农村低压电网三相负荷不平衡解决探究

农村低压电网三相负荷不平衡解决探究

罗文科

苏文电能科技股份有限公司213145

摘要：根据《国务院办公厅转发国家发展改革委关于“十三五”期间实施新一轮农村电网改造升级工程意见的通知》（国办发〔2016〕9号）文件相关指示精神，过去两年，农网改造项目急剧增加，电力公司在为“我国农村地区基本实现稳定可靠的供电服务全覆盖，供电能力和服务水平明显提升，农村电网供电可靠率达到99.8%，综合电压合格率达到97.9%，户均配变容量不低于2千伏安，建成结构合理、技术先进、安全可靠、智能高效的现代农村电网”的目标积极奋斗。然而，在大量的农网设计及运行实践中，由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入、单相负载用电的不同时性以及各相负荷值不稳定的情况无法消除，低压电网的三相不平衡一直是困扰用电管理单位及设计单位的主要问题之一。如何最大限度地解决低压电网的三相负荷不平衡问题，就成为农网运行安全高效节能及设计优化共同研究的课题。本文将针对解决农村低压电网三相负荷不平衡问题进行简要的分析及探究。

关键词：农村；低压电网；三相不平衡

引言

随着随着我国经济水平的不断提高，我国国民的生活水平也呈现出不断上升的趋势，国家对农村经济社会繁荣也越来越重视，使得农村电网建设成为“十三五”期间电网改造升级的重头戏。而在过去和现在农村电网改造升级过程中，由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入、单相负载用电的不同时性以及各相负荷值不稳定的情况无法消除，低压电网的三相不平衡一直是困扰用电管理单位及设计单位的主要问题之一，据不完全统计，农村低压电网三相负荷不平衡率达35%-60%，住宅小区低压电网负荷不平衡率达30%-50%。这就要求电力运营管理单位及电力工程设计单位积极探究解决农村电网三相不平衡问题的优良解决方案。

1农村低压电网三相不平衡产生原因分析

农村低压电网大多是10kV或20kV电压经变压器降压至0.4kV后，以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。

1.1在农村用户接入电网时，设计部门及用电管理部门施工人员应将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上，理论上使三相负荷处于平衡状态。但是在农村低压电网实际运行中，由于线路三相的标志不清晰、接线施工人员的大意及单相用户随意增容、大功率单相负载接入、单相负载用电的不同时性及农村外出务工人员房屋的闲置问题等，这些情况都回造成三相负载不平衡。

1.2相间短路，相线与零线短路，会造成三相电压，电流不平衡。

1.3电压波动，造成电压不平衡，进而导致三相电流不平衡。

由于上述1.2及1.3是在设备选择及运维可控范围内，因此目前农村低压电网产生三相负荷不平衡的主要原因为上述1.1的情况。

2农村低压电网三相负荷不平衡的危害

农村低压电网三相不平衡轻则降低线路和配电变压器的出力（供电效率），严重的会因重负荷相超载过多，造成重负荷相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁的严重后果。

2.1在三相四线制的农村供电网络中，电流通过导线时，因导线存在阻抗，因此必将产生电能损耗，损耗与通过电流平方成正比。当三相负载不平衡运行时，中性线有电流通过，这样不但A、B、C相线有损耗，而且中性线也产生损耗，因此会增加农村电网线路的综合损耗。

2.2配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的，当配变在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。

2.3配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相有富余容量，而负载重的一相可能已经达到或超过该相额定容量，从而使配变的出力减少，严重时甚至会造成配变烧损，同时负载重的一相可能发生导线烧毁等情况。

2.4不对称运行和单相运行是三相四线制电路中产生零序电流的主要原因。在农村电网中，即三相不平衡负载是使配变产生零序电流的主要原因。零序电流随三相不平衡程度而变化，不平衡程度越大，零序电流则越大。零序电流达到一定值，可触发保护继电器动作跳闸，造成停电；配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。（高压侧没有零序电流）这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。

2.5在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不同，中性线就会有电流通过，发生零序电流，使中性线产生阻抗压降，中性点处于偏移状态，各相的相电压发生变化。负载重的一相或者两相电压会降低，而负载轻的一相或两相电压升高。在电压偏移移状态下供电，极容易造成电压高的一相用户侧的用电设备烧坏。而电压低的一相用户侧用电设备则无法使用。这就严重危及用电设备的安全运行。

