電網系統低壓三相不平衡負載問題與對策探析

宋仁平 吳玉新 王明儉 張建華

（1.國網甘肅省電力科學研究院，甘肅 蘭州 730030；2.國網甘南供電公司，甘肅 甘南 747000；3.國網甘肅節能服務有限公司，甘肅 蘭州 730050）

我國低壓電網系統多采用三相四線制連接方式，當單相負載不均衡等問題出現時，配電變壓器就會處于三相不平衡運行狀態，造成配變損耗與線路損耗等負載問題，同時影響電能質量。造成三相不平衡的原因多樣，例如一相斷路、單相接、單相用戶用電不均衡等問題都會導致三相不平衡，因此三相不平衡運行狀態隨時都可能發生，必須完善相應對策。

一、中性線斷裂影響電能質量

當三相負載在不對稱狀態下依舊工作運行時，配電變壓器的三相電流會出現不對稱現象，此時中性線就會產生零序電流。而零序電流感受到電動勢的變化之后會造成二次側電壓不對稱，中性點會有移位現象發生。因此，在實際情況中，中性線電流的正常運行常常會因為三相負荷不平衡而受到影響，出現電流過大現象，造成中性線斷線事故。例如，當中性線斷裂時，A相正與B相連接，燈甲與燈乙會出現串聯現象，380V的電流力量就直接加在燈甲與燈乙上。而類似這種電阻大的小功率電器在大量電流通過時，承受的電壓過大，導致電器被燒毀。

某供電公司在統計由于中性線故障而導致家用電器被燒壞的事故數量時發現，2009年出現事故16起，2010年出現事故28起，2011年出現事故33起，逐年上升的事故數量讓電力企業不得不對此更加重視。而根據居民家用電器損壞相關辦法規定，供電公司要對出現這一問題的居民進行經濟賠償。這不僅影響了居民的正常生活，也導致供電公司出現較大經濟損失。

二、線路損耗影響

（一）變電器損耗

配電變壓器的接線方式一般采用三鐵心結構，當三相不對稱運行時，變壓器一次側無零序電流，二次側則因零序電流形成勵磁電流，并且隨之產生零序磁通，造成電流無法在鐵心閉合，只能利用鐵箱壁閉合，進而損壞鐵箱等附件，極大的增加了配電變壓器的損耗。其總損耗（單位KW ）可計算為：。其中，三相負荷電流分別為IA，IB，IC，二次測電阻為 R1。

三相平衡狀態下每相組的電流應該為（IA+IB+IC）/3此時三相繞組的總損耗為 Pf2=[（IA+IB+IC）/3]2×R1×10-3。 而三相不平衡狀態所產生的附加損耗是 △Pf=Pf1-Pf2。 若某供電臺區的配電變壓器型號為SJ-315KVA，則該變壓器的繞組電阻為R1=0.00849Ω，零序電阻為R0=0.122Ω，零序電抗為X0=0.174Ω。實測某一時刻的電流 IA=181A，IB=235A，IC=269A，I0=81A，則可以根據以上公式得到鐵損P0=0.8kW，附加銅損為△Pf=0.033kW，總損耗功率△P=P0+△Pf=0.833kW，一年中損耗總電量為W=△P°T=7279kW°h 。從此案例中可知，配電變壓器造成極大損耗的原因往往是因為三相不平衡，因此若將變壓器損耗降低，則能保證變壓器的正常壽命。

（二）輸電線路損耗

在三相不平衡運行時，輸電線路損耗極大（如表1所示）。

表1 電流模值、相角及網損關系

由表1可知，要想避免損耗，就必須要保持三相負載對稱；而當其相等且相角不對稱時，此時則能達最低線損；反之，當三相電流模值不等且相角對稱時，損耗就會增加。損耗明顯與相角以及電流模值存在聯系，要想控制線損，就應該控制三者之間的平衡關系。

三、解決三相不平衡負載問題的相關對策

在低壓電網系統的運行中，無法完全避免三相不平衡狀態的發生，但是可以利用各種方面的不同措施將三相不平衡的可能性降低。解決這種問題的方式較多，主要可以從以下兩個方面采取措施。

（一）管理上的相關對策

1 加強配變電壓器的日常維護。為了保證配電變壓器時刻都能正常運行，需要定期檢查沒有裝置配變檢測儀的地方，現場測量電壓器的三相負荷電流是否出現問題。若問題較為嚴重，則要及時將線路所帶負荷進行調整，保持其分配比例的正常，讓三相負荷回到平衡狀態。此外，要定期實時跟蹤已經裝置配變電壓器檢測儀的地方，查看檢測儀是否在正常進行工作，并且記錄三相電流不平衡情況，根據統計結果進行分析，有效調整線路所帶負荷分配比例。

2 應該合理選擇中性線截面。能夠供以選擇的中性線截面并不多，所以在選擇時中性線截面要盡量與相線截面相等，可以有效減低中性線截面被燒毀的可能性，從而降低電能損耗。同時，要保證中性線在工作中能夠穩定輸送電流，不得在中性線上安裝熔斷器和開關、刀閘之類的設備，以免造成更大電力事故的發生。

（二）技術上的相關對策

由于三相不平衡現象時有發生，許多廠家都已經注意到這一現象，并且研發出許多調補裝置。在滿足一定條件后，供電企業可以進行調補裝置的安裝工作，雖然調補裝置種類繁多，但其工作原理是相同的。一般來說，調補裝置內部都有十二臺電力電容器，單相400V，在控制三相不平衡時，每一臺電容器都能與相線或零線相接，實現三相平衡的目的。每種電容都有5種接法，如電容全投、電容全不投、A相與B相間投、B相與C相間投、A相與C相間投。每個配變電壓器的容量都不相同，可以根據實際情況決定調補裝置內的電容器組數量，利用負荷系統產生的電感，讓最終投入的補償量達到系統需要的無功補償量，實現調整三相不平衡的目的。

結語

本文將三相不平衡造成的影響進行逐一分析，然后從管理與技術方面提出了盡量完善三相平衡的優化對策。望相關部門能夠重視電網系統低壓三相不平衡負載問題，并及時進行解決，實現節能降損、提高供電質量的目標。

[1]張歡.基于用戶分類的低壓配網三相平衡化降損研究[D].長沙理工大學,2013.

[2]林志雄,陳巖,蔡金錠,李天友.低壓配電網三相不平衡運行的影響及治理措施[J].電力科學與技術學報,2009,03:63-67.