配電網三相不平衡常見原因分析

楊磊　劉天縱　張兆嫻　張翠

摘 要： 隨著用電需求不斷增加，對配電網的要求也越來越高。不僅要保證供電可靠性，還要保證電能質量。然而，在實際運行中，由于多種原因，可能造成配電臺區發生嚴重三相不平衡，威脅配電網安全經濟運行。因此，對造成三相不平衡原因進行歸納分析十分重要。本文闡述了三相不平衡的概念和實際應用中對三相不平衡臺區的判定，總結了三相不平衡的四個主要危害，并對遇到的超過100個三相不平衡臺區進行重點分析，歸納了產生三相不平衡的四個主要原因，為三相不平衡臺區原因查找及治理提供參考。

關鍵詞：配電網；配電變壓器；三相不平衡

當前，配電網結構復雜，電力用戶的用電類型也多種多樣，由于負荷類型不同、用電時間不同等多種原因，可能導致配電變壓器臺區出現嚴重的三相不平衡。隨著用戶對電能質量的要求不斷提高，配電網三相不平衡問題日益突出。在配電臺區中，理想狀態是使負荷平均地分配到A、B、C三相上并運行于三相平衡狀態，但實際中很難做到。實際負荷多以單相負荷、單-三相負荷混合形式存在，某些地區單相負荷占比大，所以會產生三相不平衡，嚴重的三相不平衡狀態會對供電質量造成影響，本文主要對實際中遇到的超過100個三相不平衡臺區的產生原因進行歸納分析，總結了四個主要原因。

一、三相不平衡概念

三相不平衡是電能質量的指標之一，分為三相電壓不衡和三相電流不平衡。對于三相電壓不平衡，國標GB15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》對電壓不平衡的定義為，三相電壓在幅值上不同或相位差不是120度，或兼而有之[ 1 ]。且規定電力系統公共連接點電壓不平衡度限值為負序電壓不平衡度允許值不超過2%，短時不超過4%。

在實際中，還常用到三相電流不平衡的概念，三相電流不平衡與三相電壓不平衡類似，引入三相電流不平衡度來表示不平衡程度大小，國網公司PMS2.0監測系統中將其定義為：

三相不平衡度=（最大相電流-最小相電流）/最大相電流*100%，

根據上述定義，如果某臺區三相不平衡度大于25%且負載率大于60%，持續時間在2小時以上，就認為該臺區三相不平衡。圖1為某個三相不平衡臺區24小時電流波形。

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圖1 三相不平衡臺區某天電流波形

二、三相不平衡的危害

三相不平衡主要有以下四方面的危害[ 2 ]：

一是導致線路損耗增加。三相四線制供電網絡運行于三相不平衡狀態時，中性線有電流流過，增加了網絡損耗，不平衡度越大，線損越大。

二是導致變壓器損耗增加。配電變壓器運行于不平衡狀態時，有零序電流產生，零序電流產生零序磁通，它使變壓器發熱加劇，絕緣老化加速，壽命縮短。此外，還會降低變壓器出力，不利于經濟運行。

三是造成低電壓，還可能影響用電安全。三相負載不平衡導致三相電流不平衡，三相電流不平衡進一步導致變壓器內部三相壓降不等，負載重的一相電壓降低造成低電壓，負載輕的一相電壓升高有可能造成電器設備損壞，產生事故，降低供電可靠性。

四是電動機效率降低。由于三相不平衡產生負序磁場導致電動機輸出功率減少，同時其增加溫升，既不經濟也不安全。

三、三相不平衡常見原因分析

現對工作中遇到的超過100個三相不平衡臺區進行分析，整體情況如圖2所示。負荷分配不均是造成三相不平衡的主要因素，占比最大，為79.2%，其他因素合計約占總數的五分之一，下面分別對四種主要原因進行分析。

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圖2 三相不平衡達原因分類和占比

（一）負荷分配不均導致三相不平衡

負荷分配不均導致三相不平衡是最常見的原因，指負荷未被平均分配到A、B、C三相上造成的三相不平衡。裝表接電人員在進行負荷接入時沒有綜合考慮最終結果，接線時負荷分配具有隨意性，導致三相不衡。這種情況三相電流曲線往往表現為A、B、C相中某相電流總是高于其他兩相的電流曲線。出現這種情況時，可以通過重新分配負荷的方法來調節，即通過計算將電流曲線高的相上的負荷合理轉移到其他兩相上。

（二）用電負荷隨機變化無法預測導致三相不平衡

居民負荷往往以單相負荷為主，即使平均分配了A、B、C三相負荷，實際中也很難保證接于三相的電氣設備同時開啟或退出。例如，接于A相的居民用戶晚上開啟大量電器與此同時接于B相的用戶因外出屋內電器全部關閉，即用電時間不同。實際中這種規律性不強的負荷以商業負荷居多，如飯店、娛樂場所等，負荷大小和用電時間均不同。這種情況下負荷隨機性波動，不能預測，且從三相電流曲線上看，有時A相電流大，有時B相大，有時C相大，規律性不強，曲線交叉重疊，這種情況無法通過調整負荷來解決，一般加裝自動調節裝置解決[ 3-4 ]。

（三）大功率負荷導致三相不平衡

隨著電力設備種類越來越多及其應用越來越廣泛，居民或商業場所裝設的大功率設備逐漸增加，這些設備的開啟或關閉時段沒有規律。當這些設備打開時，就會破壞三相平衡狀態，當關閉時又回到平衡狀態。此外，用戶還可能根據自己的需要增加大功率負荷，這種情況不可控。所以，大功率設備的突然開啟或不可控增加也是造成三相不平衡的原因之一。

（四）外力因素導致三相不平衡

外力因素也會造成配電網三相不平衡，這類原因所占比例較小，主要包括以下幾個方面：

一是采集裝置和計量問題造成，采集數據顯示不平衡度增加然而經現場實測電壓、電流均正常，這種情況可能是采集裝置接線不牢等原因造成。

二是竊電造成，應加強整治違規用電力度，做好用電宣傳。

三是季節性因素和臨時用電影響，如冬季電采暖、夏季空調及農業等負荷。

四是其他外力因素，如發生斷線故障，或拆遷片區，等等。

四、總結

綜上，三相不平衡既會影響配電網的經濟運行，又會影響供電質量。本文闡述了三相不平衡的概念和實際中對三相不平衡臺區的判定，然后說明了三相不平衡的危害，并重點分析了產生三相不平衡的四個主要原因：

一是負荷分配不均導致三相不平衡；

二是用電負荷隨機變化無法預測導致三相不平衡；

三是大功率負荷導致三相不平衡；

四是外力因素導致三相不平衡。

本文的結論為三相不平衡臺區原因快速查找及治理提供了重要參考。

參考文獻：

[1] 電能質量.三相電壓不平衡[S]. GB15543-2008.

[2] 高僮，劉大勇，郭莉，等.長春地區配電網三相不平衡現狀[J].長春工程學院學報，2014，15（4）.

[3] 王志偉.低壓配電網三相不平衡監測裝置的設計與實現.太原理工大學碩士論文[D].2015.

[4] 方恒福，盛萬興，王金麗，等.配電臺區三相不平衡實時在線治理方法研究[J].中國電機工程學報，2015，35（9）.

作者簡介：

楊磊（1987-），男，國網天津電力科學研究院設備狀態評價中心，工程師，長期從事配電網及變壓器專業相關工作。