浅析低压线路三相负载不平衡的危害及方法

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　　【摘 要】本文浅析低压线路三相负载不平衡时，对配电变压器、用电设备形成潜在风险，增大了低压供电网络的线路损耗，增强用户安全用电的不稳定性。据此，并提出了相应的解决方法。
　　【关键词】三相负载;不平衡;损耗;方法
　　中图分类号： TM75 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0134-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.056
　　The Harm and Method of Three-phase Load Mbalance of Low Voltage Line
　　XUE Yue-shan
　　（Bayannaoer Occupation Technical School，Inner Mongolia Autonomous Region Bayannaoer 015000，China）
　　【Abstract】This paper analyzes the potential risk to distribution Transformer and power supply equipment when the three-phase load of the low-voltage line is unbalanced， and increases the loss of the low-voltage power supply network and enhances the instability of the user's safe use of electricity. Based on this， the corresponding solutions are put forward.
　　【Key words】Three-phase load; Unbalance; Loss; Method
　　0 前言
　　近几年，我国农村和城市对低压供配电网络进行改建升级，譬如增加变压器数量，将变压器安装于用电中心区域，缩小供电范围，加粗导线线号，增设供电线路等方法来改善供电系统。但在电网实际运行中，由于220V用户的随意增容及用电的随机性等原因，都会造成三相负载的不平衡。如果三相负载不平衡程度较为严重，将会给低压供电网络和电气设备造成不良影响，导致供电系统的稳定性、安全性变差，线路损耗较高。
　　1 存在问题
　　从线路运行情况分析，十千伏及以上电压等级的供电线路三相电流比较均衡，而400伏以下电压供电系统负载不平衡现象较为普遍。
　　我国农村低压供电线路一般为“三相四线”制，是动力生产用电与居民用电的混合网络，适当兼顾其他性质的供电。当三相负载电流平衡时，零线电压为零，电流也为零;如果三相负载电流不平衡，则零线中有电流，又因零线较细，线路消耗无形加大，是三相负载电流均衡时的多倍，输出电压明显降低，设备安全运行受到威胁等。
　　据当地供电部门对城区所有配电变压器的负荷进行检测，结果显示，三相电流平衡度仅为70%，变压器不平衡度超过百分之二十的约占30%，夏季用电高峰期可达到45%。由数据可知，城市的配电变压器，三相负载分配也不均衡，加大了变压器自身损耗，其输出容量相应下降;变压器过负荷，促使其加速老化。同时因负载不平衡造成供电系统电能损耗约占总耗费的50%以上。所以，我们必须降低因三相负载不平衡而造成的浪费。
　　2 负载不平衡带来的危害
　　2.1 加大了供电线路的电能消耗
　　以三相四线制供电系统为例，负载均衡地分配到各相时，相电流为I，零线电流为零，其功率消耗：
　　P=I2uRu+I2vRv+I2wRw+I20R0（1）
　　式中Iu、Iv、Iw是变压器输出三相线路各相电流，I0零线电流;Ru、Rv、Rw是变压器输出三相线路各相电阻，R0零线电阻。当三相负荷平衡时Iu=Iv=Iw=I，I0=0;Ru=Rv=Rw=R则
　　功率损耗为：P=3I2R（2）
　　当三相负载不平衡时，零线有电流流过。除三根火线有损耗外，零线也有消耗，进而加大了线路的电能浪费，假设在最大不平衡时，如一相为3I，其它两相为零，那么零线电流也是3I，设该相电阻与零线阻值相等，即R=R0，功率损耗P'为：
　　P'=（3I）2R+（3I）2R0=6（3I2R）=6P（3）
　　即最大不平衡时的电能消耗为正常时的6倍。
