配電網三相負荷不平衡的危害及對策簡析

沈其東 陳樹果

摘 要: 在供電系統配電網的日常運行維護管理上，電力維護人員往往重視配電網的設備接地、短路、短線故障及設備缺陷消缺工作，而忽視三相負荷不平衡對配電網造成的危害。本文對三相負荷不平衡的原因進行分析，提出改進措施，有利于加強配電網的日常維護管理，提高供電可靠性。

關鍵詞: 配電網; 短路; 不平衡; 危害

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

0 引言

在城鄉配電網中，大部分配電變壓器采用三相四線制，以樹狀供電網絡結構對用戶供電。在供電線路上用戶供電負荷動力生產與單相照明相互混合，單相照明用戶負荷分散，用電同時性不高。隨著用戶生活水平提高，大功率電器接入低壓配電網，若在三相線路上分配不均衡，造成低壓三相負荷不平衡，零線電流增大。配電變壓器負荷三相不平衡，會造成變壓器運行不穩定，使用效率降低，線損增高，高負荷相連接部分局部發熱。若三相負荷嚴重不平衡，零線電流大于相線電流造成配變零線發熱燒斷，變壓器中性點偏移，容易燒毀用戶供電設備。因此，加強配電網三相負荷不平衡的日常運行維護管理，對整個配電網經濟、安全、可靠供電都有重要的意義。

1 三相負荷不平衡的原因分析

配網三相負荷不平衡由多種因素造成，包括中低壓配電線路布局不合理、三相動力用戶負荷性質不同、單相負荷的不可控接入、單相負荷不同時性和配電網日常維護管理不善等，具體為：

⑴ 配電臺區建設改造中低壓配電線路布局不合理。施工人員在低壓配電網建設中沒有三相負荷平衡的概念，戶表施工時表箱接戶線采用單相220V線路隨心所欲地接入400V主干線路上，造成供電負荷集中在某一相上，引起三相負荷不平衡。尤其在農村低壓配電網建設中，受資金和地形限制，投資小規模大，部分用電戶居住分散，為節省工程投資，一些偏遠的用戶采用單相電源接入，造成低壓線路三相負荷不平衡。低壓配電網在建設初期形成負荷不均衡的狀態。

⑵ 三相動力用戶負荷性質不同，造成負荷不平衡。在三相動力負荷中，單相電動機、電焊機的接入，造成低壓線路上感性負載與容性負載不平衡。大型照明負荷(醫院、單位、學校)在接入配電網前存在負荷不平衡夜引起低壓線路負荷不平衡。

⑶ 單相負荷的不可控接入，造成三相負荷不平衡。近年來，城鄉經濟飛速發展居民生活迅速提高，居民家庭除照明電器增多外，大量的中、高檔、大功率的家用電器進入尋常百姓家，例如電飯煲、電水壺、電炒鍋、電熱水器、電取暖器、小水泵等，單臺容量大多數在800～2000kW，都是采用單相電源，單相負荷激增。這些負荷的發展具有隨機性、無序性和不可控性。在單相負荷用電量極大增長的情況下，若不注意三相平衡，可能使低壓電網的三相不平衡度很大，電網技術狀況很差。

⑷ 單相負荷不同時性，造成三相負荷不平衡。低壓負荷往往以單相照明為主，家用大功率電器無序發展及同時性不高，用戶橫向用電差異較大，經常形成低壓線路某一相負荷偏重，引起三相負荷不平衡。

⑸ 配電網日常維護管理不善，造成三相負荷不平衡。維護人員往往對負荷不平衡運行管理重視不夠，日常維護只注重設備故障搶修和缺陷處理而忽視三相負荷不平衡的危害。運行管理人員平時不了解三相負荷變化情況，日常巡視不檢測三相電流平衡程度，不對負荷進行平衡調整，致使配電網長期在三相負荷極不平衡下運行，對線路三相負荷的管理帶有盲目性和工作隨意性。

配電網的一些故障也造成短時三相負荷不平衡。如低壓線路斷線、配變缺相運行、單相刀閘燒毀等。

2 三相負荷不平衡的危害及改進措施

2.1 三相負荷不平衡的危害

三相負荷不平衡對配網線路正常運行造成很多危害，包括配變損耗增加、高低壓線路損耗增加等，具體為：

⑴ 增加配變損耗，降低變壓器的效率。正常情況下，配變的負載損耗與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡時，配變輸出相同功率，配變負載損耗大于平衡時的損耗。由于變壓器繞組結構是按對稱運行情況設計的，三相繞組結構性能一致，其最大允許處理受每相額定容量的限制。當不對稱運行時，負載輕的相就有富裕容量，從而使變壓器效率降低，備用容量減小，過載能力降低。

