李 偉，楊海綿，曾清清

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的中低壓配電網(wǎng)通過(guò)新農(nóng)村電氣化改造和農(nóng)網(wǎng)升級(jí)改造，在改造中采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料，使配電變壓器和低壓配電網(wǎng)供電能力得到明顯提高，低壓線損逐漸下降.但在低壓配電網(wǎng)中，由于三相用電負(fù)荷的不平衡，產(chǎn)生了不平衡電流，增加了低壓線路和配電變壓器的損耗，降低了配電變壓器的出力，甚至影響配電變壓器和低壓線路的安全運(yùn)行，降低了供電電能質(zhì)量，給低壓客戶的生產(chǎn)、生活正常用電帶來(lái)不便.本文簡(jiǎn)要闡述低壓配電網(wǎng)中三相用電負(fù)荷平衡的重要性和不平衡產(chǎn)生的影響進(jìn)行討論，然后針對(duì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行系統(tǒng)的分析，提出了解決的對(duì)策.

1 低壓配電網(wǎng)中三相用電負(fù)荷平衡的重要性

（1）保持三相用電負(fù)荷平衡是降低生產(chǎn)成本、電能損耗的基礎(chǔ).三相用電負(fù)荷不平衡將產(chǎn)生不平衡電壓、電流，使中性點(diǎn)電壓產(chǎn)生偏移，中性線電流增大，從而增加低壓線路和配電變壓器的電能損耗.根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定：配電變壓器出口處的負(fù)荷電流不平衡度應(yīng)小于10%，中性線電流不應(yīng)超過(guò)配電變壓器低壓側(cè)額定電流的25%，低壓線路主干線及主要分支線的首端電流不平衡度應(yīng)小于20%.

（2）保持三相用電負(fù)荷平衡才能保證客戶端的供電電能質(zhì)量.三相用電負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)稱，配電變壓器中性點(diǎn)電位將會(huì)發(fā)生偏移，低壓線路的壓降和功率損失就會(huì)隨中性點(diǎn)位移電壓增加而增加，造成所接在重負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏低，電燈亮度明顯變暗、電器設(shè)備效能降低或不能啟動(dòng)等問(wèn)題，而接在輕負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏高，可能會(huì)使電器設(shè)備絕緣擊穿，縮短電器設(shè)備的使用壽命或燒毀電器設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)中性線電流過(guò)載燒壞導(dǎo)線，對(duì)于三相用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，三相電壓不平衡會(huì)引起設(shè)備過(guò)熱、效率降低等現(xiàn)象.

（3）三相用電負(fù)荷平衡是保證安全供電、用電的基礎(chǔ).三相用電負(fù)荷不平衡，輕則降低低壓線路和配電變壓器的供電效率，重則會(huì)因重負(fù)荷相超載過(guò)多，可能會(huì)造成某相導(dǎo)線燒斷、開(kāi)關(guān)燒壞，甚至配電變壓器繞組燒毀等嚴(yán)重后果.

（4）三相用電負(fù)荷平衡才能保證三相阻抗平衡，才能確保低壓剩余電流動(dòng)作保護(hù)器正常運(yùn)行，防止人身觸電傷亡事故發(fā)生.

2 低壓配電網(wǎng)三相用電負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的影響

2.1 增加低壓線路的電能損耗

在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，因線路導(dǎo)線存在一定的阻抗，所以電流通過(guò)線路導(dǎo)線時(shí)必將會(huì)產(chǎn)生電能損耗，其電能損耗與通過(guò)電流的平方成正比（W＝I2Rh）.當(dāng)?shù)蛪喝嘤秒娯?fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí)，中性線必有電流通過(guò)，這種運(yùn)行狀態(tài)不但相線有電能損耗，而且中性線也產(chǎn)生電能損耗，從而增加低壓線路的電能損耗.

例1：某條低壓三相四線制線路，用電負(fù)荷為純電阻，供電線路三相導(dǎo)線的電阻均為R＝2Ω，中性線的電阻為r＝2Ω，實(shí)測(cè)A、B、C三相負(fù)荷不平衡時(shí)電流分別為40 A、10 A、10 A.根據(jù)實(shí)測(cè)三相電流值，可以得出中性線電流為30 A.

