低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡的原因及危害

摘 要：農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡對高、低壓線路、供電設(shè)備均造成危害，對供電企業(yè)的供電可靠性以及線路損耗、以及終端用戶的用電均造成較大影響，為此，供電企業(yè)必須采取有效措施避免、糾正三相負荷不平衡。

關(guān)鍵詞：三相負荷不平衡 危害 損耗 防范措施

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0107-02

1 農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡的原因

三相負荷不平衡的形成，是由于農(nóng)村低壓電網(wǎng)多為單、三相負荷混合電網(wǎng)，負荷波動較大，且隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展單相負荷大幅增加，負荷性質(zhì)多樣造成的。因此，三相負荷不平衡的成因可歸納為以下幾點。

（1）農(nóng)網(wǎng)改造前電力企業(yè)對農(nóng)網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計前瞻性不足。農(nóng)網(wǎng)改造的目的當時主要是解決無電村的問題，電價高的問題以及農(nóng)村供電無可靠性的問題，因當時沒有充足的改造資金而且時間有限，改造范圍廣，施工任務(wù)緊。所以改造中在低壓分支線路中架設(shè)了一定數(shù)量的單相兩線線路，尤其是在用戶不集中的村屯只有一條主線是三相線路，其余大部分是兩線供電，沒有把農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相平衡問題在改造之初就納入到工程的規(guī)劃中去。

（2）供電企業(yè)的運行管理中，沒有對農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡的危害有一個清醒的認識，對于兩相線路的相序接引未進行合理分布，忽視了兩相線路的增加量，而且負荷越不集中的地方線路越長，線徑越細，甚至出現(xiàn)迂回線路，末端負荷增加時也只好進行兩線線路的延伸，這在無形中就加重了低壓電網(wǎng)三相負荷的不平衡度。

（3）隨著農(nóng)村經(jīng)濟的不斷發(fā)展，農(nóng)民生活水平不斷提高，尤其是農(nóng)網(wǎng)改造及“家電下鄉(xiāng)”政策實施后，農(nóng)民不只局限于擁有電視和照明設(shè)施，大量的大功率家用電器進入尋常百姓家，例如：微波爐、電冰箱、電炒鍋、電熱水器、電飯煲、電炒鍋等，單臺容量大多數(shù)從幾百瓦到幾千瓦不等，而且都是采用單相220V電源供電，造成單相負荷激增；另一方面，隨著工業(yè)的發(fā)展，農(nóng)副業(yè)加工量減少，單相負荷已經(jīng)躍升為農(nóng)村電力負荷的“主力軍”，據(jù)了解，現(xiàn)在一般農(nóng)村單相負荷已占到總用電負荷的70％以上，比重相當大。面臨這種單相負荷用電極大增長的情況，如果不注意三相平衡，可能會使低壓電網(wǎng)的三相不平衡度很大，電網(wǎng)運行狀況下降。

（4）農(nóng)村用戶的用電負荷性質(zhì)發(fā)生了較大變化。負荷分電阻性、電感性和電容性三種，負荷性質(zhì)不同功率因數(shù)不同，即使三相電流值相等，最后中性線上的電流也未必為零。而幾乎所有的家用電器上標注的都是有功功率，單按銘牌功率去計算負荷進行接線，就很難實現(xiàn)理想的三相平衡，即中性線電流接近零。

2 農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡的危害

三相負荷不平衡對電網(wǎng)、電氣設(shè)備都存在著潛在的危害，下面從幾個不同的方面予以分析。

2.1 增加電網(wǎng)損耗

（1）增加變壓器損耗，變壓器的損耗包括空載損耗和負載損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變，空載損耗與負荷大小無關(guān)，即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化，且與負荷電流的平方成正比，三相負荷平衡時各相電流相等，損耗為：3I2R。當三相負荷不平衡運行時，變壓器的負荷損耗則變成了三只單相變壓器的負荷損耗之和，在最大不平衡時其損耗為：3（3I2R），是平衡時的3倍。

（2）增加低壓線路損耗。

三相四線制供電線路，在一定負荷、相同時間條件下，如果負荷分配均勻，中性線接近于零，則損耗最低。當負荷分配不平衡度最大時，則某一相線和中性線的電流相等，電能損耗是平衡時的6倍，而且負荷越大損耗就越大。

（3）增加高壓線路的損耗。

低壓側(cè)三相負荷平衡時，6～10KV高壓側(cè)也平衡，設(shè)高壓線路每相的電流為I，其功率損耗為：△P1=3I2R。低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時，高壓對應(yīng)相電流為1.5I，另外兩相電流都為0.75I，此時功率損耗為：

△P2=2（0.75I）2R+（1.5I）2R=3.375I2R =1.125（3I2R），即高壓線路上電能損耗增加了12.5%

2.2 危害電氣設(shè)備及線路

（1）三相負荷不平衡可能造成變壓器燒毀的嚴重后果。三相負荷不平衡時中性線會有電流流過，當中性線電流過大時，零序電流所產(chǎn)生的零序磁通會在油箱壁及鋼結(jié)構(gòu)件中通過，引起較大的電能損耗，從而使變壓器運行溫度升高，繞組過熱，引起油質(zhì)劣化，加快變壓器內(nèi)部絕緣老化，迅速降低變壓器的絕緣性能。同時三相電壓相差極大，負載輕的一相上電壓過高，甚至達到線電壓，將會導(dǎo)致配電變壓器燒毀。

