徐福強

【摘 要】文章分析了農(nóng)村配電變壓器三相負荷不平衡的情況，闡述了三相負荷不平衡的危害，提出了三相負荷不平衡的管理措施。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村；配電變壓器；三相負荷不平衡；危害；管理措施

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及國家家電下鄉(xiāng)等一系列惠農(nóng)政策的實施，農(nóng)村居民的家用電器迅速增加，電冰箱、電磁爐、空調(diào)等各類高檔家電紛紛進入農(nóng)民家中，農(nóng)村村莊配變的用電量中在整個農(nóng)村電網(wǎng)中所占比例也越來越大。農(nóng)村公用配變普遍采用三相四線供電方式，由于農(nóng)村村莊單相負荷居多其開關(guān)的隨意性，加上三相負荷分配不均。因此，存在著不同程度的配變?nèi)嘭摵刹黄胶鉅顩r。三相負荷不平衡產(chǎn)生的損耗在低壓電網(wǎng)部損耗中占有一定比例，不平衡度越大，損耗越嚴重，還會影響配變和用電設備的安全運行以及電壓質(zhì)量，造成配變燒毀及居民電器燒毀事件屢有發(fā)生。所以，采取有效措施，降低配電變壓器三相負荷的不平衡度，將不平衡控制在一定范圍，是農(nóng)村低壓配電網(wǎng)絡降低電能損耗的有效措施之一。下面筆者就如何進行農(nóng)村村莊配變?nèi)嗖黄胶鈫栴}的管理談一些個人看法：

1.農(nóng)村配電變壓器三相負荷不平衡情況的分析

（1）在一天時間內(nèi)三相負荷持續(xù)不平衡情況，負荷大的相總是大，負荷小的相總是小，相差的比例在一天的各個時段沒有多大變化，這類負荷三相動力很小，基本上都是單相用電，負荷在三相上分配不均。

（2）在白天時段，三相負荷基本平衡，晚上用電高峰時段，負荷不平衡相當嚴重。這類負荷的特點是三相動力，單相生活用電量都很大。白天主要是動力用電負荷，三相負荷基本平衡。在中午空調(diào)或晚上單相用電高峰時，單相生活用電在三相上分配不均形成三相電流相差很大。

（3）配電變壓器三相負荷不平衡隨季節(jié)變化，這是因為各種三相動力用電和單項生活用電的比例在變化，而單項負荷在三相上分配不均勻造成的。

2.三相負荷不平衡的危害

（1）增加了線路損耗。電流通過導線時，由于導線的電阻作用，將在導線上產(chǎn)生功率損耗。配變?nèi)嘭摵善胶鈺r

Iu=Iv=Iw=I， Io=0

線路損耗為

△ Pp=3I2R

配變?nèi)嘭摵刹黄胶鈺r，中性線有電流通過，中性線也在產(chǎn)生功率損耗。這時，線路損耗

△Pbp=（I2u+I2v+I2w）R+I2oRo

式中，△Pp—三相負荷不平衡時的線路損耗；

△Pbp—三相負荷不平衡時的線路損耗；

Iu、Iv、Iw—三相負荷不平衡時，配變各相負荷電流；

I—三相負荷平衡時的相線電流；

Io—配變中性線電流；

R—相線電阻截

Ro—中性線電阻。

顯然，△Pbp大于△Pp，不平衡度越大，線路損耗也越大。

如果把三相負荷接在一相上，其實質(zhì)就是單相供電。此時，導線上的功率損耗。

△Pbp=（3I）2R*2=18I2R

18I2R∕3I2R=6，是三相負荷平衡時的6倍，增大5倍，大大增加了低壓線路的損耗，運行極不經(jīng)濟。

（2）增加了變壓器的有功損耗。配電變壓器的功率損耗包括空載損耗（也叫鐵損）和負載損耗（也叫銅損）?？蛰d損耗基本上是個恒量，負荷損耗是隨變壓器所帶負荷變化而變化的，并與負荷電流平方成正比。三相負荷平衡時的功率損耗為：

Pp=△Pk+Pd（Ip∕Ie）2

三相負荷不平衡時的功率損耗為

Pbp=△Pk+Pd〔（Iu∕Ie）2+（Iv∕Ie）2+（Iw∕Ie）2〕∕3

式中，Pp—三相負荷平衡時配變的功率損耗；

Pbp—三相負荷不平衡時配變的功率損耗；

△Pk—配變空載損耗；

Pd—配變短路損耗；

Ie—配變額定電流；

Ip—三相負荷平衡時，配變負荷電流；

Iu、Iv、Iw—三相負荷不平衡時，配變各相負荷電流。

如果在這兩種負荷情況下，變壓器輸出容量相等，則有：

Ip=（Iu+Iv+Iw）/3

三相負荷不平衡與平衡時配變功率損耗之差為

△ P=Pd〔（Iu-Iv）2+（Iv-Iw）2+（Iw-Iu）2〕/3I2e>0

從中可以以看出，在配變輸出容量相同的情況下，三相符合不平衡增加了配變的有功功率損耗。

（3）降低了配變壓器的出力。在配變?nèi)萘康脑O計和制造是按三相負荷平衡條件確定的，其三相繞組的結(jié)構(gòu)和性能是一致的，每相額定容量相等，最大允許出力受每項額定容量限制。三相負荷不平衡時，變壓器的出力將受到限制，配變的最大出力只能按三相負荷中最大一相不超過額定容量為限，負荷輕的相就有富裕容量，從而使配變出力降低。由于輸出容量降低，變壓器備用容量亦相應減少。出力降低程度與不平衡度有關(guān)，不平衡度越大，出力降低程度越大。同時，配變的過載能力亦降低。當運行中的變壓器過載，就可能引起變壓器過熱，甚至燒毀變壓器。

