浅析低压线路三相负载不平衡的危害及方法 闫攀峰 国网安徽省电力有限公司濉溪县供电公司 安徽淮北 235100

浅析低压线路三相负载不平衡的危害及方法 闫攀峰 国网安徽省电力有限公司濉溪县供电公司 安徽淮北 235100

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，电力系统三相平衡度是体现电能质量的一个重要参数，电力系统的不平衡情况大多为三相电源电压、线路阻值或终端负荷的不对称引起。供电线路的三相电压和电流极易出现不平衡的现象，通过分析三相不平衡问题的影响因素，探讨其造成的危害，提出了相应的解决办法。

关键词：三相不平衡度；三相负荷不对称；配电线路；电力系统；电能质量

引言

三相不平衡是指电力系统三相电流或三相电压幅值不一致的补偿行为，通常情况下这种行为的幅值误差都会超过规定范围条件。随着三相不平衡能力的不断提升，电力系统旋转电机会出现一系列的发热或振动现象，致使变压器的漏磁量逐渐增加，电路中的局部元件出现过热现象，最终引发电网损耗的增大，使多种保护装置进入误动状态。

1三相不平衡的基本概念

在供电线路中，三相平衡主要指三相交流电的电压相等，频率均为50Hz，初始角两两之间构成度数都为120°。三相不平衡是指在电力系统中三相电压(或电流)大小不一致，且初始角超过规定的范围。发生三相不平衡既与终端负荷特性有关，也与电力系统的规划、负荷的分配有关。在三相电源对称的情况下，可以根据中性点位移的情况来判断负载端不对称程度。当中性点位移超过一定程度时，会造成负载相电压严重不对称，使负载的工作状态不正常。GB/T15543—1995《电能质量三相电压允许不平衡度》适用于交流额定频率为50Hz的电力系统正常运行方式下，由负序分量所引起的公共连接点的电压不平衡。该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。

2影响三相不平衡的因素

导致三相电压不平衡的因素有很多，如单相接地线性负载引起的谐振等，电气运行人员要能够快速、正确地分辨是哪种故障引起的，才能快速解决故障，保证电气设备的运行安全。

2.1单相接地短路或单相接零短路

当三相线路的某一项相接地或接零短路时，接地项的短路电流瞬间增大，保险将熔断，但其他两相的对地电压仍为220V，能够正常工作。单相接地虽引起三相电源不平衡，但未接地两相电压值不改变。单相接地短路或单相接零短路虽然对单相用电器不会造成太大的危害，但是对工业三相用电设备会造成严重的设备事故。工业三相用电情况下单相接地分为金属性接地(单相直接接地或者接零)和非金属性接地(零线断线)两种。金属性接地故障，相电压为零或接近零，非故障相电压升高1.732倍，且持久不变；非金属性接地故障，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，此种情况下对设备不会造成不可逆的伤害，只会造成设备停机无法正常运行，但是会造成中性点位移，使零线带电，对设备维修人员维修设备时造成危险，增加维修设备的难度。

2.2单相断线故障

如果单相断线但未接地，断路器、隔离开关某一相未接通或电压互感器保险丝熔断均可能造成三相参数不对称。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相电压均降低，其中某一相较其他二相均低，但电压差值不大，故障现象不明显；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故障现象明显。

2.3三项用电负荷不合理分配

很多电气施工人员并没有专业的三相用电负荷平衡的概念，因此在电气安装的时候并没有意识到要控制三相负荷平衡，只是盲目和随意地进行电路的安装接线，这在一定程度上造成了三相负荷的不平衡。其次，我国的大多数用电线路都是动力和照明共用的，所以在使用单相的用电设备时，用电的效率就会降低，这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。当然客观地说，也不能一概做到三相负荷完全平衡，例如居民小区的三相负荷情况需要根据小区居民的入住率来决定，并不能做到三相当中每一相的用户数量相同。这也说明用电负荷是在不断变化的，其原因在于临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。

3三相不平衡的危害

线路的电能损耗；②增加配电变压器的电能损耗；③配电变压器功率减少；④配电变压器内部产生零序电流；⑤影响用电设备的安全运行；⑥电动机效率降低。在配电网络中，电流流过电网线路时，因存在阻抗，必将产生电能的损耗，其损耗与通过电流的平方不平衡在所难免。三相四线制接线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。

4三相不平衡的解决办法

4.1注重对三相负荷的合理分配

电力系统的平衡不是绝对的，只能尽力做到相对的平衡。在对三相负荷的分配问题上，电力设计安装人员应当在实际工作中对相关的数据进行认真检测和分析，达到在一定程度上预测用电负荷的状态。另外，根据实际运行中负荷的不同情况，适当调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。配电变压器的负荷实测工作看似简单，但是在实际工作中有几点需要注意，一是实测工作不能简单地测量变压器低压侧A、B、C三相引出线的相电流，而且要测量零线上的电流，或者是测量零线(排)对地电压，从而可以更好地比较出三相负荷的不平衡情况；二是实测工作要向低压配电线路的末端和分支端延伸，这样可以进一步发现不平衡负荷的出现地点，确定调荷点；三是负荷实测工作既要定期开展也要不定期开展，尤其是在大容量负荷投运和在高峰负荷期间，要增加实测的次数，通过及时测量变压器低压出线侧和接近用户端的低压线路侧的电流，随时了解设备运行工况，做好负荷的均衡合理分配。

4.2对三相负荷中不平衡电流的治理方法

在一些工业电气设备比较集中、软启动器和变频器功率比较大的地方，或者电气设备需要频繁启停的地方，可以增设调整不平衡电流的无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统的无功，而且也起到调整不平衡电流的作用。在任何一个可以确定的时刻，只要出现了三相不接地的不平衡负载，那么其中的每一个相负载都可以等效为一个电阻和电容并联的形式。因此，在电纳补偿理论的指导下，可以将不同性质但符合补偿原理的情况进行等效分析，以确定相间和相对地间的无功补偿量。当配电变压器要进行不平衡电流的补偿时，应该满足以下原则：一是需要注意到不平衡电流的治理应当首先补偿功率因数，其次调节三相电流不平衡，这两者共同确定了补偿所需要的无功功率；二是在实际的工程施工时，应当采用全容性的治理方式，与电感补偿相区分，避免出现严重过补偿的情况；

结语

电力三项不平衡的问题不容忽视，轻则影响设备使用年限、使用效率，重则直接导致设备损坏，甚至危及人身安全。所以，要从各个方面加强对电力系统三相不平衡问题的治理，改善电力系统运行环境，尽可能消除三相不平衡的影响，使配电线路更安全、更有效的运行。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.电能质量三相电压允许不平衡度：GB/T15543-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3]刘丽平，牛迎水.电力变压器运行损耗与节能[M].北京：中国电力出版社，2018.

[4]康重庆，夏清，刘梅.电力系统负荷预测[M].北京：中国电力出版社，2017.