油區(qū)配電網(wǎng)三相不平衡防范措施淺析

董玉斌 尚小偉

摘要：長(zhǎng)慶油田所處環(huán)境復(fù)雜，其10kV配電網(wǎng)線路長(zhǎng)、供電半徑大，工業(yè)用電負(fù)荷重，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)因“三相不平衡”而發(fā)生運(yùn)行故障，直接影響到了油田的正常生產(chǎn)。水電廠是長(zhǎng)慶油田唯一的供電單位，職責(zé)就是為油田生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)可靠的電能服務(wù)，而配電網(wǎng)的平衡運(yùn)行，正是保證電能質(zhì)量的前提。依多年的行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就配電網(wǎng)三相不平衡的預(yù)防措施談幾點(diǎn)拙見(jiàn)，以供參考。

引言

隨著長(zhǎng)慶油田采油區(qū)域不斷擴(kuò)大，10kV配電網(wǎng)也隨著油氣區(qū)域的擴(kuò)張而不斷增加，特別是近年來(lái)采油科技和智能設(shè)備的投入，輔助性用電設(shè)備也在逐年加大，大型機(jī)組、設(shè)備投入驟增，10kV配電網(wǎng)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)因“三相不平衡”而發(fā)生運(yùn)行故障、輕則停電停產(chǎn)，重則設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致了大面積停電等重大停電事故，造成了非常大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，避免配電網(wǎng)三相不平衡，盡量達(dá)到理想運(yùn)行狀態(tài)，這是配電線路維護(hù)管理者的責(zé)任，值得分析探討。

1.三相不平衡對(duì)配電網(wǎng)的危害

1.1線路電能損耗增大

油區(qū)配電網(wǎng)都采用的是三相四線制，當(dāng)電流通過(guò)線路導(dǎo)線時(shí)，因存在阻抗必會(huì)定產(chǎn)生電能消耗，由于負(fù)載的存在，將造成三相負(fù)載不平衡當(dāng)然也在所難免。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，中性線就會(huì)有電流通過(guò)，這樣不但相線增加損耗，而且中性線也會(huì)產(chǎn)生一定的電能損耗，從而增加了電網(wǎng)線路的損耗，日積月累，這樣的損耗會(huì)帶來(lái)非常大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2對(duì)變壓器的影響

1.2.1變壓器電能損耗增加。配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)載不平衡工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，將會(huì)造成配電變壓器損耗的增加。

1.2.2變壓器出力減少。配電變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。假如配變處于三相負(fù)荷不平衡工作狀態(tài)，負(fù)載輕的一相就有富余容量，從而使配電變壓器三相出力減少。三相負(fù)載不平衡越大，配電變壓器出力就越少。

1.2.3變壓器壽命縮短。配電變壓器在三相負(fù)載不平衡工作狀態(tài)下運(yùn)行，將會(huì)產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三相負(fù)載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，零序電流也就越大。運(yùn)行中的配電變壓器若存在零序電流，則其鐵芯中將產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配電變壓器的鋼構(gòu)件局部溫度升高，油溫也會(huì)隨之升高，繞組絕緣因過(guò)熱而加快老化，導(dǎo)致變壓器的使用壽命降低，同時(shí)，也會(huì)增加電能損耗。

1.3影響用電設(shè)備安全運(yùn)行

當(dāng)配電變壓器三相負(fù)載不平衡，其各相輸出電流就不相等，其變壓器內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致變壓器輸出電壓也三相不平衡，超出允許范圍。同時(shí)，配電變壓器三相負(fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會(huì)有電流通過(guò)，從而導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)發(fā)生漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，即很容易造成電壓高的一相接帶的用電設(shè)備燒壞，而電壓低的一相接帶的用電設(shè)備則可能無(wú)法使用。所以三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行，使設(shè)備溫升過(guò)快，加速設(shè)備絕緣的老化，直到設(shè)備損壞。

1.4人員觸電

前面說(shuō)過(guò)10KV配電變壓器的三相不平衡運(yùn)行，很容易造成中性點(diǎn)發(fā)生飄移，就會(huì)導(dǎo)致中性線帶電運(yùn)行，由于變壓器外殼與中性線、保護(hù)接地線共用一個(gè)接地網(wǎng)，這樣會(huì)造成變壓器接地線、接地網(wǎng)、工作零線、用電設(shè)備外殼帶電運(yùn)行，在使用電器設(shè)備和觸碰到接地裝置時(shí)，很容易發(fā)生人身觸電傷害和牲畜觸電事故的發(fā)生。

1.5保護(hù)裝置誤動(dòng)作

配電網(wǎng)的保護(hù)元件由三相平衡參數(shù)決定，三相不平衡運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)引起以分量為起動(dòng)元件的多種保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)作，可造成電網(wǎng)跳閘，故障誤判、停電等運(yùn)行事故，嚴(yán)重影響和威脅配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2.配電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)象的主要原因

2.1斷線

在配電線路中，一相斷線但未造成接地，或斷路器、隔離開(kāi)關(guān)一相未接通，電壓互感器保險(xiǎn)絲熔斷等均會(huì)造成三相參數(shù)不對(duì)稱，還有電器設(shè)備各連接點(diǎn)接觸不良也會(huì)造成三相不平衡。