如果將三相負(fù)荷調(diào)整平衡，使中性線電流為零，即A、B、C三相負(fù)荷電流均為20 A時(shí)，線路消耗的功率

從以上計(jì)算公式推理可知，當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，線路損耗最??；當(dāng)一相負(fù)荷重，其余兩相負(fù)荷輕時(shí)，線路損耗增量較??；當(dāng)一相負(fù)荷重，一相負(fù)荷輕，第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷時(shí)，線路損耗增量較大；當(dāng)一相負(fù)荷輕，其余兩相負(fù)荷重時(shí)，線路損耗增量最大.可見(jiàn)，當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，無(wú)論何種負(fù)荷分配，電流不平衡度越大，線路損耗增量也越大.

2.2 產(chǎn)生中性點(diǎn)電位位移，影響客戶端供電電能質(zhì)量

三相用電負(fù)荷不平衡，造成三相電壓不對(duì)稱，使中性點(diǎn)電位產(chǎn)生位移，并產(chǎn)生位移電壓，三相中用電負(fù)荷大的相電壓就降低產(chǎn)生大電流或出力不足，而用電負(fù)荷小的相電壓升高，對(duì)單相負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓燒壞家用電器，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失.如上例，中性線電流為30 A，接地電阻值為4Ω，則位移電壓U＝IR＝30×4＝120 V.

2.3 增加配電變壓器的電能損耗

配電變壓器是低壓供電網(wǎng)絡(luò)的供電主設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)、生活用電中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相用電負(fù)載不平衡下運(yùn)行，使配電變壓器處于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，造成配電變壓器的損耗增大（包括空載損耗和負(fù)載損耗），從而增加配電變壓器的電能損耗.

配電變壓器在三相負(fù)荷不平衡狀態(tài)下運(yùn)行，在變壓器低壓側(cè)產(chǎn)生零序電流.對(duì)于Y／Y0接線的配電變壓器來(lái)說(shuō)，配電變壓器高壓側(cè)無(wú)中性線，所以高壓側(cè)無(wú)零序電流，低壓側(cè)零序電流產(chǎn)生的零序磁通就不能和高壓側(cè)相互抵消.所以，零序磁通將從通過(guò)配電變壓器的鐵心、油箱壁等鋼鐵構(gòu)件中，因?yàn)殍F心等構(gòu)件本身是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)形成閉合回路并產(chǎn)生電流，使配電變壓器的損耗增加.目前雖然三相用電負(fù)荷不平衡造成配變自身的電能損耗在整個(gè)配電網(wǎng)中損耗不是很大，但是也不能忽視.

例2：某配電變壓器繞組的總電阻為R，分析三相負(fù)荷不平衡電流對(duì)配電變壓器負(fù)載損耗的影響.

2.4 配電變壓器出力不足，甚至?xí)斐膳潆娮儔浩鳠龤?/h3>

配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，其三相繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運(yùn)行工況設(shè)計(jì)的，其繞組性能基本一致，各相繞組額定容量相等，配電變壓器的最大允許出力要受到每相額定容量的限制.

例3：某小區(qū)低壓?jiǎn)蜗嘤秒娙萘繛?00 k W，功率因數(shù)不計(jì)，選擇配電變壓容量.

如果三相用電負(fù)荷平衡，A相＝B相＝C相＝100 k W，配電變壓容量選擇S＝100×Rs（容載比Rs取1.6）＝160（k VA）.

如果三相用電負(fù)荷嚴(yán)重不平衡，A相＝0 k W，B相＝0 k W ，C相＝300 k W，配電變壓容量選擇S＝300×Rs（容載比Rs取1.6）＝480（k VA）.

從上述計(jì)算可知，如當(dāng)配電變壓器處于三相用電負(fù)載不平衡接線下運(yùn)行時(shí)，配電變壓器容量選擇大于平衡時(shí)的容量，負(fù)載輕的一相就有多余容量，從而使變壓器的出力減少，增加設(shè)備投資.如果配電變壓器按三相用電負(fù)載平衡時(shí)選擇，實(shí)際使用中三相用電負(fù)荷不平衡下運(yùn)行，致使用電負(fù)荷大的那相過(guò)載下運(yùn)行，引發(fā)該相繞組發(fā)熱和變壓器油溫升高，繞組過(guò)熱加速絕緣老化，變壓器油過(guò)熱引起油質(zhì)劣化，從而迅速降低配電變壓器的絕緣性能，減少配電變壓器使用壽命（溫度每升高8℃，使用年限將減少一半），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐膳潆娮儔浩鳠龤?

