电网系统低压三相不平衡负载问题与对策探析

宋仁平 吴玉新 王明俭 张建华

（1.国网甘肃省电力科学研究院，甘肃 兰州 730030；2.国网甘南供电公司，甘肃 甘南 747000；3.国网甘肃节能服务有限公司，甘肃 兰州 730050）

我国低压电网系统多采用三相四线制连接方式，当单相负载不均衡等问题出现时，配电变压器就会处于三相不平衡运行状态，造成配变损耗与线路损耗等负载问题，同时影响电能质量。造成三相不平衡的原因多样，例如一相断路、单相接、单相用户用电不均衡等问题都会导致三相不平衡，因此三相不平衡运行状态随时都可能发生，必须完善相应对策。

一、中性线断裂影响电能质量

当三相负载在不对称状态下依旧工作运行时，配电变压器的三相电流会出现不对称现象，此时中性线就会产生零序电流。而零序电流感受到电动势的变化之后会造成二次侧电压不对称，中性点会有移位现象发生。因此，在实际情况中，中性线电流的正常运行常常会因为三相负荷不平衡而受到影响，出现电流过大现象，造成中性线断线事故。例如，当中性线断裂时，A相正与B相连接，灯甲与灯乙会出现串联现象，380V的电流力量就直接加在灯甲与灯乙上。而类似这种电阻大的小功率电器在大量电流通过时，承受的电压过大，导致电器被烧毁。

某供电公司在统计由于中性线故障而导致家用电器被烧坏的事故数量时发现，2009年出现事故16起，2010年出现事故28起，2011年出现事故33起，逐年上升的事故数量让电力企业不得不对此更加重视。而根据居民家用电器损坏相关办法规定，供电公司要对出现这一问题的居民进行经济赔偿。这不仅影响了居民的正常生活，也导致供电公司出现较大经济损失。

二、线路损耗影响

（一）变电器损耗

配电变压器的接线方式一般采用三铁心结构，当三相不对称运行时，变压器一次侧无零序电流，二次侧则因零序电流形成励磁电流，并且随之产生零序磁通，造成电流无法在铁心闭合，只能利用铁箱壁闭合，进而损坏铁箱等附件，极大的增加了配电变压器的损耗。其总损耗（单位KW ）可计算为：。其中，三相负荷电流分别为IA，IB，IC，二次测电阻为 R1。

三相平衡状态下每相组的电流应该为（IA+IB+IC）/3此时三相绕组的总损耗为 Pf2=[（IA+IB+IC）/3]2×R1×10-3。 而三相不平衡状态所产生的附加损耗是 △Pf=Pf1-Pf2。 若某供电台区的配电变压器型号为SJ-315KVA，则该变压器的绕组电阻为R1=0.00849Ω，零序电阻为R0=0.122Ω，零序电抗为X0=0.174Ω。实测某一时刻的电流 IA=181A，IB=235A，IC=269A，I0=81A，则可以根据以上公式得到铁损P0=0.8kW，附加铜损为△Pf=0.033kW，总损耗功率△P=P0+△Pf=0.833kW，一年中损耗总电量为W=△P°T=7279kW°h 。从此案例中可知，配电变压器造成极大损耗的原因往往是因为三相不平衡，因此若将变压器损耗降低，则能保证变压器的正常寿命。

（二）输电线路损耗

在三相不平衡运行时，输电线路损耗极大（如表1所示）。

表1 电流模值、相角及网损关系

由表1可知，要想避免损耗，就必须要保持三相负载对称；而当其相等且相角不对称时，此时则能达最低线损；反之，当三相电流模值不等且相角对称时，损耗就会增加。损耗明显与相角以及电流模值存在联系，要想控制线损，就应该控制三者之间的平衡关系。

三、解决三相不平衡负载问题的相关对策

在低压电网系统的运行中，无法完全避免三相不平衡状态的发生，但是可以利用各种方面的不同措施将三相不平衡的可能性降低。解决这种问题的方式较多，主要可以从以下两个方面采取措施。

（一）管理上的相关对策

1 加强配变电压器的日常维护。为了保证配电变压器时刻都能正常运行，需要定期检查没有装置配变检测仪的地方，现场测量电压器的三相负荷电流是否出现问题。若问题较为严重，则要及时将线路所带负荷进行调整，保持其分配比例的正常，让三相负荷回到平衡状态。此外，要定期实时跟踪已经装置配变电压器检测仪的地方，查看检测仪是否在正常进行工作，并且记录三相电流不平衡情况，根据统计结果进行分析，有效调整线路所带负荷分配比例。

2 应该合理选择中性线截面。能够供以选择的中性线截面并不多，所以在选择时中性线截面要尽量与相线截面相等，可以有效减低中性线截面被烧毁的可能性，从而降低电能损耗。同时，要保证中性线在工作中能够稳定输送电流，不得在中性线上安装熔断器和开关、刀闸之类的设备，以免造成更大电力事故的发生。

（二）技术上的相关对策

由于三相不平衡现象时有发生，许多厂家都已经注意到这一现象，并且研发出许多调补装置。在满足一定条件后，供电企业可以进行调补装置的安装工作，虽然调补装置种类繁多，但其工作原理是相同的。一般来说，调补装置内部都有十二台电力电容器，单相400V，在控制三相不平衡时，每一台电容器都能与相线或零线相接，实现三相平衡的目的。每种电容都有5种接法，如电容全投、电容全不投、A相与B相间投、B相与C相间投、A相与C相间投。每个配变电压器的容量都不相同，可以根据实际情况决定调补装置内的电容器组数量，利用负荷系统产生的电感，让最终投入的补偿量达到系统需要的无功补偿量，实现调整三相不平衡的目的。

结语

本文将三相不平衡造成的影响进行逐一分析，然后从管理与技术方面提出了尽量完善三相平衡的优化对策。望相关部门能够重视电网系统低压三相不平衡负载问题，并及时进行解决，实现节能降损、提高供电质量的目标。

[1]张欢.基于用户分类的低压配网三相平衡化降损研究[D].长沙理工大学,2013.

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