低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的原因及危害

摘 要：農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負(fù)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(fù)荷不平衡。

關(guān)鍵詞：三相負(fù)荷不平衡 危害 損耗 防范措施

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)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(fù)荷不平衡的原因

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

（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(jì)前瞻性不足。農(nóng)網(wǎng)改造的目的當(dāng)時(shí)主要是解決無電村的問題，電價(jià)高的問題以及農(nóng)村供電無可靠性的問題，因當(dāng)時(shí)沒有充足的改造資金而且時(shí)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(yùn)行管理中，沒有對農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的危害有一個(gè)清醒的認(rèn)識，對于兩相線路的相序接引未進(jìn)行合理分布，忽視了兩相線路的增加量，而且負(fù)荷越不集中的地方線路越長，線徑越細(xì)，甚至出現(xiàn)迂回線路，末端負(fù)荷增加時(shí)也只好進(jìn)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(fù)荷的不平衡度。

（3）隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jìn)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(fù)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(fù)荷已經(jīng)躍升為農(nóng)村電力負(fù)荷的“主力軍”，據(jù)了解，現(xiàn)在一般農(nóng)村單相負(fù)荷已占到總用電負(fù)荷的70％以上，比重相當(dāng)大。面臨這種單相負(fù)荷用電極大增長的情況，如果不注意三相平衡，可能會(huì)使低壓電網(wǎng)的三相不平衡度很大，電網(wǎng)運(yùn)行狀況下降。

（4）農(nóng)村用戶的用電負(fù)荷性質(zhì)發(fā)生了較大變化。負(fù)荷分電阻性、電感性和電容性三種，負(fù)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(biāo)注的都是有功功率，單按銘牌功率去計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行接線，就很難實(shí)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(fù)荷不平衡的危害

三相負(fù)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(gè)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(fù)載損耗。正常情況下變壓器運(yùn)行電壓基本不變，空載損耗與負(fù)荷大小無關(guān)，即空載損耗是一個(gè)恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運(yùn)行負(fù)荷的變化而變化，且與負(fù)荷電流的平方成正比，三相負(fù)荷平衡時(shí)各相電流相等，損耗為：3I2R。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí)，變壓器的負(fù)荷損耗則變成了三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和，在最大不平衡時(shí)其損耗為：3（3I2R），是平衡時(shí)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(fù)荷、相同時(shí)間條件下，如果負(fù)荷分配均勻，中性線接近于零，則損耗最低。當(dāng)負(fù)荷分配不平衡度最大時(shí)，則某一相線和中性線的電流相等，電能損耗是平衡時(shí)的6倍，而且負(fù)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(fù)荷平衡時(shí)，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(fù)荷不平衡將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時(shí)，高壓對應(yīng)相電流為1.5I，另外兩相電流都為0.75I，此時(shí)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(fù)荷不平衡可能造成變壓器燒毀的嚴(yán)重后果。三相負(fù)荷不平衡時(shí)中性線會(huì)有電流流過，當(dāng)中性線電流過大時(shí)，零序電流所產(chǎn)生的零序磁通會(huì)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(yùn)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(shí)三相電壓相差極大，負(fù)載輕的一相上電壓過高，甚至達(dá)到線電壓，將會(huì)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(hù)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(fù)荷不平衡時(shí)三相電壓將產(chǎn)生偏差，嚴(yán)重時(shí)空氣斷路器或交流接觸器會(huì)動(dòng)作造成停電，在空氣斷路器或接觸器的重負(fù)荷相因過熱會(huì)引起觸點(diǎn)老化、損傷，嚴(yán)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(fù)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(shí)，即某相為3I，另外兩相為零時(shí)，中性線電流也為3I，也就是說線路在最大不平負(fù)衡載下運(yùn)行時(shí)，線路的相電流是在平衡負(fù)載下運(yùn)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(yùn)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(jì)效益。線路故障率的增加，也將嚴(yán)重影響供電的可靠性，增加維護(hù)成本。并且線損指標(biāo)完成困難，會(huì)對抄收人員的工作積極性造成一定的影響。

2.4 對動(dòng)力用戶的影響

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

3 對三相負(fù)荷不平衡的防范措施

（1）加強(qiáng)對變壓器三相負(fù)荷不平衡度的管理，應(yīng)把降低三相負(fù)荷不平衡作為一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來抓，列入考核項(xiàng)目，制定獎(jiǎng)懲措施以提高認(rèn)識，增強(qiáng)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(jìn)行安裝之前，把本臺區(qū)下的單相負(fù)荷用戶進(jìn)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(jì)量箱處做好相序標(biāo)記，并在實(shí)際運(yùn)行中選擇負(fù)荷集中時(shí)間段對變臺處三相線路用鉗形電流表進(jìn)行負(fù)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(shí)做出調(diào)整。

（3）對于新裝用戶，做好新增單相負(fù)荷的功率分配，同時(shí)將運(yùn)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(fù)荷的變化情況，定期用儀表進(jìn)行測量，及時(shí)擬定平衡計(jì)劃，調(diào)整負(fù)荷分布以期達(dá)到理想的平衡度水平，在實(shí)際工作中形成常態(tài)機(jī)制，不斷完善提高。

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

（5）合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備，提高用戶的功率因數(shù)。由于實(shí)際三相電網(wǎng)并不總是平衡的，單相負(fù)載隨時(shí)大量增加，負(fù)荷變化無規(guī)律，因此對某一相采樣信號所做的電容補(bǔ)償對該相是適當(dāng)?shù)模瑢α硗鈨上嗫赡苁沁^補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，達(dá)不到最優(yōu)的補(bǔ)償目的，所以采用新型無功功率自動(dòng)補(bǔ)配電箱，分相就地補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)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(biāo)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(xiàng)工作提到重要議事日程上來。讓他們用科學(xué)的方法對負(fù)荷進(jìn)行分析，用切實(shí)有效的措施把農(nóng)村低壓電網(wǎng)三相負(fù)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(gè)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(diǎn)見解，當(dāng)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(biāo)為限，在日常工作中經(jīng)常對各類負(fù)荷進(jìn)行調(diào)查，對當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷發(fā)展趨勢有一個(gè)明確的了解，才能做好負(fù)荷分配工作，經(jīng)常對配變主線、支線負(fù)荷電流進(jìn)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。

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