3农村低压电网三相负荷不平衡度标准

衡量低压电网三相负荷不平衡程度的计量单位为不平衡度，如下式：

其中：βx─X相电流不平衡度

Imx─X相的最大电流值

Iav─三相的平均电流值

国标《GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡》规定，电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3％，根据连接点的负荷状况，邻近发电机，继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动，但必须满足电力系统公共连结点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％的规定。

《配电变压器运行规程》（DL/T1102-2009）及国标《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）中的相关规定，当配电变压器的三相负载不平衡时，应监视其最大相的电流。对于接线方式为Yyn0（或YNyn0）的配电变压器，中性线电流的允许值为额定电流（相电流）的25%；对于接线方式为Yznll（或YNznll）的配电变压器，中性线电流的允许值分别为额定电流（相电流）的40%，或按制造厂的规定。

《架空配电线路及设备运行规程》（SD292-1988）中规定，变压器的三相负荷应力求平衡，三相负荷不平衡度不应大于15%，只带少量单相负荷的三相变压器，中性线电流不应超过额定电流的25%。其中“只带少量单相负荷”是指变压器的负荷很小或者专用变压器正常负荷停用后，只有单相照明负荷，为了减少线路投资和便于控制，允许零线电流在不超过额定电流的25%情况下运行。

通过以上规程规范分析，农村低压电网中三相电流不平衡度标准应为：三相电流不平衡度不超过15%；对于接线方式为Yyn0类型的配电变压器，中性线电流的允许值小于相额定电流的25%。而据目前运行统计分析，我国城市及农村低压电网三相不平衡度未达该要求。

4农村低压电网三相负荷不平衡解决

4.1从设计阶段起就要对农村低压电网三相不平衡问题引起足够的重视，要求运行单位配合设计单位在设计图时将三相负荷进行均匀分配。施工阶段要监管到位，不能存在因疏忽或轻视的原因随意分相的情况。但必须要注意，均衡分配负荷不仅仅是形式上看来每相接单相负荷用户总数的三分之一，而是要把其中用电负荷、漏电情况在同一等级的用户也均衡地分配到三相上。具体操作为：将不对称负荷分散接在不同供电点，减少集中连接造成不平衡度过大超标的问题；适用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相；加大负荷接入点短接容量，即提高系统承受不平衡负荷的能力（提高设备和线路等级）。

4.2安装三相负荷不平衡自动调平装置。将自动调平装置安装于变压器的出口处，在每处四线分二线分支处安装换相开关；由换相开关采集其设备的三相电压、电流等基本数据，换相开关将检测到的信号通过载波或射频传输至自动调平装置；自动调平装置则将检测到的信号就地分析或通过GPRS网络或光纤将数据传输至主站后台进行分析，而当检测到三相不平衡隐患存在时，由自动调平装置就地或由主站发送指令至自动调平装置上，调平装置通过控制换相开关实现三相负荷的自动平衡。

4.3农网三相四线安装到户，积极研发三相负荷不平衡自动调平智能电表，即在现有智能表基础上，增加三相负荷不平衡自动调平模块（该模块具有自动换相功能），再由自动调平模块将检测到的用户信号通过载波或射频传输至集中器，由集中器通过GPRS网络或光纤将数据传输至主站后台进行分析，当检测到三相不平衡隐患存在时，由主站发送指令至电表换相模块实现自动换相，实现三相负荷的自动平衡。

5结论

综上所述，农村低压电网三相不平衡问题对于运行单位至终端用户侧，均是不可忽略的影响系统可靠性、安全性及系统经济运行的重要影响因素。

目前从国家对农村电网的大量轮番投资及改造要求足见国家对农村用电重视程度。为切实保证农村低压电网用户用电的安全、可靠及经济运行，诸多电力研究及设备开发单位积极参与研究低压配电系统低压用电问题的解决方案，而农村低压电网三相不平衡问题就是其中重要的环节之一。

根据低压配电网接线方式、台区负荷及用户分布情况，可通过在农村低压电网改造时将三相负荷进行均匀分配、安装三相负荷不平衡自动调平装置及研发和推广三相负荷不平衡自动调平智能电表（模块）等方式，解决农村低压电网三相不平衡超标问题，从研发、设计、施工到运行充分重视该问题，从而保障农村低压电网的安全、可靠、经济运行。

参考文献：

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