刍议低压三相负荷不平衡的危害和消除措施

刍议低压三相负荷不平衡的危害和消除措施

张煌

福建骏辉电力建设工程有限公司福建福州350012

摘要：随着电力系统的发展，电网的三相负荷不平衡现象日益突出。当三相负荷分布不对称时，除了可能导致旋转电机转子发热损坏、继电保护误动作、大负荷相设备过负荷等危害外，还将引起配电网线损的严重增加。因此，必须加强低压三相负荷不平衡的危害和消除措施研究。

关键词：低压；负荷不平衡；电力系统

虽然影响电力系统的因素非常多，但正常性不平衡的情况大多是因为三相的元器件、线路参数或负荷的不对称。三相不平衡是指在电力系统中三相电流或电压幅值不一致，且幅值差超过规定范围。各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因。由于城市民用电网及农用电网中存在大量单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。电网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成因三相电压不平衡而降低供电质量，甚至会影响电能变的精度而造成计量损失。

1.形成三相负荷不平衡的原因

正常情况下，在三相四线制低压电力网中，由于各种单相负载的存在，三相负载一般是不对称的。因为一是单相负载连接时，三相负载分配很难做到平衡；二是即使在连接时三相负载分配很均衡，但各个单相负载运行、停止时间也不会做到同时；三是即使在连接时三相负载分配得很均衡，但在使用过程中各相都有可能增加负载。

在非正常情况下三相负载不对称的情况尤为严重，其原因有，一是配电变压器高压侧线路发生一相或两相断线或接地故障；二是配电变压器调压分接开关接触不良，或高、低压侧接头，绕组故障；三是配电变压器高、低压侧一相或两相熔断器熔断；四是低压电网一相或两相线路发生接地或断线故障；五是三相线路阻抗不相等，或电动机三相绕组中有一相或两相发生故障；六是单相负载私拉乱接，或为窃取电价差额，把高电价负荷接到低电价线路上。

2.低压三相负荷不平衡对电网及设备的影响

一是使配电变压器损耗增大。变压器的损耗包括穿戴损耗和负载损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量，而负载损耗则随变压器运行负载的变化而变化，且与负载电流的平方成正比。当变压器输出相同容量的情况下，不对称运行使变压器有功损耗增大。

二是降低变压器出力。由于变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，三相绕组结构性能一致，其最大允许出力受每相额定容量的限制。当不对称运行时，负载轻的相就有富裕容量，从而使变压器出力降低。由于输出容量降低，变压器的备用容量亦相应减小，同时过载能力也降低。

三是使各相电压不平衡。由于三相配电变压器是按对称运行情况设计的，三相负载对称时，三相电流相等，则变压器的内部压降相同，所以输出电压是对称的。当三相负载不对称时，各相电流不一致，因此各相在变压器内部的电压降低就不相等，造成三相输出电压不对称。当变压器三相负载很不平衡时，中性线电流较大，由于中性线具有较大的阻抗压降，从而使中性点位移，引起各相电压畸变，降低电能质量，影响各相负载的正常运行。

四是使零序电流增大，导致配电变压器局部金属件温度升高。三相负载不平衡运行下的配电变压器，必然产生零序电流，这个零序电流随不对称程度大小而变化，不对称程度越大，零序电流就越大。零序电流在变压器铁心中产生零序磁通，这些零序磁通在变压器的油箱壁及钢构件中通过，构成通路。而这些钢构件设计时不考虑导磁，所以由此引起的磁滞和涡流损耗，造成配电变压器局部金属件温度升高，并使功率损耗增加，严重时将导致变压器运行事故。

五是降低电动机的效率。由于变压器三相负载不平衡引起的不平衡电压，存在着正序、负序和零序3个电压分量，当通入电动机后，负序电动势就产生与正序电动势相反的旋转磁场，起到制动作用，由于正序磁场比负序磁场强，电动机仍与正序磁场旋转方向一致。但由于负序磁场的制动作用，使电动机输出载率减小。如果电动机的中性线接保护中性线，还将有零序电流通过，这个零序电流在绕组上消耗电能，增加电动机发热，同时，这个零序电流还产生一个脉振磁场，消耗较大的无功功率。

3.减少三相负荷不平衡的措施

一是为了取得三相负载的对称，三组单相接户线应尽量由同一电杆上分别从U，V，W三相引下，且三组单相接户线的负载应尽量平衡。二是定期测量三相接户线的负载，检查三相负载是否平衡。不平衡时，应及时进行调整。三是减少单相接户线的总长度，一般不超过20m，且负载电流超过10A时，必须从三相四线制线路上引出，如距三相四线制线路较远，应重新架设三相四线制线路。四是三相四线制线路上所带的电焊机，应根据电焊机台数，分别规定出所接电源的相别，并尽可能规划出其使用时间。

4.小结

三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。重则变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，造成较大的经济损失，轻则带来不便。因此，必须加强低压三相负荷不平衡的危害和消除措施研究。

参考文献：

1.张立琴.贺洁，三相不平衡的危害及解决措施[J]，技术与市场，2009年08期

2.王茂海.孙元章，通用瞬时功率理论在三相不平衡负荷补偿中的应用[J]，中国电机工程学报，2003年11期

3.梁志祥，如何减少配电网三相不平衡运行的配网线损[J]，建材技术与应用，2008年01期