2.2單相接地

單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地，故障相電壓為零或接近于零，非故障相電壓升高 3倍，且持久不變;非金屬性接地，接地相電壓不為零而是降低為某一數(shù)值，其他兩相升高不到 3倍。接地故障引起的三相不平衡往往會(huì)伴隨著重大的停電事故，財(cái)產(chǎn)損失，甚至是人員傷亡。

2.3諧振

隨著油田工業(yè)的飛速發(fā)展，非線性電力負(fù)荷大量增加，比如半導(dǎo)體整流器、逆變器，電力牽引機(jī)車、電弧爐，感應(yīng)加熱器，還有各種半導(dǎo)體調(diào)壓、調(diào)相、調(diào)頻裝置的應(yīng)用，一些負(fù)荷裝置不僅會(huì)產(chǎn)生諧波，還會(huì)引起供電電壓波動(dòng)與閃變，甚至引起三相電壓不平衡。

2.4三相負(fù)載不平衡

油區(qū)電力設(shè)備接入配電網(wǎng)時(shí)，特別是一些大庫(kù)大站的電力設(shè)備的投用，有的只是盲目和隨意的進(jìn)行接入和安裝工作，為了安裝時(shí)的便捷，造成了三相負(fù)荷分配不合理，造成負(fù)載不平衡問(wèn)題。其次，油田區(qū)域，大多數(shù)電路都是電機(jī)動(dòng)力和照明生活用電混在一起的，三相動(dòng)力負(fù)荷和單相用電設(shè)備混合使用時(shí)，如若將所有的單相用電設(shè)備都接入到了同一相上，或是單相設(shè)備功率較大，導(dǎo)致三相負(fù)荷不平衡。

2.5線路超長(zhǎng)

近年來(lái)油區(qū)配電網(wǎng)的建設(shè)，特別是10kV以配電網(wǎng)，總體上來(lái)說(shuō)缺少總體的規(guī)劃，油井打到哪里，配電線路就架到哪里，隨著油井的不斷擴(kuò)展，配電線路只能跟著延伸，導(dǎo)致超長(zhǎng)線路，電能質(zhì)量下降，線路故障率增大。

2.6負(fù)荷不穩(wěn)定

造成用電負(fù)荷不穩(wěn)定的原因有很多，當(dāng)然也包括用戶側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)拆遷、移動(dòng)用電設(shè)備，今天裝上，明天拆除，或者是用電設(shè)備今天增加一臺(tái)，過(guò)幾天再增加一臺(tái)，這些問(wèn)題在油區(qū)是普遍存在的現(xiàn)象。還存在臨時(shí)性用電和季節(jié)性用電的不穩(wěn)定性，比如夏季空調(diào)機(jī)的投入，冬季取暖設(shè)備、加熱裝置的投入，有的電器設(shè)備是單相的，有的電器設(shè)備是多相的，有的電器設(shè)備和電機(jī)不是連續(xù)工作的，而是間歇性的。這樣在總量上、時(shí)間上的不確定和不集中性，使得用電負(fù)荷也不得不跟隨實(shí)際用電情況而不斷變化，影響三相負(fù)載的平衡。

3.配電網(wǎng)三相不平衡防范措施

3.1整治三相負(fù)荷不合理分配

在對(duì)三相負(fù)荷的分配問(wèn)題上，我們要在實(shí)際工作中將每臺(tái)配電變壓器的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真測(cè)量、采集和記錄，做好基礎(chǔ)資料的收集與保管，達(dá)到能夠在一定程度上預(yù)測(cè)和掌握用電負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合線路檢修和變壓器檢修對(duì)變壓器容量達(dá)不到要求的進(jìn)行增容調(diào)整，對(duì)三相負(fù)載分配合理調(diào)整，對(duì)增壓站、井區(qū)部、作業(yè)區(qū)等大庫(kù)大站用電，一定要將生活用電和動(dòng)力用電的配變分開(kāi)進(jìn)行分布，這樣不但便于管理，而且更加經(jīng)濟(jì)和安全可靠。

3.2裝設(shè)平衡裝置

對(duì)于用電設(shè)備多的井區(qū)，可以通過(guò)裝設(shè)平衡裝置，合理地分配三相負(fù)載，實(shí)現(xiàn)三相平衡的目標(biāo)。在一些增壓站、井區(qū)部等大庫(kù)大站的地方，增設(shè)調(diào)整不平衡電流無(wú)功補(bǔ)償裝置，解決經(jīng)常出現(xiàn)的電網(wǎng)中不平衡電流現(xiàn)象。適當(dāng)?shù)恼{(diào)整接線方式，也對(duì)合理分配各相負(fù)荷有一定的作用。

4.結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)慶油田公司和水電廠在配電線路的管理上，投入了大量的財(cái)力、物力和人力，十分注重電力線路有形部分的建設(shè)，但低壓用戶側(cè)的智能電網(wǎng)建設(shè)、安全隱患治理等方面還是缺少研究和投入。面對(duì)配電網(wǎng)三相不平衡的實(shí)際問(wèn)題，不但需要高素質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍，還需要用戶方、施工方、設(shè)備維護(hù)人員協(xié)同合作，各盡其職，充分認(rèn)識(shí)到配電網(wǎng)三相平衡運(yùn)行的重要性。用戶配電線路發(fā)生的很多故障，大多都是因?yàn)槿嗖黄胶庖鸬?，所有的人員只有重視配電網(wǎng)三相平衡運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)作用、安全作用，才能為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，保證油田的正常生產(chǎn)和員工的日常生活。