配電網三相不平衡問題探討

李娜

摘 要：目前我國大多數低壓配電系統都是采取三相四線制接線方式，這樣會出現單相負載不均衡，變壓器容易處于三相不平衡狀態。文章主要從輸電線路、發電機、電動機以及變壓器等方面著手，分析配電網三相不平衡所引發的問題，并從技術與管理的角度提出相應解決方法。

關鍵詞：配電網；電能質量；三相不平衡；問題

隨著科學技術以及經濟的發展，人們對于電需求量逐漸增大，對于電能質量要求也越來越高。實際運行中電能質量會對電氣設備安全以及電網等產生直接的影響，關系到人們生活秩序好壞、企業產品質量以及經濟運行。在用電方面三相不平衡問題經常出現，是評價電能質量的主要指標。只有保證配電網三相平衡，才能減少耗能、降損降價。

1 配電網三項不平衡所引發的問題

1.1 增加線路電能損耗

在普通三相四線制電力系統中，有電流通過線路導線時，會存在一定的阻抗，必然會出現電能損耗。這種電能損耗的大小與電流通過的平方成正比。在電網通過三相四線制供電的過程中，由于存在一定的單向負載必然會出現三相負載不平衡。發生三相不平衡運轉的情況下，中性線路會通過電流，這樣不僅會使相線出現電流損耗，中性線也會有損耗出現，增加整體電線網絡線路的損耗。

1.2 對發電機的運行與安全產生影響

出現三相不平衡問題時，發電機運行過程中負序電流會有逆方向磁場出現，這樣轉子會出現一定損耗，這類損耗包含由于感應轉子表面產生渦流引發表面損耗、激磁繞組電流所引發的附加損耗，如果發電機存在阻尼繞組，會出現相應的損耗，這些所產生的損耗都會使轉子溫度提升。受到這一因素的影響，隱極發電機比凸極發電機更為嚴重，這主要是因為隱極發電機轉子槽中嵌有激磁繞組，會對散熱產生影響，凸極發電機同空氣直接接觸，受到的影響比較小。因此，汽輪發電機不平衡度值比水輪發電機高。負載不對稱的情況下，定子磁勢與正序旋轉磁場、轉子激磁磁場與負序旋轉磁場所產生100Hz交變電磁力矩會在定子機座與轉子轉軸上產生作用，并且出現震動。實踐研究顯示，震動不會對汽輪發電機產生太大影響，但是對水輪發電機所產生的影響較大，對負序電流形成一定的限制，無法保證發電機的安全運行。

1.3 增加配電變壓器的電能損耗

在低壓網供電中，配電變壓器是重要的設備，配變功率損耗主要是按照負載平衡度而發生相應的變化。因此，在配電變壓器出現三相負荷不平衡情況時，會使配電變壓器損耗增加，并且對其出力產生影響。這主要是由于配電變壓器是依照繞組結構以及負荷平衡進行設計的，其繞組性能基本一致，各個定額容量基本相同。配電變壓器最大出力受到各相額定容量的影響，一旦在三相負荷不平衡情況下配電變壓器運行，負荷輕的一相會有剩余容量出現，減少配電變壓器的出力，實際減少的程度是隨著負載不平衡程度而發生變化的，所產生的不平衡度越大，所減少的出力也就越多。所以，三相不平衡情況下，配電變壓器的運行期間，輸出容量難以達到額定容量，備用容量也會隨之減少，大大降低過載能力。在過載情況下運行，配電變壓器溫度上升，甚至會將變壓器燒損。

1.4 電動機效率降低

三相不平衡情況下，如果配電變壓器運行會造成輸出電壓發生不平衡，在將不平衡電壓輸入到電動機后，正負序電壓會出現旋轉磁場，進而引發一定的制動效果。但是負序電壓磁場要比正序電壓磁場弱，電動機會根據正序磁場方向進行轉動的同時對負序磁場產生一定的制動，受到制動作用的影響，電動機輸出功率會有所減少，進而降低效率。此外，電動機的無功損耗與溫升會隨著三相電壓不平衡程度而逐漸增大，所以在三相不平衡情況下電動機運行缺乏安全性。