（2）危害低壓設(shè)備：農(nóng)村的低壓設(shè)備保護配置比較簡單，性能過低，安裝比較粗糙，配線取材及線徑不夠理想，在三相負荷不平衡時三相電壓將產(chǎn)生偏差，嚴重時空氣斷路器或交流接觸器會動作造成停電，在空氣斷路器或接觸器的重負荷相因過熱會引起觸點老化、損傷，嚴重者造成外殼絕緣擊穿，并且容易造成導(dǎo)線接線端子處過熱氧化，從而接觸不良，影響低壓設(shè)備。

（3）在三相四線制系統(tǒng)中，理想狀態(tài)是負荷平均分配到三相上，即每相的電流為I，中性線電流為零。假設(shè)在最大不平衡時，即某相為3I，另外兩相為零時，中性線電流也為3I，也就是說線路在最大不平負衡載下運行時，線路的相電流是在平衡負載下運行的3倍。由發(fā)熱量Q＝0.24I2Rt，知電流增加3倍，發(fā)熱量增加9倍，最大電流相導(dǎo)線溫度直線上升，致使導(dǎo)線連接處、薄弱處燒斷，釀成線路斷線事故。同理，由于中性線導(dǎo)線截面一般選取相線導(dǎo)線截面的50％，加上接頭質(zhì)量不好，使導(dǎo)線電阻增大，因此中性線燒斷的幾率更高，可能造成用戶大量低壓電器燒毀的事故。

2.3 對供電企業(yè)的影響

在日常的運行管理中，低壓電網(wǎng)損耗增大，將降低供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。線路故障率的增加，也將嚴重影響供電的可靠性，增加維護成本。并且線損指標完成困難，會對抄收人員的工作積極性造成一定的影響。

2.4 對動力用戶的影響

三相電壓不平衡時，感應(yīng)電機的磁場發(fā)生變化，在定子中便產(chǎn)生一個逆序旋轉(zhuǎn)磁場，正、逆兩個磁場作用于感應(yīng)電動機的繞組中，因轉(zhuǎn)子逆序磁場將產(chǎn)生一定的逆序制動力矩，從而使電動機的轉(zhuǎn)速受到制約，影響了電動機的輸出功率。

3 對三相負荷不平衡的防范措施

（1）加強對變壓器三相負荷不平衡度的管理，應(yīng)把降低三相負荷不平衡作為一項經(jīng)濟指標來抓，列入考核項目，制定獎懲措施以提高認識，增強對降損工作的自覺性和積極性。

（2）在新建低壓線路架設(shè)好以后在戶表進行安裝之前，把本臺區(qū)下的單相負荷用戶進行登記、規(guī)劃，根據(jù)容量大小均衡地分配到低壓線路的三相上，繪制施工圖紙，并且要保留現(xiàn)場初始資料。戶表安裝要根據(jù)圖紙施工，在每相接引的計量箱處做好相序標記，并在實際運行中選擇負荷集中時間段對變臺處三相線路用鉗形電流表進行負荷分配情況的測試，檢查是否在平衡度允許范圍內(nèi)，必要時做出調(diào)整。

（3）對于新裝用戶，做好新增單相負荷的功率分配，同時將運行的功率因數(shù)不同的單相設(shè)備，分別均勻地分布到三相線路中。觀察臺區(qū)負荷的變化情況，定期用儀表進行測量，及時擬定平衡計劃，調(diào)整負荷分布以期達到理想的平衡度水平，在實際工作中形成常態(tài)機制，不斷完善提高。

（4）觀察季節(jié)性用電戶的負荷變化，根據(jù)用戶負荷的增加或減少，及時作出相應(yīng)調(diào)整，滿足現(xiàn)階段負荷平衡度的要求。

（5）合理配置無功補償設(shè)備，提高用戶的功率因數(shù)。由于實際三相電網(wǎng)并不總是平衡的，單相負載隨時大量增加，負荷變化無規(guī)律，因此對某一相采樣信號所做的電容補償對該相是適當?shù)模瑢α硗鈨上嗫赡苁沁^補償或欠補償，達不到最優(yōu)的補償目的，所以采用新型無功功率自動補配電箱，分相就地補償，實現(xiàn)補償和配電雙重功能。

（6）用技術(shù)武裝頭腦，提高農(nóng)電工的專業(yè)水平，把農(nóng)電工從低壓線損指標考核的巨大壓力下解脫出來，提高農(nóng)電工解決問題的能力，把農(nóng)電工技能培訓(xùn)的各項工作提到重要議事日程上來。讓他們用科學(xué)的方法對負荷進行分析，用切實有效的措施把農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡問題解決好，把線損穩(wěn)定住、把損失降下來，不斷提高供電可靠性，打造一個良好的效益型、服務(wù)型用電環(huán)境。

綜上所述，是對農(nóng)村低壓電網(wǎng)的一點見解，當然，農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相不可能有絕對的平衡，但要相對的平衡，以平衡度指標為限，在日常工作中經(jīng)常對各類負荷進行調(diào)查，對當?shù)氐呢摵砂l(fā)展趨勢有一個明確的了解，才能做好負荷分配工作，經(jīng)常對配變主線、支線負荷電流進行不定期測試，組織有針對性地調(diào)整，才能從根本上控制三相不平衡現(xiàn)象的發(fā)生，避免給供電企業(yè)和廣大用戶造成危害。

參考文獻

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