（4）使配變變壓器運行溫度升高。三相負荷不平衡時產(chǎn)生的零序電流，在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，而高壓測沒有零序電流，不能由高壓側(cè)的零序磁通來抵消低壓側(cè)的零序磁通，這就迫使零序磁通只能從變壓器的油箱壁和鋼構(gòu)件中通過，由于這些材料的導磁率很低，所以磁滯損耗和渦流損耗都比較大，造成油箱壁和鋼構(gòu)件發(fā)熱，從而使配變運行溫度升高，使變壓器內(nèi)部絕緣老化加快，導致變壓器壽命縮短，增加了變壓器的自身損耗。不平衡度越大，零序電流越大，對變壓器的危害越嚴重。在一次夜巡中，巡視人無意碰觸到一臺配變外殼，熱得燙手，測量其三相電流，兩相為0，負荷接在一相上，該相電流并不太大，在額定電流范圍之內(nèi)，可見其對配變危害之大。

（5）中性點產(chǎn)生位移，造成三相電壓不對稱。配電變壓器是按三相對稱運行設計制造的，各相繞組的電阻、漏抗和激阻抗基本一致，三相負荷平衡時變壓器內(nèi)部壓降相同，其輸出電壓是對稱的。三相負荷不平衡時，各相電流不一致，中性線有電流通過，三相四線制線路中，中性線截面一般比較小，具有較大的阻抗壓降，從而使中性點位移，各相電壓發(fā)生變化；負荷大的相壓降大，負荷小的相壓降小，造成三相電壓不平衡，三相負荷不平衡度越大，三相電壓不平衡程度越嚴重。如果此時中性線因故斷路，所接負荷小的相電壓就會異常升高，接在此相上的用電設備和家用電器將被燒毀，給用戶造成損失。

（6）影響電動機輸出功率，并使其繞組溫度升高。三相負荷不平衡造成的三相電壓不對稱，將在感應電動機定子中產(chǎn)生逆序旋轉(zhuǎn)磁場，電動機在正、逆兩序旋轉(zhuǎn)磁場的作用下運行，由于正序旋轉(zhuǎn)磁場比逆序旋轉(zhuǎn)磁場大，所以電動機旋轉(zhuǎn)方向不變，但由于轉(zhuǎn)子逆序阻抗小，因此逆序電流大。逆序磁場、逆序電流將產(chǎn)生較大的制動力矩，使電動機輸出功率降低，繞組溫度升高，影響電動機的安全運行。

3.三相負荷不平衡的管理

（1）加強對配變?nèi)嘭摵刹黄胶舛鹊墓芾?，供電管理部門應把降低不平衡度做為一項經(jīng)濟指標列入考核，并制定獎懲措施，以提高管理人員降低三相負荷不平衡度的自覺性和積極性。

（2）定期觀察、測量三相負荷電流，檢查三相負荷不平衡情況。測量應在白天和夜晚用電高峰時進行，測量后計算三相負荷的不平衡度。三相電流不平衡計算公司如下：

K=Io∕Ipj*100%=Io∕〔（Iu+Iv+Iw）/3〕*100%

式中，K—配變?nèi)嘭摵刹黄胶舛龋?/p>

Io—配變中性線電流（A）；

Ipj—配變?nèi)嘭摵善骄娏鳎ˋ）。

規(guī)程規(guī)定，配變變壓器出口處三相負荷不平衡度小于或等于10%，其它地點小于或等于20%，中性線電流不應超過配變額定電流的25%。如計算或測量結(jié)果大于此標準，應做好單項負荷的調(diào)整工作，力爭一天中大部分時間和用電高峰時三相負荷基本平衡，不平衡度越小越好。

（3）調(diào)整三相不平衡負荷要做到“四平衡”，即計量點平衡、各支路平衡、主干線平衡和變壓器低壓出口側(cè)平衡。在這四個平衡當中，重點是計量點平衡和各支路平衡，可把用戶月平均用電量作為調(diào)整依據(jù)，把用電量大致相同的作為一類，分別均勻地調(diào)整到三相上。為了達到計量點三相負荷平衡，最好將三相電源同時引入計量點，減少單相干線的線路長度。

（4）注意農(nóng)村配電變壓器供電范圍內(nèi)大的三相四線制用戶（如學校和幼兒園等）內(nèi)部的三相負荷平衡問題。此類用戶對配變的三相負荷不平衡度有較大的影響，因此應協(xié)助他們調(diào)整本單位（用戶）三相負荷不平衡度，這對用戶本身是有好處的。

（5）做好新增單相負荷的功率分配，將同時運行的和功率因數(shù)不同的單相設備，分別均勻分配到三相電路上。

隨著人民群眾生活水平的提高，冰箱、空調(diào)、電炊具的大量使用，單相生活用電量將越來越大。如果農(nóng)村公用配電變壓器的三相負荷不平衡度都達到規(guī)程規(guī)定的標準以下，其經(jīng)濟效益是十分可觀的，對降低低壓電網(wǎng)損耗、保持低壓電網(wǎng)安全、可靠運行都是有很大好處的，同時也將極大促進農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況，提高廣大農(nóng)民朋友的生活水平，更好的推動黨和國家的新農(nóng)村建設工作。