低壓配網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響及治理

張昊

【摘 ?要】隨著社會(huì)的高速發(fā)展，家用大功率電器使用的越來(lái)越多，由于負(fù)荷的增加，極易導(dǎo)致三相負(fù)荷變得不平衡，給實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn) 行以及維護(hù)等帶來(lái)問(wèn)題。本次論文針對(duì)三相不平衡系統(tǒng)形成的原因、極易導(dǎo)致的問(wèn)題以及預(yù)防措施進(jìn)行了逐步分析，希望能給以后的生 產(chǎn)生活帶來(lái)便利，降低風(fēng)險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】低壓配網(wǎng);三相不平衡;影響;治理

一、引言

所謂三相平衡系統(tǒng)又叫做對(duì)稱系統(tǒng)是指三相電的電壓以及電流有 同樣的幅值同時(shí)相位存在一百二十度的差值。與之相反的是，如果電路 中含有任何一個(gè)條件情況變化，該系統(tǒng)就變成了三相不平衡系統(tǒng)又稱 不對(duì)稱系統(tǒng)。當(dāng)前電路中使用最多的就是三相變壓器，低壓電網(wǎng)不同于 普通電網(wǎng)，不能夠使用三相變壓器而應(yīng)該使用單相式負(fù)荷。隨著社會(huì)的 高速發(fā)展，家用大功率電器使用的越來(lái)越多，由于負(fù)荷的增加，極易導(dǎo) 致三相負(fù)荷變得不平衡，給實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行以及維護(hù)等帶來(lái)問(wèn)題。本次 論文針對(duì)三相不平衡系統(tǒng)形成的原因、極易導(dǎo)致的問(wèn)題以及預(yù)防措施 進(jìn)行了逐步分析，希望能給以后的生產(chǎn)生活帶來(lái)便利，降低風(fēng)險(xiǎn)。

二、低壓配網(wǎng)中三相不平衡的影響分析

2.1 影響電能質(zhì)量

（1）對(duì)供電電能質(zhì)量的影響。三相負(fù)荷不平衡系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程 中會(huì)對(duì)實(shí)際電能的提供帶來(lái)問(wèn)題，極易導(dǎo)致電能質(zhì)量問(wèn)題。首先極易出 現(xiàn)電荷分布不均衡情況，使得用戶出現(xiàn)電能使用效率不高。

（2）對(duì)線路中性線的影響。低壓配網(wǎng)三相不均衡極易對(duì)電路中的中 性線質(zhì)量產(chǎn)生影響，只要出現(xiàn)中性線問(wèn)題，就會(huì)改變線路中設(shè)備的串并 聯(lián)方式，使得并聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為串聯(lián)電路。而原本串聯(lián)的電路，電壓大小 根據(jù)電路中的設(shè)備進(jìn)行分配電壓，電阻值越大所分擔(dān)的電壓越大，電阻 值越小分擔(dān)的電壓越小。若電路中的電壓或者電流超過(guò)額定電流電壓 就會(huì)對(duì)用電器產(chǎn)生損壞，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)問(wèn)題影響實(shí)際電路的運(yùn)行。

2.2 影響供電設(shè)備運(yùn)行 低壓配網(wǎng)中若出現(xiàn)三相不均衡的情況肯定會(huì)導(dǎo)致部分用電器的電 壓出現(xiàn)明顯增大的情況，同時(shí)會(huì)高于兩相，若長(zhǎng)時(shí)間在該情況下就會(huì)導(dǎo) 致溫度過(guò)高進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)等問(wèn)題，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處于高電壓的情況下也 會(huì)降低設(shè)備的使用年限，為后期的設(shè)備維修護(hù)理等帶來(lái)麻煩。

2.3 造成線路損耗 當(dāng)前，配網(wǎng)中使用的多為鋁合金材料，由于材料鋁相對(duì)于其他物質(zhì) 而言電阻系數(shù)要低，有較為優(yōu)越的性價(jià)比。但是如果在實(shí)際線路配網(wǎng)中 大量的使用鋁，電路過(guò)長(zhǎng)就會(huì)使得線路損耗嚴(yán)重，影響電能的輸送。如 果使用的電路為低壓配網(wǎng)三相不均衡電路由于部分電壓被中性線占據(jù) 就會(huì)導(dǎo)致電路損耗，由于中性線是由一定的電阻值的，所以實(shí)際使用中 會(huì)產(chǎn)生一定量的損耗。低壓配電線路中使用三相系統(tǒng)，若電負(fù)荷為純電 阻，它通過(guò)導(dǎo)線相連。每一根導(dǎo)線的電阻值 3Ω，中性線也存在電阻其 電阻值與普通導(dǎo)線一樣，經(jīng)過(guò)計(jì)算得每一根導(dǎo)線的電流為 50A，20A，20A，中性線的電流視為 60A，通過(guò)公式 P=I2 R 計(jì)算得每根導(dǎo) 線的 P1=7500KW，P2=2400KW，P3=10800KW，則電路中的總功率為 20700KW。若將低壓配網(wǎng)的三相網(wǎng)絡(luò)均看作均衡狀態(tài)，則每一根電線 的電流都視為 30A，根據(jù)公式 P=I 2 R，得到總功率的損耗為 8100KW。通過(guò)上述計(jì)算低壓配網(wǎng)三相均衡電路的損耗量要低于不均衡電路，總功率可以低 12600KW。通過(guò)上述分析低壓網(wǎng)絡(luò)的三相電路更為不平 衡，在很大程度上會(huì)大大增加線路損耗，不利于電網(wǎng)的運(yùn)行以及利潤(rùn)的 增加。通過(guò)上述分析，低壓配網(wǎng)三相系統(tǒng)的平衡性對(duì)輸電線路中的電量 以及線路中的損失量都有明顯的影響，所以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該不 斷更新技術(shù)，在最大程度上降低損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

