配电网三相电压不平衡的治理探析

配电网三相电压不平衡的治理探析

陈京齐王攀王光猛詹吉勇

陈京齐王攀王光猛詹吉勇

（国网山东禹城市供电公司）

摘要：本文分析了配电网中三相不平衡电压的产生原因。首先，提出负荷不平衡，自动消弧装置和电网元件不对称是产生三相电压不平衡的主要原因。分析了三相四线制供电系统中，中性点电位偏移的原因、后果及防护措施，最后提出了解决的对策。

关键词：配电网；三相电压；不平衡；治理

一、三相电压不平衡定义

三相电压不平衡是指在电力系统的电力输送过程中，各相线路之间的电压不相等，当幅值差超出了规定的范围时，就会形成三相电压不平衡的现象。

二、三相电压不平衡现象

理论上，三相交流电力系统，三相电压应该是等幅值、同频率、初相依次相差1200角，称之为三相平衡系统。然而在真实的电力系统中，大量采用了三相四线制接线方式，且配电变压器为Y/Ynu接线，存在很多的单相负载，因此配电网中三相电压大小和相角不相同的现象非常普遍，称之为三相电压不平衡。三相电压不平衡是一种非常普遍的电能质量问题。

三、三相电压不平衡的产生原因

配电网中三相电压不平衡的产生原因有很多，可以归结为事故性和正常性两大类。事故性的不平衡是由于系统故障引起的，例如一相或两相断线，单相接地故障等。这种不平衡工况是系统运行所不允许的，一般由继电保护、自动装置动作切除故障元件后在短期内使系统恢复正常。本文将对正常不平衡运行工况进行详细论述。

3.1由事故引发的三相电压不平衡

（1）单相接地故障

单相接地虽引起三相电压不平街，但电压值不改变。单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地相电压为零，其他两相电压升高1.732倍；非金属性接地相电压不为零，而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。

（2）断线故障

断线不但引起三相电压不平衡，也引起线电压值改变。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但接近。本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。中性线一旦断开，则会引起断线点之后的中性线电位偏移，使各相负载电压不平衡，甚至引发严重的事故。

（3）母线电压互感器熔丝熔断引起的三相不平衡运行

母线电压互感器一相一次熔丝熔断，现象为一相电压大幅度降低，其他两相电压有不同程度的降低。

母线电压互感器一相二次熔丝熔断，现象为一相电压为零，另外两相电压正常。

3.2正常性的三相电压不平衡

（1）三相负荷不平衡

随着我国国民经济的蓬勃发展，电力网负荷急剧加大，出现了大量不平衡负荷，特别是一些单相大容量负荷以及冲击性、非线性负荷（例如电弧炉、工频感应炉、石墨化炉、电力机车、单相电焊机）。

导致三相负荷不平衡，主要有以下几点原因：

①配电设计时，没有把单相用电设备均衡地分配到三相中去。

②配电设计中，无法使单相负荷对称。生产中的负荷，不仅大小（功率或容量）不同，而且性质（感性、容性或阻性）也不同，要使三相负荷完全平衡，在实际中是很难做到的。

③即使设计时三相负荷基本平衡，但在运行时由于各种用电设备工作时间上的不同步，也会造成不平衡。

三相负荷不平衡将引起中性点位移，若零线接地不符合要求，中性点会随负荷的变化而飘移，会产生“零点漂移电压”，造成A、B、C三相电压发生畸变，有的相电压升高，有的相电压降低，使电网三相电压不平衡日趋严重。这样负载重的一相可能已经达到或超过变压器的额定负载，若继续增加负载，就有可能损坏变压器，即使没有损坏变压器，也会因该相分担电压太低而使用电设备因电压过低而无法正常运转，使所带负荷小的一相的电压最大，引起电压升高10%～20%的现象时有发生，甚至接近线电压，危及电力系统的安全和经济运行。

