配電網(wǎng)三相不平衡常見(jiàn)原因分析

楊磊　劉天縱　張兆嫻　張翠

摘 要： 隨著用電需求不斷增加，對(duì)配電網(wǎng)的要求也越來(lái)越高。不僅要保證供電可靠性，還要保證電能質(zhì)量。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，由于多種原因，可能造成配電臺(tái)區(qū)發(fā)生嚴(yán)重三相不平衡，威脅配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，對(duì)造成三相不平衡原因進(jìn)行歸納分析十分重要。本文闡述了三相不平衡的概念和實(shí)際應(yīng)用中對(duì)三相不平衡臺(tái)區(qū)的判定，總結(jié)了三相不平衡的四個(gè)主要危害，并對(duì)遇到的超過(guò)100個(gè)三相不平衡臺(tái)區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)分析，歸納了產(chǎn)生三相不平衡的四個(gè)主要原因，為三相不平衡臺(tái)區(qū)原因查找及治理提供參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；配電變壓器；三相不平衡

當(dāng)前，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電力用戶(hù)的用電類(lèi)型也多種多樣，由于負(fù)荷類(lèi)型不同、用電時(shí)間不同等多種原因，可能導(dǎo)致配電變壓器臺(tái)區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的三相不平衡。隨著用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，配電網(wǎng)三相不平衡問(wèn)題日益突出。在配電臺(tái)區(qū)中，理想狀態(tài)是使負(fù)荷平均地分配到A、B、C三相上并運(yùn)行于三相平衡狀態(tài)，但實(shí)際中很難做到。實(shí)際負(fù)荷多以單相負(fù)荷、單-三相負(fù)荷混合形式存在，某些地區(qū)單相負(fù)荷占比大，所以會(huì)產(chǎn)生三相不平衡，嚴(yán)重的三相不平衡狀態(tài)會(huì)對(duì)供電質(zhì)量造成影響，本文主要對(duì)實(shí)際中遇到的超過(guò)100個(gè)三相不平衡臺(tái)區(qū)的產(chǎn)生原因進(jìn)行歸納分析，總結(jié)了四個(gè)主要原因。

一、三相不平衡概念

三相不平衡是電能質(zhì)量的指標(biāo)之一，分為三相電壓不衡和三相電流不平衡。對(duì)于三相電壓不平衡，國(guó)標(biāo)GB15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》對(duì)電壓不平衡的定義為，三相電壓在幅值上不同或相位差不是120度，或兼而有之[ 1 ]。且規(guī)定電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為負(fù)序電壓不平衡度允許值不超過(guò)2%，短時(shí)不超過(guò)4%。

在實(shí)際中，還常用到三相電流不平衡的概念，三相電流不平衡與三相電壓不平衡類(lèi)似，引入三相電流不平衡度來(lái)表示不平衡程度大小，國(guó)網(wǎng)公司PMS2.0監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中將其定義為：

三相不平衡度=（最大相電流-最小相電流）/最大相電流*100%，

根據(jù)上述定義，如果某臺(tái)區(qū)三相不平衡度大于25%且負(fù)載率大于60%，持續(xù)時(shí)間在2小時(shí)以上，就認(rèn)為該臺(tái)區(qū)三相不平衡。圖1為某個(gè)三相不平衡臺(tái)區(qū)24小時(shí)電流波形。

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圖1 三相不平衡臺(tái)區(qū)某天電流波形

二、三相不平衡的危害

三相不平衡主要有以下四方面的危害[ 2 ]：

一是導(dǎo)致線(xiàn)路損耗增加。三相四線(xiàn)制供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于三相不平衡狀態(tài)時(shí)，中性線(xiàn)有電流流過(guò)，增加了網(wǎng)絡(luò)損耗，不平衡度越大，線(xiàn)損越大。

二是導(dǎo)致變壓器損耗增加。配電變壓器運(yùn)行于不平衡狀態(tài)時(shí)，有零序電流產(chǎn)生，零序電流產(chǎn)生零序磁通，它使變壓器發(fā)熱加劇，絕緣老化加速，壽命縮短。此外，還會(huì)降低變壓器出力，不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

三是造成低電壓，還可能影響用電安全。三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致三相電流不平衡，三相電流不平衡進(jìn)一步導(dǎo)致變壓器內(nèi)部三相壓降不等，負(fù)載重的一相電壓降低造成低電壓，負(fù)載輕的一相電壓升高有可能造成電器設(shè)備損壞，產(chǎn)生事故，降低供電可靠性。

四是電動(dòng)機(jī)效率降低。由于三相不平衡產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出功率減少，同時(shí)其增加溫升，既不經(jīng)濟(jì)也不安全。

三、三相不平衡常見(jiàn)原因分析

現(xiàn)對(duì)工作中遇到的超過(guò)100個(gè)三相不平衡臺(tái)區(qū)進(jìn)行分析，整體情況如圖2所示。負(fù)荷分配不均是造成三相不平衡的主要因素，占比最大，為79.2%，其他因素合計(jì)約占總數(shù)的五分之一，下面分別對(duì)四種主要原因進(jìn)行分析。

