农村低压电网三相负荷不平衡问题探析

李晶毕金艳刘晓华万杰刘芳

摘要:农村低压电网三相负荷不平衡运行的情况是经常发生且难以避免的，本文结合相关理论知识和工作实际，针对低压电网三相负荷不平衡形成原因、危害、进行分析探究，总结出几条可以改善三相负荷不平衡的具体应用措施，具有一定的推广价值和实用价值。

关键词：三相负荷不平衡；危害；措施

一、三相负荷不平衡的原因

农村低压电网三相负荷失衡的原因，从不同的角度分析，可能会找出不同的原因，但归结起来主要有三种原因：

1、农网改造规划建设标准低

因“两改一同价”起步快、规模大、任务重、时间紧，电管、施工、维护人员只注重线路改造外在质量，盲目施工，忽视改造中负荷分配，尤其是在村民居住比较分散区域的台区，随意架线接分支，特别是偏离负荷中心的住户，在满足用户用电架设线路时，仅采用单相供电模式，导致单相线路越来越长，从而导致某些相负荷过大，某些相负荷过小，造成三相负荷不平衡。

2、运行管理理念滞后

经过低压电网改造，低压线路虽然仍多为三相四线制，但在运行管理中，很多没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相上，也不知道该怎样做才能均衡，仍然沿袭网改前的管理经验或方法，且对配电变压器三相负荷的管理带有盲目性、工作随意性，以至于动力、照明混载的线路增多，然而单相用电设备使用的同时率较低，致使用户横向用电差异较大，经常会造成配电变压器三相负荷的不平衡，给管理增加了难度。

3、农村负荷结构发生巨变

随着农村经济的发展，生活水平的逐步提高，电价的降低，电视机、电冰箱、各类电炊具等用电量较大的单相电器增多，有的农户搞小型生产加工，也有使用单相电器的，单相用电猛增，各户负荷相差悬殊，许多新增用户也是就近接电，造成三相负荷越来越不平衡。

二、低压电网三相负荷不平衡的危害

1、对配电变压器的影响

配电变压器是低压电网中的主要供电设备，在变压器实际运行中，三相负荷不对称是经常发生的，对变压器一些物理量的变化产生很大影响，使变压器各相电流大小不相同，增加变压器损耗，降低变压器出力，降低变压器寿命。

1.1对配电变压器出力的影响

由于变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，其三相绕组结构性能一致，每相额定容量相等，所以其最大允许出力受每相额定容量的限制，当不对称运行时，负载轻的相就有富裕容量，从而使变压器出力降低，其出力降低与三相负载不对称度有关的关系式为：

α=100%

式中α不对称运行时，变压器出力降低率

B三相负载不对称度B=100%

可见，变压器出力降低程度与负载不对称度有关，负载不对称度越大，出力降低的越多，变压器最大输出容量就越小，其备用容量亦相应减少，同时过载能力亦降低，如果此时变压器发生短时过载，就可能引起变压器过热，严重时极易烧损变压器。

1．2对配电变压器的寿命影响

假设变压器在最大不平负衡负载下运行，即Iu=3I时，变压器负荷相电流是在平衡负载下运行的3倍，我们知道发热量与电流的平方成正比，发热量将增大9倍，将会造成变压器绕组和变压器油的过热，绕组过热使绝缘老化加快，变压器油过热加速油质劣化，变压器的绝缘性能迅速降低，从而导致配变寿命的降低（有资料显示变压器温度每升高8℃，使用年限将缩短近50%），变压器长期在不平负衡负载下运行还可能造成绕组烧毁。

在三相负荷载不平衡条件下运行的变压器，必然会产生较大零序电流，三相负载不对称时产生零序电流随不对称程度而变化，不对称程度越大，零序电流越大。由于零序电流的存在，势必在变压器铁芯中产生零序磁通，而高压侧没有零序电流，这就迫使零序磁通只能从变压器的油箱壁及金属构件中通过，构成回路。但配电变压器的这些金属构件均为非导磁部件，导磁率较低，所以磁滞和涡流损耗较大，造成钢构件局部温度升高，使变压器内部绝缘老化加快，严重时将导致变压器运行事故。

2、对用电设备的影响

低压用电设备种类很多，且都是按额定电压来设计和控制的，若负荷不平衡会产生谐波过电压，一些家用电器等用电设备会因过电压缩短寿命，甚至直接烧坏。另外负荷不平衡也影响用电设备安全运行，由于配变是根据对称运行情况设计的，其每相绕组的电阻、容抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阴抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。