2.5 配電變壓器產(chǎn)生零序電流，局部金屬件溫升增高

配電變壓器在三相用電負(fù)載不平衡下運(yùn)行必將產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三相用電負(fù)載不平衡的程度變化，不平衡度增加零序電流也增加.運(yùn)行中的變壓器若存在零序電流，則鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通，零序磁通通過(guò)油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道，由于鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過(guò)鋼構(gòu)件時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使變壓器的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱.變壓器的繞組絕緣因過(guò)熱加速老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故.2.6 影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行

由于三相用電負(fù)荷的不平衡，導(dǎo)致低壓供電線路上的三相電壓也不平衡，三相電壓不平衡的發(fā)生將導(dǎo)致數(shù)倍電流不平衡的發(fā)生.對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，逆扭矩增加，使電動(dòng)機(jī)的溫度上升、效率下降、能耗增加等影響；對(duì)單相用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，電壓高的一相導(dǎo)致用電設(shè)備絕緣加速下降，增加設(shè)備維護(hù)的成本，縮短使用壽命，電壓低的一相所接的用戶用電設(shè)備可能無(wú)法使用，所以說(shuō)三相用電負(fù)載不平衡運(yùn)行，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行.

3 解決低壓配電網(wǎng)三相用電負(fù)荷不平衡對(duì)策

（1）加強(qiáng)低壓配電網(wǎng)的規(guī)劃工作，在中低壓配電網(wǎng)建設(shè)和改造中對(duì)低壓臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷進(jìn)行合理分配，使配電變壓器布點(diǎn)盡量接近低壓用電負(fù)荷中心，避免扇型供電和迂回供電.在規(guī)劃、建設(shè)與改造中要積極采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料.設(shè)備選擇要注意小型化、自動(dòng)化、節(jié)能型、環(huán)保型，免維護(hù)或少維護(hù).

（2）低壓供電盡量采用三相四線制供電，低壓架空線路架設(shè)困難的配電臺(tái)區(qū)要積極采用四芯電纜或低壓平行集束導(dǎo)線供電至用戶端，減少單相供電，這樣可以在低壓線路改造中最大程度避免三相用電負(fù)荷偏相的出現(xiàn).同時(shí)還要做好低壓裝表接電工作，單相用戶在A、B、C三相的分布盡量均勻，避免出現(xiàn)單相用戶接在一相或兩相電源上，造成用電負(fù)荷嚴(yán)重偏相.

（3）在城鎮(zhèn)TN－C系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)零線采用多點(diǎn)接地，降低零線電能損耗.目前由于三相用電負(fù)荷的分布不平衡，導(dǎo)致零線上出現(xiàn)電流，零線電流在導(dǎo)線上造成一定比例的電能損耗.因此，要求低壓配電網(wǎng)公用主零線采用多點(diǎn)接地，降低零線電能損耗，避免因三相用電負(fù)荷不平衡出現(xiàn)的零線電流而產(chǎn)生的電壓危及人身安全，而且通過(guò)多點(diǎn)接地，降低因零線發(fā)熱等原因造成的零線斷線事故.

（4）農(nóng)村TT系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)中性線接地應(yīng)連接可靠，接地電阻小于4歐姆，三相用電負(fù)荷的分布盡可均勻，從而減少零線電流產(chǎn)生，降低零線電能損耗，降低三相用電負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的零序電流而造成配變臺(tái)區(qū)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（總保）誤動(dòng)，影響客戶正常生產(chǎn)、生活用電等.

（5）積極做好低壓用電客戶的負(fù)荷調(diào)查工作，摸清用電設(shè)備容量以及用電性質(zhì)，還要把低壓客戶的業(yè)擴(kuò)報(bào)裝工作做細(xì)做實(shí)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)線路和客戶報(bào)裝接電時(shí)，根據(jù)三相導(dǎo)線承載能力做到所接用電負(fù)荷盡量均衡.

（6）積極開(kāi)展配電變壓器供電負(fù)荷實(shí)際測(cè)量和調(diào)整工作.在每臺(tái)配電變壓器低壓出口處安裝用電負(fù)荷管理終端，定期觀測(cè)和分析三相電壓、電流的均衡情況，尤其是在用電負(fù)荷高峰期及時(shí)調(diào)整用電負(fù)荷，盡量做到三相用電負(fù)荷均衡.

［1］張蓮瑛.農(nóng)村供電所人員上崗培訓(xùn)教材［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.