　　2.2 加大了变压器的电能消耗
　　变压器在负载平衡情况下输出电压基本稳定，即空载损耗是一个恒量。变压器的三相损耗分别为：
　　Pu=I2uR，Pv=I2vR，Pw=I2wR（4）式中Iu、Iv、Iw分別为变压器三相输出电流，R为变压器的三相绕阻阻值。
　　当变压器三相负载均衡运行时，即Iu=Iv=Iw=I，则变压器三相消耗为：P=Pu+Pv+Pw=3I2R（5）
　　当变压器三相负载不一工作时，其负载消耗可看成是三只单相变压器的负载消耗总和。配变在任意负荷运行时的功率损耗：
　　式中Po、Pk是空载损耗和负荷损耗，Iu、Iv、Iw是变压器输出三相相电流，In是配变额定电流。即加大变压器的能耗，继而绕组过热，导致绝缘老化加速，油温升高，油质慢慢变劣，寿命缩短，严重时甚至烧毁绕组。
　　2.3 变压器输出容量减小
　　若变压器在三相负载不均衡条件下运行，则轻负载此相的使用不会达到其相应的输出额定容量，从而降低输出。相反负载重的这相使用量超过其相应输出额定容量，使变压器该相绕组在过载下运行，即极易引起绕组发热，甚至严重时烧损。 　　2.4 变压器输出三相电压不对称
　　当三相负载均衡时，每相电流大小相等，其输出电压降也相等，故变压器输出三相电压对称。如果三相负载不均衡时，其变压器各相输出电流就不相等，负载重的一侧，电流大，压降多，负载轻的一侧，电流小，压降少，从而造成零点漂移，这必将使其三相输出电压不对称。负载重的那相，得到的相电压低，其用电设备不能正常工作;负载轻的那相，得到的相电压高，其用电设备也不能正常工作，甚至烧坏电器设备。在这种情况下特别要求在公共中性线上不能加设开关及熔断器，零线要可靠接地，不然将造成更大的危害。
　　2.5 电动机效率降低
　　当三相负载不平衡严重时，变压器输出三相电压不对称。这种不对称电压存在着正序、负序、零序三个分量。当该电压输入电动机后，正、负序电压就会产生相反的旋转磁场，使电动机转矩下降，效率降低，无功功率增加，绕组温度升高。所以，电动机在这种情况下运行是非常不安全和不经济的。
　　3 解决方法
　　3.1 实测变压器负载调整线路
　　实测：一是测变压器二次侧U、V、W三相线电流，零线电流及零线对地电压，找出三相负载不平衡较重的一端，并沿着这一端向线路的尾端和分支延伸，以进一步发现大功率负载的产生点，以便准确调整;二是实测工作要不定期开展，特别是在用电高峰期，或突然发现有大功率负载投入运行时，要增加测量次数，以便准确地了解设备的运行情况，即时调整配电线路，尽量使其平衡。
　　3.2 重视低压网的规划
　　在低压供配电建设中，应根据负载情况合理分片供电，尽量采用三相四线制供电，三相火线应用标准颜色黄、绿、红色线排序，零线为蓝色，地线黄绿相间色。从低压线路架设到下接单相用户电表前，对单相负载应统一规划，均衡地划分到三相线路上，并做好供配电记录表。五户以上居民不易采用单相单表供电，若无法改变，则用粗一些供电线且线路总长不超过20米;电流容量不超10安培，若超过就必须采用三相四线制供电，即尽量多设三相四线制线路，少用单相线路，缩短线路长度。
　　3.3 调整接户线时，以就地平衡为原则
　　假设，1#杆有3条接户线，U相接户线月用电量150kWh，V相接户线250kWh，W相接户线400kWh，在相邻的2#杆也有3条接户线且所接负荷用电量与1#相同，则应把2#杆月用电量150kWh的接户线调整到W相，2#杆月用电量250kWh的接户线调整到V相，2#杆月用电量400kW的接户线调整到U相，这样l#杆和2#杆接户线电量相加，基本与V相持平，利用在电线杆上来调整低压配电路线的方法来调节整体负载平衡，使零线电流仅在接户线中流动，不进入主线中以减少损耗。
　　3.4 三相负载相对平衡
　　在综合调整后，实测变压器二次侧三相输出电流并不完全相称，原因：假设在某段时间内三相电流完全均衡，每相电流均为50A，若第1相的用户关上2台空调，电流可能降至38A以下;而第2相的用户又开启2台电蒸炉，电流可能达到60A，显然相间电流相差22A之大。显然，三相负载不平衡情况是无法避免的， 没有绝对的平衡，但要维持相对的均衡。
　　4 结束语
　　综上所述，降低供配电线路损耗的有效方法是调整三相负载的接入点使之趋于平衡，减少零线电流，降低电能消耗;使变压器三相電压对称输出，提高动力生产电动机工作效率，保障用电设备安全高效运行，节能减排、保护环境。
　　【参考文献】
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