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圖2 三相不平衡達(dá)原因分類(lèi)和占比

（一）負(fù)荷分配不均導(dǎo)致三相不平衡

負(fù)荷分配不均導(dǎo)致三相不平衡是最常見(jiàn)的原因，指負(fù)荷未被平均分配到A、B、C三相上造成的三相不平衡。裝表接電人員在進(jìn)行負(fù)荷接入時(shí)沒(méi)有綜合考慮最終結(jié)果，接線(xiàn)時(shí)負(fù)荷分配具有隨意性，導(dǎo)致三相不衡。這種情況三相電流曲線(xiàn)往往表現(xiàn)為A、B、C相中某相電流總是高于其他兩相的電流曲線(xiàn)。出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以通過(guò)重新分配負(fù)荷的方法來(lái)調(diào)節(jié)，即通過(guò)計(jì)算將電流曲線(xiàn)高的相上的負(fù)荷合理轉(zhuǎn)移到其他兩相上。

（二）用電負(fù)荷隨機(jī)變化無(wú)法預(yù)測(cè)導(dǎo)致三相不平衡

居民負(fù)荷往往以單相負(fù)荷為主，即使平均分配了A、B、C三相負(fù)荷，實(shí)際中也很難保證接于三相的電氣設(shè)備同時(shí)開(kāi)啟或退出。例如，接于A相的居民用戶(hù)晚上開(kāi)啟大量電器與此同時(shí)接于B相的用戶(hù)因外出屋內(nèi)電器全部關(guān)閉，即用電時(shí)間不同。實(shí)際中這種規(guī)律性不強(qiáng)的負(fù)荷以商業(yè)負(fù)荷居多，如飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等，負(fù)荷大小和用電時(shí)間均不同。這種情況下負(fù)荷隨機(jī)性波動(dòng)，不能預(yù)測(cè)，且從三相電流曲線(xiàn)上看，有時(shí)A相電流大，有時(shí)B相大，有時(shí)C相大，規(guī)律性不強(qiáng)，曲線(xiàn)交叉重疊，這種情況無(wú)法通過(guò)調(diào)整負(fù)荷來(lái)解決，一般加裝自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置解決[ 3-4 ]。

（三）大功率負(fù)荷導(dǎo)致三相不平衡

隨著電力設(shè)備種類(lèi)越來(lái)越多及其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，居民或商業(yè)場(chǎng)所裝設(shè)的大功率設(shè)備逐漸增加，這些設(shè)備的開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)段沒(méi)有規(guī)律。當(dāng)這些設(shè)備打開(kāi)時(shí)，就會(huì)破壞三相平衡狀態(tài)，當(dāng)關(guān)閉時(shí)又回到平衡狀態(tài)。此外，用戶(hù)還可能根據(jù)自己的需要增加大功率負(fù)荷，這種情況不可控。所以，大功率設(shè)備的突然開(kāi)啟或不可控增加也是造成三相不平衡的原因之一。

（四）外力因素導(dǎo)致三相不平衡

外力因素也會(huì)造成配電網(wǎng)三相不平衡，這類(lèi)原因所占比例較小，主要包括以下幾個(gè)方面：

一是采集裝置和計(jì)量問(wèn)題造成，采集數(shù)據(jù)顯示不平衡度增加然而經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)電壓、電流均正常，這種情況可能是采集裝置接線(xiàn)不牢等原因造成。

二是竊電造成，應(yīng)加強(qiáng)整治違規(guī)用電力度，做好用電宣傳。

三是季節(jié)性因素和臨時(shí)用電影響，如冬季電采暖、夏季空調(diào)及農(nóng)業(yè)等負(fù)荷。

四是其他外力因素，如發(fā)生斷線(xiàn)故障，或拆遷片區(qū)，等等。

四、總結(jié)

綜上，三相不平衡既會(huì)影響配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又會(huì)影響供電質(zhì)量。本文闡述了三相不平衡的概念和實(shí)際中對(duì)三相不平衡臺(tái)區(qū)的判定，然后說(shuō)明了三相不平衡的危害，并重點(diǎn)分析了產(chǎn)生三相不平衡的四個(gè)主要原因：

一是負(fù)荷分配不均導(dǎo)致三相不平衡；

二是用電負(fù)荷隨機(jī)變化無(wú)法預(yù)測(cè)導(dǎo)致三相不平衡；

三是大功率負(fù)荷導(dǎo)致三相不平衡；

四是外力因素導(dǎo)致三相不平衡。

本文的結(jié)論為三相不平衡臺(tái)區(qū)原因快速查找及治理提供了重要參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 電能質(zhì)量.三相電壓不平衡[S]. GB15543-2008.

[2] 高僮，劉大勇，郭莉，等.長(zhǎng)春地區(qū)配電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)狀[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，15（4）.

[3] 王志偉.低壓配電網(wǎng)三相不平衡監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).太原理工大學(xué)碩士論文[D].2015.

[4] 方恒福，盛萬(wàn)興，王金麗，等.配電臺(tái)區(qū)三相不平衡實(shí)時(shí)在線(xiàn)治理方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（9）.

作者簡(jiǎn)介：

楊磊（1987-），男，國(guó)網(wǎng)天津電力科學(xué)研究院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心，工程師，長(zhǎng)期從事配電網(wǎng)及變壓器專(zhuān)業(yè)相關(guān)工作。