低压电网三相负荷平衡与电压质量

张弘廷 宋炳银 代高杰

摘 要：结合当前城乡公用配电台区实际情况，进行定量和定性分析，证实低压电网三相负荷不平衡，对电压质量有重大影响，应引起我们的高度关注。三相负荷平衡可有效地提升电压合格率，提高电能质量。

关键词：低压电网 单相负载 三相负荷不平衡 电压合格率 电能质量

中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0034-02

电能质量主要看电压质量，即供电电压是否合格。保证电压质量，是供电人的责任和义务，是用电人的希冀和盼望。低压电网三相负荷平衡对提升电压质量的作用如何，以前鲜有涉及，故有必要进行研讨。

1 当前城乡典型公用配电台区供电电流的分配

为了更形象地说明问题，我们模拟当前城乡实际供用电情况，用数据来示例。设某公用配电台区，配电变压器100 kVA，其额定电流144 A。低压电网负载有：三相动力负载10 kW，照明等单相负载70 kW，基本匹配。

三相动力负荷电流，根据P=√3UICOSφ，没搞无功补偿则系自然功率因数，设COSφ=0.7

I=P/（√3UCOSφ）=10/（√3×0.38×0.7）=21.71（A）

单相负荷电流，设单相负载全为电阻性，COSφ=1

当单相负载分配最偏（即全部接到一相上）时，I=P/U=70/0.22=318.18（A）

单相负载在三相上均衡分配时，每相电流I= 318.18/3=106.06A

由以上数据，得出：

（1）单相负载分配最偏时，该相线电流为感性电流21.71 A和阻性电流318.18 A的相量和，经计算为333.88（A），其他相线电流为21.71 A，中性线电流为318.18 A。

（2）单相负载平均分配到两相上时，该两相线电流为感性电流21.71A和阻性电流（318.18/2）A的相量和，经计算为175.11（A），另一相线电流为21.71 A，中性线电流为159.09 A。

（3）单相负载在三相上均衡分配时，各相线电流均为感性电流21.71A和阻性电流106.06 A的相量和，经计算为122.38（A），接近并小于配电变压器的额定电流，中性线电流为0[1]。

把这3组数据取整数标在同一线路图上，见图1所示，以直观地对比。

2 三相负荷平衡降低线路电压降、提高电压合格率分析

国标规定线路末端电压偏差（电压降）：三相不得大于±7%，单相不得大于+7%、-10%，即单相198～235.4 V为合格，三相353.4～406.6 V为合格。

线路电压降ΔU=IR，设供电线路每根导线的电阻仅0.1Ω，则：

（1）单相负载分配最偏时，线路末端电压为220-（334×0.1+318×0.1）=154.80（V），严重不合格，造成严重的“低电压”问题。

（2）单相负载平均分配到两相上时，线路末端电压为220-（175×0.1+159×0.1）=186.60（V），不合格，偏低。

（3）单相负载在三相上均衡分配时，线路末端电压为220-（122×0.1）=207.8（V），线路上从头到尾的所有用户，都使用合格电压，电压质量极好。

从以上分析可看出，单相负载在三相上是否均衡分配，对电压质量有重大影响。上面分析的虽是极端情况，但①三相负荷不平衡在城乡低压电网中不同程度的存在，有的可能很严重，在用电高峰（因家用电器数量大）可能非常严重，应引起我们的高度关注；②指出了我们的工作方向。

一般低压电网，三相上负载都有，但分配不平衡，则中性点发生位移，造成三相电压不对称，三相中哪相负荷大，哪相电压就降低，而负荷小的相电压升高。

对单相用户来说，接在重负荷相的，电压偏低，电灯不亮（以现在仍大量使用的白炽灯为例：当端电压降低5%时，其光通量将减少18%，照度降低），电器效能降低，有的不能正常工作，小水泵易烧毁；而接在轻负荷相的单相用户，电压偏高，缩短电器使用寿命（还以白炽灯为例：电压升高5%，灯泡寿命将减少30%；电压升高10%，寿命减少一半，灯泡消耗量将剧增），特殊情况下（如配电变压器分接开关放在最高档、系统电压波动升高、用电低谷时段）电压过高还可能造成电器绝缘击穿，元件烧毁，损坏电器。

对动力用户来说，三相电压不平衡，影响电动机的输出功率，并引起电动机过热。三相电压不平衡时，在异步电动机定子中便产生一个逆序旋转磁场，电动机在顺逆两序磁场的作用下运行，由于顺序旋转磁场比逆序旋转磁场大，故电动机的旋转方向仍与顺序方向相同。逆序磁场的存在，产生了较大的逆序方向的制动力矩，使电动机输出功率减小。又由于转子阻抗小，产生的逆序电流大，使绕组温度升高，减小了电动机的使用寿命[2]。

3 城乡典型公用配电台区参数分析

上述城乡典型公用配电台区参数选得如何，是否偏颇？下面进行分析。

（1）100 kVA的配电变压器在城乡公用电网用的较多，有代表性。

（2）近年来，城乡经济飞速发展，人民群众生活水平迅速提高，尤其是电网改造完成及“同网同价”实施后，家庭用电除照明灯具、电脑和传统电器（电视机、电冰箱、洗衣机）增多外，大量的中高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家，例如电磁灶、电饭煲、电水壶、微波炉、电热水器、电取暖器、空调、小水泵等，单台容量大多数在800～2000 W，都是采用单相（220 V）电源。

城乡用电高峰除了传统的晚间灯峰（时间延长）外，还增加了白天3次做饭用电高峰。

单相负载取70 kW，相当于100 kVA的配电变压器供70户、每户1 kW，符合一般情况。其中每户按1 kW，这个数值高于用电低谷，但远低于用电高峰，属中等水平。这样的参数不偏颇，能说明问题。

（3）随着大量家用电器进入家庭，造成单相负荷（电量）急剧增长。与此同时，由于农村食品供应逐渐趋于城市化，粮油及食品由工厂（自有配电变压器）加工出售，造成农村公用配电台区三相动力负荷（电量）减少。目前发达地区城乡的单相负荷已占到总用电负荷的90%以上，一般地区也达到70%以上，量变引起质变，城乡电力负荷性质已悄悄地发生了质的变化。因此取三相负载10kW、单相负载70 kW比较符合现状。

（4）按电网改造标准：低压线路供电半径，一般不超过500～600 m；低压线路所用钢芯铝绞线，原来为16～35 mm2，近年来因负荷急剧上升，已提升至50～120 mm2，按120 mm2，其电阻0.225 Ω/km；架空线路中尽量避免接头，无法避免时同一档内每根导线只允许有一个接头。因此，设供电线路每根导线的电阻为0.1 Ω，属中等水平，不偏颇，能说明问题。

所以，城乡典型公用配电台区所取参数是适当的，其计算取得的数据接近实际情况。

4 结论

单相负载在三相上分配是否均衡，对电压质量有重大影响。当前三相负荷不平衡在城乡低压电网中不同程度的存在，有的可能很严重，造成低电压问题，应引起我们的高度关注。实现三相负荷平衡，可有效地提高电压合格率，使广大人民群众用上合格的电能。

参考文献

[1] 张弘廷，张颢，杨洁.配网降损、用户节电的金钥匙——就地平衡降损法[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 翟世隆，李全中，黄德仁.供用电实用技术手册[M].北京：中国水利电力出版社，1998.