低压三相用电负荷不平衡产生的影响及其对策*

李 伟，杨海绵，曾清清

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

近年来，我国的中低压配电网通过新农村电气化改造和农网升级改造，在改造中采用新技术、新设备、新工艺、新材料，使配电变压器和低压配电网供电能力得到明显提高，低压线损逐渐下降.但在低压配电网中，由于三相用电负荷的不平衡，产生了不平衡电流，增加了低压线路和配电变压器的损耗，降低了配电变压器的出力，甚至影响配电变压器和低压线路的安全运行，降低了供电电能质量，给低压客户的生产、生活正常用电带来不便.本文简要阐述低压配电网中三相用电负荷平衡的重要性和不平衡产生的影响进行讨论，然后针对产生的影响进行系统的分析，提出了解决的对策.

1 低压配电网中三相用电负荷平衡的重要性

（1）保持三相用电负荷平衡是降低生产成本、电能损耗的基础.三相用电负荷不平衡将产生不平衡电压、电流，使中性点电压产生偏移，中性线电流增大，从而增加低压线路和配电变压器的电能损耗.根据有关规程规定：配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10%，中性线电流不应超过配电变压器低压侧额定电流的25%，低压线路主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于20%.

（2）保持三相用电负荷平衡才能保证客户端的供电电能质量.三相用电负荷严重不对称，配电变压器中性点电位将会发生偏移，低压线路的压降和功率损失就会随中性点位移电压增加而增加，造成所接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯亮度明显变暗、电器设备效能降低或不能启动等问题，而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能会使电器设备绝缘击穿，缩短电器设备的使用寿命或烧毁电器设备，严重时中性线电流过载烧坏导线，对于三相用电设备来说，三相电压不平衡会引起设备过热、效率降低等现象.

（3）三相用电负荷平衡是保证安全供电、用电的基础.三相用电负荷不平衡，轻则降低低压线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能会造成某相导线烧断、开关烧坏，甚至配电变压器绕组烧毁等严重后果.

（4）三相用电负荷平衡才能保证三相阻抗平衡，才能确保低压剩余电流动作保护器正常运行，防止人身触电伤亡事故发生.

2 低压配电网三相用电负荷不平衡产生的影响

2.1 增加低压线路的电能损耗

在三相四线制供电网络中，因线路导线存在一定的阻抗，所以电流通过线路导线时必将会产生电能损耗，其电能损耗与通过电流的平方成正比（W＝I2Rh）.当低压三相用电负荷不平衡运行时，中性线必有电流通过，这种运行状态不但相线有电能损耗，而且中性线也产生电能损耗，从而增加低压线路的电能损耗.

例1：某条低压三相四线制线路，用电负荷为纯电阻，供电线路三相导线的电阻均为R＝2Ω，中性线的电阻为r＝2Ω，实测A、B、C三相负荷不平衡时电流分别为40 A、10 A、10 A.根据实测三相电流值，可以得出中性线电流为30 A.

如果将三相负荷调整平衡，使中性线电流为零，即A、B、C三相负荷电流均为20 A时，线路消耗的功率

从以上计算公式推理可知，当三相负荷平衡时，线路损耗最小；当一相负荷重，其余两相负荷轻时，线路损耗增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，第三相的负荷为平均负荷时，线路损耗增量较大；当一相负荷轻，其余两相负荷重时，线路损耗增量最大.可见，当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配，电流不平衡度越大，线路损耗增量也越大.

2.2 产生中性点电位位移，影响客户端供电电能质量

三相用电负荷不平衡，造成三相电压不对称，使中性点电位产生位移，并产生位移电压，三相中用电负荷大的相电压就降低产生大电流或出力不足，而用电负荷小的相电压升高，对单相负荷会产生过电压烧坏家用电器，造成严重的经济损失.如上例，中性线电流为30 A，接地电阻值为4Ω，则位移电压U＝IR＝30×4＝120 V.

2.3 增加配电变压器的电能损耗

配电变压器是低压供电网络的供电主设备，在实际生产、生活用电中，经常会出现三相用电负载不平衡下运行，使配电变压器处于不对称运行状态，造成配电变压器的损耗增大（包括空载损耗和负载损耗），从而增加配电变压器的电能损耗.

配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行，在变压器低压侧产生零序电流.对于Y／Y0接线的配电变压器来说，配电变压器高压侧无中性线，所以高压侧无零序电流，低压侧零序电流产生的零序磁通就不能和高压侧相互抵消.所以，零序磁通将从通过配电变压器的铁心、油箱壁等钢铁构件中，因为铁心等构件本身是导体，在垂直于磁力线的平面上就会产生感应电动势，电动势形成闭合回路并产生电流，使配电变压器的损耗增加.目前虽然三相用电负荷不平衡造成配变自身的电能损耗在整个配电网中损耗不是很大，但是也不能忽视.