3.对电动机效率的影响

由于变压器三相负载不对称引起的不平衡电压，存在着正序、负序、零序三个电压分量。当通过电动机后，负序电势就产生与正序电势相反的旋转磁场，使电机内的磁场已不再是均匀的圆形旋转磁场。而是椭圆型的磁场，使电动机旋转力矩不恒定，还起到制动作用，由于正序磁场比负序磁场强，电动机仍与正序磁场旋转方向一致，但由于负序磁场的制动作用，使电动机输出功率减少。如果电动机的中性线接零，还将有零序电流通过，这个零序电流还产生一个脉冲磁场，消耗较大的无功功率。

所以，当变压器三相不对称运行时，给用户提供的电力将会使电动机效率降低。并且还增加了电动机的温升和无功功率消耗。这些都使电力系统的损耗增加，同时还影响供用电设备的安全。

4.对10kV线路的影响

10kV线路主保护多为过流保护，当低压电网三相负荷严重不平衡时，将引起10kV某相电流过大，超过流保护定值，使线路过流保护动作跳闸，导致停电次数增加，同时变电站的开关设备频繁动作也将降低其使用寿命。

烧断低压导线：在三相四线制系统中，理想状态是负荷平均分配到三相上，即每相的电流为I，中性线电流为零。假设在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零时，中性线电流也为3I，也就是说线路在最大不平负衡载下运行时，线路的相电流是在平衡负载下运行的3倍。由发热量Q＝0.24I2Rt，知电流增为3倍，发热量增9倍，最大电流相导线温度直线上升，致使导线连接处、薄弱处烧断，酿成线路断线事故。同理由于三相负荷严重不平衡造成中性线电流增大（中性线导线截面一般应按相线截面的50%~70％选择），严重发热，直至烧断。

烧毁低压设备：低压配电屏配置的电气设备过载能力都较低，加上导线与设备的连接不规范，由于三相负荷不平衡造成空气断路器或交流接触器动作造成停电，甚至重负荷相烧损、整机损坏等后果。

5、对供电企业的影响

供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电本钱，另一方面停电检验、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。

6、对用户的影响

三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。

三、改善三相负荷不对称运行的措施。

1、建立三相负荷平衡管理机构，定期统计测量线路的三相负载是否平衡。对于农村的配电网我们在生产和营业部门成立了低压负荷统计、审核机构，实行定点、定期统计测量网络的三相负载情况，检查网络的三相负载是否平衡，制定调整措施。随时利用停电机会进行调整。在低压负荷报装用电批复时，由三相负荷平衡管理机构实行统一协调把关，将三组低压线尽可能由一根电线杆上分别从A、B、C三相引下，防止中性线上产生电流，尽一切可能地减少中性线电流，确保新增负荷均衡的分配到三相上，从而保证了线路的三相负载基本均衡.

2、合理利用三相负荷就地平衡法调整三相负荷。平衡三相负荷时，首先要从线路末端进行测量，根据测得的电流数据，依次调配低压分支末端的各相用户，力求达到负荷均衡。其次，分别测量配电变压器各路出线的线电流，依据测量数据，平衡各线出线负荷，达到配电变压器低压出线端各路负荷与分支末端用户负荷平衡的效果，从而消除三相负荷不平衡。

3、装设低压电力电容器进行三相负荷调整。对于三相不平衡系统，可采用对称分量法将电流分解为正序电流、负序电流和零序电流，而三相平衡系统的电流只有正序电流，因此只需补偿掉负序电流和零序电流，不平衡的三相电流就可转变成平衡的三相电流。采用星角混合接法的电容、电抗元件可补偿掉或大大减少零序电流与负序电流，使系统转变成基本平衡系统。因此要求用户在配电室设置电力电容器，这样不仅可以平衡三相电流，还可以提高功率因数，降低线路损耗。同时还要利用农网改造的机会，在配电线路上装设低压电力电容器进行三相负荷调整，达到平衡三相负荷的目的。

4、定期巡视电网和设备，加强台区负荷监测，严控三相负荷不平衡度。要以台区为单位，加强负荷监测，定期开展负荷实测，并做好记录，从中找出规律性的东西，拟订平衡方案，调整负荷分布以期达到:配电变压器出口三相电流不平衡度小于10％，中性线电流不超过低压侧额定电流的25％，低压主干线及主要分支线的首端三相电流不平衡度小于20％。与此同时还要随着用户负荷增减或季节变化，及时调查、规划、调平，不断提高三相平衡度。

结束语

通过低压电网三相负荷不平衡运行的探析，我们认识到低压电网三相负荷不平衡的危害，危及范围也非常广，只要我们能充分认识到低压电网三相负荷不平衡危害的严重性，通过采取有效的方法和措施改善三相负荷不平衡运行，减少三相负荷不平衡运行对供用电设备的危害和降低网络损耗是切实可行的。