（2）线路换位不完善、线路参数不平衡

由于输电线路各相对地电容不相等，会造成中性点电位产生偏移，使配电系统三相电压不平衡。

三相对地电容不平衡的主要原因有：

①输电线路的架设不能保证三相完全对称，导线换位不完普、线路参数不平街。

②线路三相导线均里三角排列，结构上造成中相（在不换位情况下，一般为B相）相对于其它两相对地距离大，即中相对地电容相对较小。

?三相所接电容型设备不平衡，其影响最大的是单相耦合电容器。

当系统对地参数不一致或对地负荷不平衡时，系统会产生工频位移电压。

系统对地感抗或系统对地客抗任一部分出现不平衡，都会导致系统阻抗不相等，导致系统中性点位移。在一般的系统中容易出现系统对地感抗部分不平衡，主要原因是系统中Y0接线的电磁式电压互感器由于各种原因导致铁芯磁饱和，从而使对地感抗部分不平衡。该种原因引起的电压不平衡主要表现足一相电压降低，两相电压升高，类似单相接地表现。一般不接地系统对地容抗主要是由絮空电力线路、电力电缆的对地电容组成。

（3）自动补偿消弧装置

在110kV以下等级的配电系统中普遍采中性点经自动补偿消弧装置接地的运行方式，困自动补偿消弧装置能自动实时监测电网的电容电流并跟踪其变化，可以将输电线在单相接地时流经故障点的电容电流（过补偿情况下变成少量的感性电流）控制在较理想的范围内．可靠地熄灭系统单相接地点处的电弧，使其不至于发展成相间短路而引起线路跳闸，保证了电网的正常运行。故它目前已基本取代老式消弧线圈而广泛应用于国内配电网。但自动补偿消弧装置在实际运行中加剧了中性点的位移而破坏了相电压的平衡性。电网接入消弧装置前由于三相线路的不对称性，在中性点将出现一个不对称电压（忽略电网的阻尼率）。

四、改善三相电压不平衡的对策

针对目前三相电压不平衡存在的不同产生原因，遵循“谁污染谁治理”的原则，提出能有效抑制三相电压不平衡的解决对策，来提高电能质量。

4.1三相负荷不平衡引起三相电压不平衡的改善对策

由负荷不平衡引起的配电网三相电压不平衡可以采用下列方法来解决：

（1）将不平衡负荷分散接到不同的供电点，以减少集中连接造成不平衡度超标问题。

（2）使不平衡负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化。

（3）将不平衡负荷接到更高电压等级上供电，以使连接点的短路容量SK足够大（例如对于单相负荷，SK大于50倍负荷容量时，就能保证连接点的电压不平衡度小于2%）。

（4）采用平衡装置。

4.2针对线路参数不平衡的改善对策

针对线路参数不平衡可采用如下对策：

（1）线路换位调相：

（2）调整三相所接的耦台电容器数量。

一般情况在运行电网中进行线路换位调相比较困难，而调整耦合电容器相对来讲较容易实现，以达到改善三相不平衡电压的目的。

4.3自动补偿消弧装置引起三相对地电压不平衡的改善对策

自动补偿消弧装置接入配电网造成三相对地电压不平衡的根本原因是由于中性点位移电压的急剧升高使相对地电压严重偏离对称的三相电源电压所致，所以必须限制位移电压的幅值，使其不大于5%E。

结语

本文针对配电网三相电压不平衡的产生原因，提出解决对策。但是，由于配电网线路复杂，用电设备多，还需要在实际线路上进行试验，寻找理论方法与实际应用的最佳结合点。

参考文献：

[1]段炜、王桔红，配电网三相电压不平衡的影响与治理；科技视野，2012，（07）

[2]王大伟.不平衡电压下双馈风力发电机的控制策略[会议论文]-2010

[3]储卓皓.配网三相电压不平衡分析与处理[J].江苏电机工程.2010（06）