淺析低壓線路三相負(fù)載不平衡的危害及方法

薛岳山

【摘 要】本文淺析低壓線路三相負(fù)載不平衡時，對配電變壓器、用電設(shè)備形成潛在風(fēng)險，增大了低壓供電網(wǎng)絡(luò)的線路損耗，增強用戶安全用電的不穩(wěn)定性。據(jù)此，并提出了相應(yīng)的解決方法。

【關(guān)鍵詞】三相負(fù)載;不平衡;損耗;方法

中圖分類號： TM75 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0134-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.056

The Harm and Method of Three-phase Load Mbalance of Low Voltage Line

XUE Yue-shan

（Bayannaoer Occupation Technical School，Inner Mongolia Autonomous Region Bayannaoer 015000，China）

【Abstract】This paper analyzes the potential risk to distribution Transformer and power supply equipment when the three-phase load of the low-voltage line is unbalanced， and increases the loss of the low-voltage power supply network and enhances the instability of the user's safe use of electricity. Based on this， the corresponding solutions are put forward.

【Key words】Three-phase load; Unbalance; Loss; Method

0 前言

近幾年，我國農(nóng)村和城市對低壓供配電網(wǎng)絡(luò)進行改建升級，譬如增加變壓器數(shù)量，將變壓器安裝于用電中心區(qū)域，縮小供電范圍，加粗導(dǎo)線線號，增設(shè)供電線路等方法來改善供電系統(tǒng)。但在電網(wǎng)實際運行中，由于220V用戶的隨意增容及用電的隨機性等原因，都會造成三相負(fù)載的不平衡。如果三相負(fù)載不平衡程度較為嚴(yán)重，將會給低壓供電網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備造成不良影響，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性變差，線路損耗較高。

1 存在問題

從線路運行情況分析，十千伏及以上電壓等級的供電線路三相電流比較均衡，而400伏以下電壓供電系統(tǒng)負(fù)載不平衡現(xiàn)象較為普遍。

我國農(nóng)村低壓供電線路一般為“三相四線”制，是動力生產(chǎn)用電與居民用電的混合網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)兼顧其他性質(zhì)的供電。當(dāng)三相負(fù)載電流平衡時，零線電壓為零，電流也為零;如果三相負(fù)載電流不平衡，則零線中有電流，又因零線較細(xì)，線路消耗無形加大，是三相負(fù)載電流均衡時的多倍，輸出電壓明顯降低，設(shè)備安全運行受到威脅等。

據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T對城區(qū)所有配電變壓器的負(fù)荷進行檢測，結(jié)果顯示，三相電流平衡度僅為70%，變壓器不平衡度超過百分之二十的約占30%，夏季用電高峰期可達到45%。由數(shù)據(jù)可知，城市的配電變壓器，三相負(fù)載分配也不均衡，加大了變壓器自身損耗，其輸出容量相應(yīng)下降;變壓器過負(fù)荷，促使其加速老化。同時因負(fù)載不平衡造成供電系統(tǒng)電能損耗約占總耗費的50%以上。所以，我們必須降低因三相負(fù)載不平衡而造成的浪費。

2 負(fù)載不平衡帶來的危害

2.1 加大了供電線路的電能消耗

以三相四線制供電系統(tǒng)為例，負(fù)載均衡地分配到各相時，相電流為I，零線電流為零，其功率消耗：

P=I2uRu+I2vRv+I2wRw+I20R0（1）

式中Iu、Iv、Iw是變壓器輸出三相線路各相電流，I0零線電流;Ru、Rv、Rw是變壓器輸出三相線路各相電阻，R0零線電阻。當(dāng)三相負(fù)荷平衡時Iu=Iv=Iw=I，I0=0;Ru=Rv=Rw=R則

功率損耗為：P=3I2R（2）

當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，零線有電流流過。除三根火線有損耗外，零線也有消耗，進而加大了線路的電能浪費，假設(shè)在最大不平衡時，如一相為3I，其它兩相為零，那么零線電流也是3I，設(shè)該相電阻與零線阻值相等，即R=R0，功率損耗P'為：

P'=（3I）2R+（3I）2R0=6（3I2R）=6P（3）

即最大不平衡時的電能消耗為正常時的6倍。

2.2 加大了變壓器的電能消耗

變壓器在負(fù)載平衡情況下輸出電壓基本穩(wěn)定，即空載損耗是一個恒量。變壓器的三相損耗分別為：

Pu=I2uR，Pv=I2vR，Pw=I2wR（4）式中Iu、Iv、Iw分別為變壓器三相輸出電流，R為變壓器的三相繞阻阻值。

當(dāng)變壓器三相負(fù)載均衡運行時，即Iu=Iv=Iw=I，則變壓器三相消耗為：P=Pu+Pv+Pw=3I2R（5）

當(dāng)變壓器三相負(fù)載不一工作時，其負(fù)載消耗可看成是三只單相變壓器的負(fù)載消耗總和。配變在任意負(fù)荷運行時的功率損耗：

式中Po、Pk是空載損耗和負(fù)荷損耗，Iu、Iv、Iw是變壓器輸出三相相電流，In是配變額定電流。即加大變壓器的能耗，繼而繞組過熱，導(dǎo)致絕緣老化加速，油溫升高，油質(zhì)慢慢變劣，壽命縮短，嚴(yán)重時甚至燒毀繞組。