三、低壓配網(wǎng)中三相不平衡產(chǎn)生原因分析

3.1 家庭單相負(fù)荷用電增加 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展人們生活水平的提高，家用電器的使用量逐 漸增加，耗電量會(huì)有大幅度的提升，目前家庭用電多數(shù)為單相負(fù)荷。低 壓配網(wǎng)多數(shù)為三相四線的方式，在實(shí)際電網(wǎng)的應(yīng)用中單相平衡并不在 三相電中，所以會(huì)使得電路中的兩相電超負(fù)荷運(yùn)行，尤其是遇到用電高 峰期，這種情況會(huì)更加嚴(yán)重。

3.2 城區(qū)低壓線路改造被忽視 隨著國(guó)家加大對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)與改造，尤其是針對(duì) 10KV網(wǎng)架建構(gòu) 與完善的問(wèn)題上，國(guó)家加大力度對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這就在一定程度上 忽視了城市中的低壓電路的改造，特別是三相四線的供電模式，支路所 使用的是單相電網(wǎng)，這在極大程度上導(dǎo)致了低壓電路不平衡三相負(fù)荷 的出現(xiàn)。

3.3 低壓表計(jì)和低壓線路在改造方面存在不同步現(xiàn)象 在進(jìn)行低壓電網(wǎng)的改造過(guò)程中，低壓表計(jì)和低壓線路不同步改造 的問(wèn)題是難以避免的，極有可能出現(xiàn)將低壓線路改成三相四線供電的 情況。但是，就其實(shí)際應(yīng)用來(lái)看低壓表計(jì)的供電形式依然采用的是傳統(tǒng) 供電形式，如果將電壓表計(jì)改造成為了三相供電的形式，就會(huì)依舊采用 傳統(tǒng)的單相供電形式，這就會(huì)出現(xiàn)低壓配網(wǎng)不平衡負(fù)荷的問(wèn)題，使得工 程改造問(wèn)題難以真正取得實(shí)效。

四、低壓配網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行優(yōu)化策略

4.1 加強(qiáng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷管理 在配變臺(tái)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格審查用戶申報(bào)資料，做好用戶數(shù) 量、負(fù)荷大小、負(fù)荷性質(zhì)等統(tǒng)計(jì)分析工作，根據(jù)調(diào)研資料和數(shù)據(jù)，確定配 變臺(tái)區(qū)的布局位置和出線方式;建立負(fù)荷相序分配表，將各類用電性質(zhì) 的用戶按照負(fù)荷大小均勻分配，從源頭上抑制配電變壓器三相不平衡。在配變臺(tái)區(qū)日常運(yùn)維環(huán)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)配變?nèi)嗖黄胶獗O(jiān)測(cè)和相序調(diào)整工 作，針對(duì)運(yùn)行中三相不平衡超標(biāo)的配變，定期開(kāi)展人工換相工作，配變 負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)包含多個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷數(shù)據(jù)，選取的監(jiān)測(cè)時(shí)刻應(yīng)具 有代表性，反映出用戶的負(fù)荷特征，通過(guò)對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化決策計(jì) 算，獲得最佳換相調(diào)整方案

4.2相序平衡優(yōu)化算法是基于配電網(wǎng)的負(fù)荷信 息，建立數(shù)學(xué)模型，并求解最佳負(fù)荷相序調(diào)整方案 的算法。通過(guò)對(duì)各個(gè)用戶的負(fù)荷情況進(jìn)行檢測(cè)，并將其投入合適的相別，則可實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)三 相負(fù)荷的平衡。很多學(xué)者，通過(guò)對(duì)負(fù)荷特征的分 析，建立了基于換相裝置的數(shù)學(xué)模型，提出來(lái)如粒 子群 算 法[32-34]、遺 傳 算 法[35-37]、模 擬 結(jié) 晶 算 法[38]、專家系統(tǒng)[39]、生物地理學(xué)優(yōu)化算法[40]、免 疫算法[41]、模擬退火算法[42]、模糊 C 均值聚類算 法[43]等。上

五、結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)負(fù)荷的所在相 別、負(fù)荷大小以及負(fù)荷的空間位置等信息，以三相 負(fù)荷不平衡度、網(wǎng)絡(luò)線損、換相次數(shù)等為目標(biāo)函數(shù) 或約束條件，建立數(shù)學(xué)模型。利用優(yōu)化算法尋找 最佳負(fù)荷配置方案，并通過(guò)換相裝置來(lái)對(duì)負(fù)荷或 線路進(jìn)行換相調(diào)整，從而降低配電網(wǎng)的三相負(fù)荷 不平衡度。

結(jié)語(yǔ)

由于低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡會(huì)對(duì)電網(wǎng) 的安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成危害并降低電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì) 效益，對(duì)現(xiàn)有治理方案分“負(fù)荷補(bǔ)償”和“相序 平衡”兩大類分別進(jìn)行了較為全面的原理性介 紹，并針對(duì)目前新出現(xiàn)的基于換相裝置的負(fù)荷 不平衡解決方案作詳細(xì)介紹。最 后 指 出 研 究 適用于居民用戶負(fù)荷的低成本換相裝置是未 來(lái)解決低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題的重 要研究方向。

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（作者單位：無(wú)錫三新供電服務(wù)有限公司碩放業(yè)務(wù)所）