配电网三相不平衡问题探讨

李娜

摘 要：目前我国大多数低压配电系统都是采取三相四线制接线方式，这样会出现单相负载不均衡，变压器容易处于三相不平衡状态。文章主要从输电线路、发电机、电动机以及变压器等方面着手，分析配电网三相不平衡所引发的问题，并从技术与管理的角度提出相应解决方法。

关键词：配电网；电能质量；三相不平衡；问题

随着科学技术以及经济的发展，人们对于电需求量逐渐增大，对于电能质量要求也越来越高。实际运行中电能质量会对电气设备安全以及电网等产生直接的影响，关系到人们生活秩序好坏、企业产品质量以及经济运行。在用电方面三相不平衡问题经常出现，是评价电能质量的主要指标。只有保证配电网三相平衡，才能减少耗能、降损降价。

1 配电网三项不平衡所引发的问题

1.1 增加线路电能损耗

在普通三相四线制电力系统中，有电流通过线路导线时，会存在一定的阻抗，必然会出现电能损耗。这种电能损耗的大小与电流通过的平方成正比。在电网通过三相四线制供电的过程中，由于存在一定的单向负载必然会出现三相负载不平衡。发生三相不平衡运转的情况下，中性线路会通过电流，这样不仅会使相线出现电流损耗，中性线也会有损耗出现，增加整体电线网络线路的损耗。

1.2 对发电机的运行与安全产生影响

出现三相不平衡问题时，发电机运行过程中负序电流会有逆方向磁场出现，这样转子会出现一定损耗，这类损耗包含由于感应转子表面产生涡流引发表面损耗、激磁绕组电流所引发的附加损耗，如果发电机存在阻尼绕组，会出现相应的损耗，这些所产生的损耗都会使转子温度提升。受到这一因素的影响，隐极发电机比凸极发电机更为严重，这主要是因为隐极发电机转子槽中嵌有激磁绕组，会对散热产生影响，凸极发电机同空气直接接触，受到的影响比较小。因此，汽轮发电机不平衡度值比水轮发电机高。负载不对称的情况下，定子磁势与正序旋转磁场、转子激磁磁场与负序旋转磁场所产生100Hz交变电磁力矩会在定子机座与转子转轴上产生作用，并且出现震动。实践研究显示，震动不会对汽轮发电机产生太大影响，但是对水轮发电机所产生的影响较大，对负序电流形成一定的限制，无法保证发电机的安全运行。

1.3 增加配电变压器的电能损耗

在低压网供电中，配电变压器是重要的设备，配变功率损耗主要是按照负载平衡度而发生相应的变化。因此，在配电变压器出现三相负荷不平衡情况时，会使配电变压器损耗增加，并且对其出力产生影响。这主要是由于配电变压器是依照绕组结构以及负荷平衡进行设计的，其绕组性能基本一致，各个定额容量基本相同。配电变压器最大出力受到各相额定容量的影响，一旦在三相负荷不平衡情况下配电变压器运行，负荷轻的一相会有剩余容量出现，减少配电变压器的出力，实际减少的程度是随着负载不平衡程度而发生变化的，所产生的不平衡度越大，所减少的出力也就越多。所以，三相不平衡情况下，配电变压器的运行期间，输出容量难以达到额定容量，备用容量也会随之减少，大大降低过载能力。在过载情况下运行，配电变压器温度上升，甚至会将变压器烧损。

1.4 电动机效率降低

三相不平衡情况下，如果配电变压器运行会造成输出电压发生不平衡，在将不平衡电压输入到电动机后，正负序电压会出现旋转磁场，进而引发一定的制动效果。但是负序电压磁场要比正序电压磁场弱，电动机会根据正序磁场方向进行转动的同时对负序磁场产生一定的制動，受到制动作用的影响，电动机输出功率会有所减少，进而降低效率。此外，电动机的无功损耗与温升会随着三相电压不平衡程度而逐渐增大，所以在三相不平衡情况下电动机运行缺乏安全性。

2 将不对称负荷与更高电压级相连接

将不对称负荷与更高电压级相连接，能确保连接点之间短路容量sk达到一定的负荷容量，简单来说，在单相负荷情况下，sk如果能到达50倍的负荷容量，各个连接点的电压不平衡可以控制2%左右。目前，国际上通常使用SVC，也就是静止无功补偿器，这一补偿器的主要特点是能对无功功能进行快速调价，所以在冲击负荷并且需要快速进行动态无功补偿情况下得到普遍应用，进而对三相电压不平衡加以校正。一般是利用分相做无功功率补偿。静止无功补偿器主要是由容性与感性并联而成的两大回路，其中至少会有一回路是动态回路，可以根据具体需要对无功功率回路进行快速调节。依照动态回路构成的不同方式，可以将静止无功补偿器分成三种，即为自饱和电抗器（SR）；晶闸管投切电抗器（TSC）；晶闸管控制电抗器（TCR）。不可能做到绝对的平衡，只能达到相对平衡的状态。实际工作过程中，可以将平衡度衡量指标作为具体标准，增加负荷调查分析的力度，详细记录各个配电变压器的发展趋势、平均负载以及最大负载，并且对各项负荷电流进行定期测试，及时发现所产生的不平衡情况。在反馈负荷问题过程中，要不定期的进行调整与组织。

3 将不对称负荷分散

对于不对称负荷采取分散供应的方式，避免出现过多的集中连接，发生严重不平衡情况。三相系统如果能维持平衡状态，其总功率是一定的，与时间没有直接的联系，如果三相系统不平衡，其总功率会存在一定的波动，因此，在将不平衡三相系统改为平衡三相系统过程中，平衡装置内可以添加能储存电磁能量的电磁元件，避免发生波动。总而言之，要按照我国有关标准采取科学、合理以及经济的控制措施，避免发生不平衡情况，引发安全隐患，对用电设备造成损坏，需从本质上提升电能质量，保证电力系统正常、安全的运行。

4 适当的将不对称负荷分配到每个相保证平衡

一旦发生电压不对称情况，主要是由于三相系统内部单相负荷位置不合理所导致的，在在设计供电系统的过程中，首先应该在三相中均匀分布单相负荷，使得三相负荷电流不平衡程度得以降低。通常情况下应该将供电系统电流不平衡程度控制在20%之内，但也有个别的情况出现，比如，在TT系统与TN系统接地状况下，低压电网如果选取Y/y0绕组三相变压器，其单向不平衡负荷所形成的中性线电流要在低压绕组额定电流25%以下，同时一相电流在满载的状况下，不能超过额定值的1000V电网系统的各个单相设备，并且各相之间所产生的容量最低值与容量最高值差异需要控制在25%左右。

5 结束语

三相不平衡可以分为两类，即事故性与正常性。事故性不平衡主要是因为系统故障所引发的，一般情况下可利用相关保护装置切除故障元件解决问题；正常性不平衡主要是因为线路参数与负荷不对称，或者是三相元件所导致的，这类不平衡情况可以在一定时期存在或者是长期存在，长期存在所产生的危害比较大。文章针对配电网三相不平衡所产生的问题，提出不对称负荷与更高电压级相连接、不对称负荷分散、适当的将不对称负荷分配到每个相三点解决措施，为配单网三相平衡提供参考依据。

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