⑵ 增加高低壓線路損耗。三相四線制供電線路，把負荷平均分配到三相上，設每相電流為I，中性線電流為零，其功率損耗P=3I2R。在最大不平衡時，即某相電流為3I，另外兩相為零，中性線電流也為3I，則功率損耗P=2(3I)2R=6(3I2R)，即負荷最大不平衡時功率損耗時平衡時的6倍。事實上著兩種情況出現情況很少，只要出現三相負荷不平衡，就會增加高低壓線路損耗。

⑶ 造成低壓線路燒斷及開關設備燒毀，同時增加高壓線路跳閘，降低開關使用壽命。三相負荷不平衡時，重負荷相電流增大，超載過多，造成該相溫度持續上升，以致燒斷。在配電屏上，造成重負荷低壓開關即接觸器燒壞，引起配變發生故障，造成高壓線路跳閘。低壓三相負荷不平衡可能引起高壓線路某相電流過大，從而引起線路過流跳閘，引發大面積停電，同時變電站的開關設備頻繁跳閘頁降低其使用壽命。

⑷ 威脅用戶用電設備和人身安全。當配變三相負荷不平衡運行時，一相或兩相負荷大，將增大線路電壓降，降低電能質量，影響用戶電器使用。負荷嚴重不平衡，中性線電流甚至超過相線電流，很容易造成中性線燒斷，中性點將產生位移，偏移嚴重時，單相電壓可升高到線電壓。若中性線接地保護不好，中性線電流產生的電壓嚴重危及人身安全，造成用戶單相電器設備不能正常使用或燒毀。

2.2 三相負荷不平衡的改進措施

消除三相負荷不平衡的措施有多種，包括前期規劃、低壓業擴報裝及負荷點等，具體為：

⑴ 重視低壓配電網的前期規劃工作。在低壓配電網的規劃過程中，我們要詳細了解用電結構、負荷分布情況、用戶接入方式，盡可能采用三相四線制供電。配變布局盡量接近負荷中心，對供電負荷進行合理分區，避免樹形供電和迂回供電。戶表施工過程中盡量實行集裝，三相電源有序接入表箱，平衡用電負荷。

⑵ 做好低壓業擴報裝工作。新增低壓單相用電負荷要均勻分布在A、B、C三相上，就近消除三相負荷不平衡。新增動力用電負荷接入前，幫助動力用戶平衡單相負荷，減小對低壓配電網三相負荷不平衡的影響。

⑶ 在農村地區用戶居住比較分散、用電負荷比較小的情況下，配變選擇要遵循“小容量、密布點、短半徑”的原則，單相分支線路有序接入三相四線主干線路上，盡量平衡單相負荷，避免單相負荷接入制掛接在一相或兩相上，造成單相負荷偏相。

⑷ 加強配電網三相負荷不平衡運行管理，做好負荷測量和調整工作。運行人員要深入配變臺區現場了解負荷接線情況，繪制低壓負荷分布相序圖，完善“一圖四表”，為平衡用電負荷提供實際依據。利用在線監測手段實時觀察負荷用電信息，測量配變低壓側三相引出線電流和零線電流，實測工作要向低壓線路的分支和末端延伸，發現負荷不平衡出現點，確定負荷不平衡調整地點，就近消除三相負荷不平衡。另外，實測工作要不定期開展，縮短測量周期，在大的負荷投運和高峰負荷期間要增加實測的次數，通過及時測量配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流，便于準確了解配電網設備運行情況，做好負荷均衡合理分配。

3 結束語

配電運維人員在處理配電網的設備接地、短路、短線故障及設備缺陷等任務時，常常忽視三相負荷不平衡對配電網造成的危害。本文對三相負荷不平衡的原因進行分析，提出改進措施，有利于加強配電網的日常維護管理，提高供電可靠性。

參考文獻

GB/T 15543-2008 《供電質量 三相電壓不平衡》 中國國家標準化管理委員會發布

《電力系統的三相不平衡》林海零編著中國電力出版社

DL/T 《架空配電線路及設備運行規程》中國電力出版社