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1、三相负荷不平衡的原因及危害关键词低压电网、三相负荷不平衡三相负荷不平衡、安全供电、降低线损降低线损 1 引言农网改造中采取了诸如配电变压器放置在负荷中心，增添配电变压器数目，缩短供电半径，加大导线直径，增加低压线路，用电户电能表集中安装等措施，极大地改变了农村低压电网状况，给我们建造了一个好的电网“硬件”。但若“软件”配套不好，尤其是三相负荷不平衡，则不能挖掘出这个好“硬件”的内部潜力，致使低压电网的可靠性和稳定性差，线损率较高。2 三相负荷不平衡的原因低压电网三相负荷失衡有以下数种原因：（1）低压电网三相负荷不平衡要增加损耗，固然是是早已被提出来了的。但在农网改造前，由于农村低压电网不在电业
2、部分的必管范围，设备线路状况极差，线损很高，收不够上缴电费就涨电价，即线损水平虽高但降损的压力不大。农村照明等单相负荷很小，只占总用电负荷的 520左右，故虽进行过低压整改，多是把配电变压器移到负荷中心、改造低压线路、整改户内线路等。三相负荷不平衡由于是较次要的因素，没有也不可能引起人们足够留意，故实践很少，亦不可能提出调平三相负荷的具体方法。（2） 农网改造由于规模大、任务重、时间紧，不可能面面俱到（如规划调平三相负荷）；加之改造资金有限，为了降低用度，架设了一定数目的单相两线线路，尤其是低压分支线路中，单相两线线路占一定比例；还有在下户线接火施工中，一些施工职员素质低，没有三相负荷平衡的概
3、念，施工中或随意接单相负荷，或为了不接成 380V，把单相负荷都接到中间两根线上。这在一定程度上加重了三相不平衡度。（3） 运行治理中，农村低压线路虽多为三相四线，但很多没有留意到把单相负荷均衡的分配到三相上，也不知道该怎样做才能均衡，造成某相或某两相负荷过多。更有甚者，有些地方供电所部署对于只有单相负荷且量值较小的三相四线线路，停用两根相线，只用单相两线供电，加重了三相不平衡度。（4） 有的各相负荷看上往比较接近，各相电流也较相近，但中性线电流却很大，甚至超过最大相电流，这是因三相负荷的性质不同所引起的。如某三相四线供电线路，测得相电压 UA=UB=UC=220V，I A=IB=4A，I C
4、=3.2A，I N=4.2A。为了验证 IN的值，测得各相负荷的相位 A= B=40， C=0，则 ZA和 ZB中必有一相为感性，一相为容性。设 ZA 为感性， Z B为容性，向量图如图 1 所示。I AI B=2cos20I A=7.5（A）则 IN =I AI BI C=4.3（A），理论计算和仪表丈量结果基本吻合，说明中性线电流大确因三相负荷的性质不同所引起。（5） 近年来，农村经济飞速发展，农民生活迅速进步，尤其是农网改造完成及“同网同价”实施后，农村家庭除照明电器增多外，大量的中、高档、大功率的家用电器进进平常百姓家，例如电饭煲、电水壶、电炒锅、电热水器、电取热器、小水泵等，单台容量
5、大多数在 8002000kW，都是采用单相（220V）电源，单相负荷激增；而另一方面，随着产业的发展，农村方便食品（如方便面、挂面）销售量增多，农户加工馒头、面皮、米皮出售等新生事物纷纷涌现，农副业加工量减少，农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面。据了解，现在一般农村单相负荷已占总负荷的 70以上，富裕地方达到 90以上，经济较差的农村也占到 5060。在单相负荷用电量极大增长的情况下，若不留意三相平衡，可能使低压电网的三相不平衡度很大，电网技术状况很差。3 三相负荷不平衡的危害3.1 对配电变压器的影响（1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压
6、器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。从数学定理中我们知道：假设 a、b、c 3 个数都大于或即是零，那么 a+b+c3 3abc。当 a=b=c 时，代数和 a+b+c 取得最小值：a+b+c3 3abc。因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：QaIa 2 R、Qb= Ib 2 R 、Qc =Ic 2 R，式中Ia、Ib、Ic 分别为变压器二次负荷相电流，R 为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：Qa+Qb+Qc3 3（Ia 2 R）（I
7、b 2 R）（Ic 2 R）由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当 Ia=Ib=Ic 时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。则变压器损耗：当变压器三相平衡运行时，即 Ia=Ib=Ic=I 时，QaQbQc=3I 2R；当变压器运行在最大不平衡时，即 Ia=3I，Ib=Ic0 时，Qa=(3I) 2R=9I2R=3(3I2R)；即最大不平衡时的变损是平衡时的 3 倍。（2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：上述不平衡时重负荷相电流过大（增为 3 倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，尽缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的尽缘性能，减少变压器
8、寿命（温度每升高 8，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。（3）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高：在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。3.2 对高压线路的影响（1）增加高压线路损耗：低压侧三相负荷平衡时，610k V 高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为 I，其功率损耗为： P 1 = 3I
9、2R低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为 1.5I，另外两相都为 0.75 I，功率损耗为：P 2 = 2（0.75I） 2R（1.5I） 2R = 3.375I2R =1.125（3I 2R）；即高压线路上电能损耗增加 12.5。（2）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：我们知道高压线途经流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线途经流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。3.3 对配电屏和低压线路的影响（1）三相负荷不平衡将增加线路损耗： 三相四线制供电线路，把
10、负荷均匀分配到三相上，设每相的电流为 I，中性线电流为零，其功率损耗为： P 1 = 3I2R在最大不平衡时，即某相为 3I，另外两相为零，中性线电流也为 3I，功率损耗为：P 2 = 2（3I) 2R = 18I2R = 6（3I 2R)；即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的 6 倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失 1200 kWh，则平衡时只损失 200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。（2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：上述不平衡时重负荷相电流过大（增为 3 倍），超载过多。由于发热量 Q0.24I 2Rt，电流增为 3 倍，则发热量增为 9 倍，可能造
11、成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的 50，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。3.4 对供电企业的影响供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电本钱，另一方面停电检验、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。3.5 对用户的影响三相负荷不平衡，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。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。
