電網(wǎng)系統(tǒng)低壓三相不平衡負(fù)載問(wèn)題與對(duì)策探析

宋仁平 吳玉新 王明儉 張建華

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730030；2.國(guó)網(wǎng)甘南供電公司，甘肅 甘南 747000；3.國(guó)網(wǎng)甘肅節(jié)能服務(wù)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

我國(guó)低壓電網(wǎng)系統(tǒng)多采用三相四線制連接方式，當(dāng)單相負(fù)載不均衡等問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，配電變壓器就會(huì)處于三相不平衡運(yùn)行狀態(tài)，造成配變損耗與線路損耗等負(fù)載問(wèn)題，同時(shí)影響電能質(zhì)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(hù)用電不均衡等問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致三相不平衡，因此三相不平衡運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)都可能發(fā)生，必須完善相應(yīng)對(duì)策。

一、中性線斷裂影響電能質(zhì)量

當(dāng)三相負(fù)載在不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)下依舊工作運(yùn)行時(shí)，配電變壓器的三相電流會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象，此時(shí)中性線就會(huì)產(chǎn)生零序電流。而零序電流感受到電動(dòng)勢(shì)的變化之后會(huì)造成二次側(cè)電壓不對(duì)稱(chēng)，中性點(diǎn)會(huì)有移位現(xiàn)象發(fā)生。因此，在實(shí)際情況中，中性線電流的正常運(yùn)行常常會(huì)因?yàn)槿嘭?fù)荷不平衡而受到影響，出現(xiàn)電流過(guò)大現(xiàn)象，造成中性線斷線事故。例如，當(dāng)中性線斷裂時(shí)，A相正與B相連接，燈甲與燈乙會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)現(xiàn)象，380V的電流力量就直接加在燈甲與燈乙上。而類(lèi)似這種電阻大的小功率電器在大量電流通過(guò)時(shí)，承受的電壓過(guò)大，導(dǎo)致電器被燒毀。

某供電公司在統(tǒng)計(jì)由于中性線故障而導(dǎo)致家用電器被燒壞的事故數(shù)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，2009年出現(xiàn)事故16起，2010年出現(xiàn)事故28起，2011年出現(xiàn)事故33起，逐年上升的事故數(shù)量讓電力企業(yè)不得不對(duì)此更加重視。而根據(jù)居民家用電器損壞相關(guān)辦法規(guī)定，供電公司要對(duì)出現(xiàn)這一問(wèn)題的居民進(jìn)行經(jīng)濟(jì)賠償。這不僅影響了居民的正常生活，也導(dǎo)致供電公司出現(xiàn)較大經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)，當(dāng)三相不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，變壓器一次側(cè)無(wú)零序電流，二次側(cè)則因零序電流形成勵(lì)磁電流，并且隨之產(chǎn)生零序磁通，造成電流無(wú)法在鐵心閉合，只能利用鐵箱壁閉合，進(jìn)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(jì)算為：。其中，三相負(fù)荷電流分別為IA，IB，IC，二次測(cè)電阻為 R1。

三相平衡狀態(tài)下每相組的電流應(yīng)該為（IA+IB+IC）/3此時(shí)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(tài)所產(chǎn)生的附加損耗是 △Pf=Pf1-Pf2。 若某供電臺(tái)區(qū)的配電變壓器型號(hào)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(shí)測(cè)某一時(shí)刻的電流 IA=181A，IB=235A，IC=269A，I0=81A，則可以根據(jù)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?yàn)槿嗖黄胶?，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(yùn)行時(shí)，輸電線路損耗極大（如表1所示）。

表1 電流模值、相角及網(wǎng)損關(guān)系

由表1可知，要想避免損耗，就必須要保持三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)；而當(dāng)其相等且相角不對(duì)稱(chēng)時(shí)，此時(shí)則能達(dá)最低線損；反之，當(dāng)三相電流模值不等且相角對(duì)稱(chēng)時(shí)，損耗就會(huì)增加。損耗明顯與相角以及電流模值存在聯(lián)系，要想控制線損，就應(yīng)該控制三者之間的平衡關(guān)系。

三、解決三相不平衡負(fù)載問(wèn)題的相關(guān)對(duì)策

在低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行中，無(wú)法完全避免三相不平衡狀態(tài)的發(fā)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(wèn)題的方式較多，主要可以從以下兩個(gè)方面采取措施。

（一）管理上的相關(guān)對(duì)策

1 加強(qiáng)配變電壓器的日常維護(hù)。為了保證配電變壓器時(shí)刻都能正常運(yùn)行，需要定期檢查沒(méi)有裝置配變檢測(cè)儀的地方，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電壓器的三相負(fù)荷電流是否出現(xiàn)問(wèn)題。若問(wèn)題較為嚴(yán)重，則要及時(shí)將線路所帶負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，保持其分配比例的正常，讓三相負(fù)荷回到平衡狀態(tài)。此外，要定期實(shí)時(shí)跟蹤已經(jīng)裝置配變電壓器檢測(cè)儀的地方，查看檢測(cè)儀是否在正常進(jìn)行工作，并且記錄三相電流不平衡情況，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，有效調(diào)整線路所帶負(fù)荷分配比例。

2 應(yīng)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(shí)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(shí)，要保證中性線在工作中能夠穩(wěn)定輸送電流，不得在中性線上安裝熔斷器和開(kāi)關(guān)、刀閘之類(lèi)的設(shè)備，以免造成更大電力事故的發(fā)生。

（二）技術(shù)上的相關(guān)對(duì)策

由于三相不平衡現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，許多廠家都已經(jīng)注意到這一現(xiàn)象，并且研發(fā)出許多調(diào)補(bǔ)裝置。在滿足一定條件后，供電企業(yè)可以進(jìn)行調(diào)補(bǔ)裝置的安裝工作，雖然調(diào)補(bǔ)裝置種類(lèi)繁多，但其工作原理是相同的。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)補(bǔ)裝置內(nèi)部都有十二臺(tái)電力電容器，單相400V，在控制三相不平衡時(shí)，每一臺(tái)電容器都能與相線或零線相接，實(shí)現(xiàn)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(gè)配變電壓器的容量都不相同，可以根據(jù)實(shí)際情況決定調(diào)補(bǔ)裝置內(nèi)的電容器組數(shù)量，利用負(fù)荷系統(tǒng)產(chǎn)生的電感，讓最終投入的補(bǔ)償量達(dá)到系統(tǒng)需要的無(wú)功補(bǔ)償量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整三相不平衡的目的。

結(jié)語(yǔ)

本文將三相不平衡造成的影響進(jìn)行逐一分析，然后從管理與技術(shù)方面提出了盡量完善三相平衡的優(yōu)化對(duì)策。望相關(guān)部門(mén)能夠重視電網(wǎng)系統(tǒng)低壓三相不平衡負(fù)載問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行解決，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降損、提高供電質(zhì)量的目標(biāo)。

[1]張歡.基于用戶(hù)分類(lèi)的低壓配網(wǎng)三相平衡化降損研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2013.

[2]林志雄,陳巖,蔡金錠,李天友.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響及治理措施[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2009,03:63-67.