2 將不對稱負荷與更高電壓級相連接

將不對稱負荷與更高電壓級相連接，能確保連接點之間短路容量sk達到一定的負荷容量，簡單來說，在單相負荷情況下，sk如果能到達50倍的負荷容量，各個連接點的電壓不平衡可以控制2%左右。目前，國際上通常使用SVC，也就是靜止無功補償器，這一補償器的主要特點是能對無功功能進行快速調價，所以在沖擊負荷并且需要快速進行動態無功補償情況下得到普遍應用，進而對三相電壓不平衡加以校正。一般是利用分相做無功功率補償。靜止無功補償器主要是由容性與感性并聯而成的兩大回路，其中至少會有一回路是動態回路，可以根據具體需要對無功功率回路進行快速調節。依照動態回路構成的不同方式，可以將靜止無功補償器分成三種，即為自飽和電抗器（SR）；晶閘管投切電抗器（TSC）；晶閘管控制電抗器（TCR）。不可能做到絕對的平衡，只能達到相對平衡的狀態。實際工作過程中，可以將平衡度衡量指標作為具體標準，增加負荷調查分析的力度，詳細記錄各個配電變壓器的發展趨勢、平均負載以及最大負載，并且對各項負荷電流進行定期測試，及時發現所產生的不平衡情況。在反饋負荷問題過程中，要不定期的進行調整與組織。

3 將不對稱負荷分散

對于不對稱負荷采取分散供應的方式，避免出現過多的集中連接，發生嚴重不平衡情況。三相系統如果能維持平衡狀態，其總功率是一定的，與時間沒有直接的聯系，如果三相系統不平衡，其總功率會存在一定的波動，因此，在將不平衡三相系統改為平衡三相系統過程中，平衡裝置內可以添加能儲存電磁能量的電磁元件，避免發生波動?？偠灾?，要按照我國有關標準采取科學、合理以及經濟的控制措施，避免發生不平衡情況，引發安全隱患，對用電設備造成損壞，需從本質上提升電能質量，保證電力系統正常、安全的運行。

4 適當的將不對稱負荷分配到每個相保證平衡

一旦發生電壓不對稱情況，主要是由于三相系統內部單相負荷位置不合理所導致的，在在設計供電系統的過程中，首先應該在三相中均勻分布單相負荷，使得三相負荷電流不平衡程度得以降低。通常情況下應該將供電系統電流不平衡程度控制在20%之內，但也有個別的情況出現，比如，在TT系統與TN系統接地狀況下，低壓電網如果選取Y/y0繞組三相變壓器，其單向不平衡負荷所形成的中性線電流要在低壓繞組額定電流25%以下，同時一相電流在滿載的狀況下，不能超過額定值的1000V電網系統的各個單相設備，并且各相之間所產生的容量最低值與容量最高值差異需要控制在25%左右。

5 結束語

三相不平衡可以分為兩類，即事故性與正常性。事故性不平衡主要是因為系統故障所引發的，一般情況下可利用相關保護裝置切除故障元件解決問題；正常性不平衡主要是因為線路參數與負荷不對稱，或者是三相元件所導致的，這類不平衡情況可以在一定時期存在或者是長期存在，長期存在所產生的危害比較大。文章針對配電網三相不平衡所產生的問題，提出不對稱負荷與更高電壓級相連接、不對稱負荷分散、適當的將不對稱負荷分配到每個相三點解決措施，為配單網三相平衡提供參考依據。

參考文獻

[1]晉國琴.簡述三相不平衡對電力系統的影響及改善措施[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2012（4）.

[2]同向前，王海燕，尹軍.基于負荷功率的三相不平衡度的計算方法[J].電力系統及其自動化學報，2011（2）.

[3]黃國棟，楊仁剛，馮小明.三相不平衡負載無功補償方法的研究[J].電測與儀表，2011（4）.

[4]李超英，李寶賢，王瑞琪.配電變壓器三相不平衡技術分析與管理措施研究[J].價值工程，2011（14）.

[5]韋鋼，陳森環，蔡陽，等.基于瞬時無功功率理論的三相不平衡負荷補償[J].電力自動化設備，2010（2）.