衡。

2.6积极开展配电变压器供电负荷实际测量和调整工作。在每台配电变压器低压出口处安装用电负荷管理终端，定期观测和分析三相电压、电流的均衡情况，尤其是在用电负荷高峰期及时调整用电负荷，尽量做到三相用电负荷均衡。

结语

低压电网三相负荷不平衡的情况大量存在，对上级电网、线路损耗、电压质量、安全运行等都会产生较大影响。通过加装三相负荷不平衡自动调节装置，并在规划设计及方案制订时合理选择相位，同时采取适当的管理控制手段，可有效解决三相负荷不平衡的问题，提升电网安全、经济运行水平。

参考文献

[1]何平.三相负荷的平衡与节电研究[J].中国新技术新产品.2014(01)

[2]黄云峰.调平三相负荷的重要意义及解决方法[J].职业技术.2012(05)

作者简介

张毅出生日期：1979年01月07日，男，汉族，助理工程师，单位：国网宝鸡供电公司，邮编：721000

张阳出生日期：1990年05月17日，男，汉族，助理工程师，单位：国网宝鸡供电公司，邮编：721000