2.3 變壓器輸出容量減小

若變壓器在三相負(fù)載不均衡條件下運行，則輕負(fù)載此相的使用不會達到其相應(yīng)的輸出額定容量，從而降低輸出。相反負(fù)載重的這相使用量超過其相應(yīng)輸出額定容量，使變壓器該相繞組在過載下運行，即極易引起繞組發(fā)熱，甚至嚴(yán)重時燒損。

2.4 變壓器輸出三相電壓不對稱

當(dāng)三相負(fù)載均衡時，每相電流大小相等，其輸出電壓降也相等，故變壓器輸出三相電壓對稱。如果三相負(fù)載不均衡時，其變壓器各相輸出電流就不相等，負(fù)載重的一側(cè)，電流大，壓降多，負(fù)載輕的一側(cè)，電流小，壓降少，從而造成零點漂移，這必將使其三相輸出電壓不對稱。負(fù)載重的那相，得到的相電壓低，其用電設(shè)備不能正常工作;負(fù)載輕的那相，得到的相電壓高，其用電設(shè)備也不能正常工作，甚至燒壞電器設(shè)備。在這種情況下特別要求在公共中性線上不能加設(shè)開關(guān)及熔斷器，零線要可靠接地，不然將造成更大的危害。

2.5 電動機效率降低

當(dāng)三相負(fù)載不平衡嚴(yán)重時，變壓器輸出三相電壓不對稱。這種不對稱電壓存在著正序、負(fù)序、零序三個分量。當(dāng)該電壓輸入電動機后，正、負(fù)序電壓就會產(chǎn)生相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機轉(zhuǎn)矩下降，效率降低，無功功率增加，繞組溫度升高。所以，電動機在這種情況下運行是非常不安全和不經(jīng)濟的。

3 解決方法

3.1 實測變壓器負(fù)載調(diào)整線路

實測：一是測變壓器二次側(cè)U、V、W三相線電流，零線電流及零線對地電壓，找出三相負(fù)載不平衡較重的一端，并沿著這一端向線路的尾端和分支延伸，以進一步發(fā)現(xiàn)大功率負(fù)載的產(chǎn)生點，以便準(zhǔn)確調(diào)整;二是實測工作要不定期開展，特別是在用電高峰期，或突然發(fā)現(xiàn)有大功率負(fù)載投入運行時，要增加測量次數(shù)，以便準(zhǔn)確地了解設(shè)備的運行情況，即時調(diào)整配電線路，盡量使其平衡。

3.2 重視低壓網(wǎng)的規(guī)劃

在低壓供配電建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況合理分片供電，盡量采用三相四線制供電，三相火線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)顏色黃、綠、紅色線排序，零線為藍色，地線黃綠相間色。從低壓線路架設(shè)到下接單相用戶電表前，對單相負(fù)載應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，均衡地劃分到三相線路上，并做好供配電記錄表。五戶以上居民不易采用單相單表供電，若無法改變，則用粗一些供電線且線路總長不超過20米;電流容量不超10安培，若超過就必須采用三相四線制供電，即盡量多設(shè)三相四線制線路，少用單相線路，縮短線路長度。

3.3 調(diào)整接戶線時，以就地平衡為原則

假設(shè)，1#桿有3條接戶線，U相接戶線月用電量150kWh，V相接戶線250kWh，W相接戶線400kWh，在相鄰的2#桿也有3條接戶線且所接負(fù)荷用電量與1#相同，則應(yīng)把2#桿月用電量150kWh的接戶線調(diào)整到W相，2#桿月用電量250kWh的接戶線調(diào)整到V相，2#桿月用電量400kW的接戶線調(diào)整到U相，這樣l#桿和2#桿接戶線電量相加，基本與V相持平，利用在電線桿上來調(diào)整低壓配電路線的方法來調(diào)節(jié)整體負(fù)載平衡，使零線電流僅在接戶線中流動，不進入主線中以減少損耗。

3.4 三相負(fù)載相對平衡

在綜合調(diào)整后，實測變壓器二次側(cè)三相輸出電流并不完全相稱，原因：假設(shè)在某段時間內(nèi)三相電流完全均衡，每相電流均為50A，若第1相的用戶關(guān)上2臺空調(diào)，電流可能降至38A以下;而第2相的用戶又開啟2臺電蒸爐，電流可能達到60A，顯然相間電流相差22A之大。顯然，三相負(fù)載不平衡情況是無法避免的， 沒有絕對的平衡，但要維持相對的均衡。

4 結(jié)束語

綜上所述，降低供配電線路損耗的有效方法是調(diào)整三相負(fù)載的接入點使之趨于平衡，減少零線電流，降低電能消耗;使變壓器三相電壓對稱輸出，提高動力生產(chǎn)電動機工作效率，保障用電設(shè)備安全高效運行，節(jié)能減排、保護環(huán)境。

【參考文獻】

[1]曾令琴.《供配電技術(shù)》[M].人民郵電出版社，2008.

[2]孫成寶.《配網(wǎng)實用技術(shù)》[M].中國水利水電出版社，1998.

[3]夏國輝.《新編電工手冊》[M].延邊人民出版社，2001.8

[4]劉屏周.《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》[M].中國電力出版社，2016.

[5]田寶森.《低壓供配電實用技術(shù)》[M].中國電力出版社，2018.