例2：某配电变压器绕组的总电阻为R，分析三相负荷不平衡电流对配电变压器负载损耗的影响.

2.4 配电变压器出力不足，甚至会造成配电变压器烧毁

配电变压器设计时，其三相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，各相绕组额定容量相等，配电变压器的最大允许出力要受到每相额定容量的限制.

例3：某小区低压单相用电容量为300 k W，功率因数不计，选择配电变压容量.

如果三相用电负荷平衡，A相＝B相＝C相＝100 k W，配电变压容量选择S＝100×Rs（容载比Rs取1.6）＝160（k VA）.

如果三相用电负荷严重不平衡，A相＝0 k W，B相＝0 k W ，C相＝300 k W，配电变压容量选择S＝300×Rs（容载比Rs取1.6）＝480（k VA）.

从上述计算可知，如当配电变压器处于三相用电负载不平衡接线下运行时，配电变压器容量选择大于平衡时的容量，负载轻的一相就有多余容量，从而使变压器的出力减少，增加设备投资.如果配电变压器按三相用电负载平衡时选择，实际使用中三相用电负荷不平衡下运行，致使用电负荷大的那相过载下运行，引发该相绕组发热和变压器油温升高，绕组过热加速绝缘老化，变压器油过热引起油质劣化，从而迅速降低配电变压器的绝缘性能，减少配电变压器使用寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），严重时甚至会造成配电变压器烧毁.

2.5 配电变压器产生零序电流，局部金属件温升增高

配电变压器在三相用电负载不平衡下运行必将产生零序电流，该电流将随三相用电负载不平衡的程度变化，不平衡度增加零序电流也增加.运行中的变压器若存在零序电流，则铁芯中将产生零序磁通，零序磁通通过油箱壁及钢构件作为通道，由于钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时会产生磁滞和涡流损耗，从而使变压器的钢构件局部温度升高发热.变压器的绕组绝缘因过热加速老化，导致设备寿命降低，严重时将导致变压器运行事故.2.6 影响用电设备的安全运行

由于三相用电负荷的不平衡，导致低压供电线路上的三相电压也不平衡，三相电压不平衡的发生将导致数倍电流不平衡的发生.对电动机来说，逆扭矩增加，使电动机的温度上升、效率下降、能耗增加等影响；对单相用电设备来说，电压高的一相导致用电设备绝缘加速下降，增加设备维护的成本，缩短使用寿命，电压低的一相所接的用户用电设备可能无法使用，所以说三相用电负载不平衡运行，将严重危及用电设备的安全运行.

3 解决低压配电网三相用电负荷不平衡对策

（1）加强低压配电网的规划工作，在中低压配电网建设和改造中对低压台区用电负荷进行合理分配，使配电变压器布点尽量接近低压用电负荷中心，避免扇型供电和迂回供电.在规划、建设与改造中要积极采用新技术、新设备、新工艺、新材料.设备选择要注意小型化、自动化、节能型、环保型，免维护或少维护.

（2）低压供电尽量采用三相四线制供电，低压架空线路架设困难的配电台区要积极采用四芯电缆或低压平行集束导线供电至用户端，减少单相供电，这样可以在低压线路改造中最大程度避免三相用电负荷偏相的出现.同时还要做好低压装表接电工作，单相用户在A、B、C三相的分布尽量均匀，避免出现单相用户接在一相或两相电源上，造成用电负荷严重偏相.

（3）在城镇TN－C系统低压配电网零线采用多点接地，降低零线电能损耗.目前由于三相用电负荷的分布不平衡，导致零线上出现电流，零线电流在导线上造成一定比例的电能损耗.因此，要求低压配电网公用主零线采用多点接地，降低零线电能损耗，避免因三相用电负荷不平衡出现的零线电流而产生的电压危及人身安全，而且通过多点接地，降低因零线发热等原因造成的零线断线事故.

（4）农村TT系统低压配电网中性线接地应连接可靠，接地电阻小于4欧姆，三相用电负荷的分布尽可均匀，从而减少零线电流产生，降低零线电能损耗，降低三相用电负荷不平衡产生的零序电流而造成配变台区剩余电流动作保护器（总保）误动，影响客户正常生产、生活用电等.

（5）积极做好低压用电客户的负荷调查工作，摸清用电设备容量以及用电性质，还要把低压客户的业扩报装工作做细做实，在规划设计线路和客户报装接电时，根据三相导线承载能力做到所接用电负荷尽量均衡.

（6）积极开展配电变压器供电负荷实际测量和调整工作.在每台配电变压器低压出口处安装用电负荷管理终端，定期观测和分析三相电压、电流的均衡情况，尤其是在用电负荷高峰期及时调整用电负荷，尽量做到三相用电负荷均衡.

［1］张莲瑛.农村供电所人员上岗培训教材［M］.北京：中国电力出版社，2006.