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浅析电力系统三相不平衡的危害与解决措施

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王烨闻

[导读] 摘要：随着电力系统三相不对称负荷的不断增加，电力系统电能损耗增加、出力减少，且产生零序电流。

        国网河北省电力有限公司保定供电分公司
        摘要：随着电力系统三相不对称负荷的不断增加，电力系统电能损耗增加、出力减少，且产生零序电流。再是，线路电能损耗增加，用电设备的安全运行受到影响，电动机效率降低；致使供电系统的安全稳定运行也越来越受到威胁。针对这一现状，本文将谈谈几点看法。
        关键词：三相不平衡；危害；解决措施
        引言
        在电力系统中低压配电网中，由于三相负荷是随机变化的，进而在一定程度上呈现出不平衡性。受三相不平衡的影响和制约，进而在一定程度上造成供电点三相电压和电流出现不平衡，进一步增加了线路的损耗；再者，对于接在供电点上的电动机运行来说，通常情况下也会产生较为不利的影响。现在，在中低压配电网中，一般采用手动或自动投切的电容器组进行补偿。但是，其只能解决功率因数的补偿问题，而不能从根本上解决平衡三相负荷。
        1.三相不平衡的概念及影响
        三相电压相量大小相等，并且按照A、B、C的顺序，彼此之间构成2π/3角，这种情况被称为三相平衡（或对称），反之被称为三相不平衡系统，对于后者来说，通常情况下，又可以分为正常性和事故性两类。对于正常性的不平衡来说，通常情况下是由系统三相元件或负载彼此之间不对称造成的，将三相电压允许不平衡度作为衡量电能质量的指标，在一定程度上根据正常性不平衡运行工况来制定的。
        通常情况下，三相电压不平衡是因三相负荷之间彼此不平衡导致的。当不平衡的三相电压加于三相电动机时，会使电动机产生负序电流，产生阻尼力矩，增加电动机转子中的热损失，造成电动机温升增高，噪声增大。特别当一相开路时，电动机处于两相运行，在负载不变时，将会烧坏电动机。
        2.三相不平衡运行的危害
        2.1影响电能质量、危及安全
        对电能质量的影响主要体现在由于中性点漂移引起三相电压不对称。当电力系统在三相负荷不对称运行时，变压器次级线圈发生三相电流运行异常，异常现象导致中性线产生零序电流。此类现状下，使得三相电流电压对称性出现异常，三相电流中性点产生位移，这时将出现三相电压不对称的电能质量问题。
        当电力系统长期处于不平衡运行时容易造成如下问题：
        （1）低压相电用电户电气设备，因电压异常现象无法正常应用。高压相电用电户，电气设备则因电压变动存在设备烧坏的可能性。（2）三相电流运行异常，造成中性线出现零序电流。零序电流的移动，导致中性线产生电流。最终造成中性线路熔断，相电压运行失效，转换为线电压。此类现状下，对于用电设备以及操作人员的人身安全，都造成了较大的危害。（3）电流负荷较大区域，最终用电线路在供电的过程中，产生了大量的热能。热能现象使得用电线路绝缘性快速降低，最终造成人员触电等危害。（4）三相电流不平衡运行时间加长，超负荷区域负载超限。最终造成相电导线熔断，电气设备烧毁。严重时可能造成变压器设备的爆炸等后果，严重影响电网的安全运行。
        2.2供电稳定性较差
        三相电相较于两相电，其运行中产生的电流较大。对于三相运行的稳定性要求较高，因此一旦次级线圈出现零序电流，导致三相运行失衡。此类现状下，三相运行自行调整零序电流从电力系统的导电部件通过。此类现象的持续，最终造成变压器导电部件发热，设备整体热量随之上升。变压器内部温度快速升高，最终产生恶性循环，导致变压器烧毁，最终影响了供电的稳定性。
        2.3增加变压器损耗
        电力系统在运行时会产生铁损和铜损，如上所述，当电力系统处于三相不对称运行时，其内部初级线圈未产生零序电流，但在次级线圈上产生了零序电流。此类现状下零序电流需进行对外传导，最终通过电力系统油箱进行传导。此类现象长期出现，对于电力系统的损耗较大。最终造成较大铁损现象，并且在其持续的过程中，也同时增加了变压器内部的铜损。

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        2.4 增加输电线路损耗
        电流流过导线会产生电能损耗，其损耗与电流平方成正比。当电力系统三相不平衡运行，结果不仅引起相线损耗增加，而且使中性线有电流通过，也会产生损耗，增加了输电网的线路损耗。
        2.5导致配变出力减少
        在配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。
        假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。
        3.防止三相不平衡的措施
        3.1加强负荷不平衡管理
        一是培训装表接电工作人员。让装表接电工作人员认识三相负荷不平衡的危害性，三相负荷不平衡将直接危害电网的安全运行。二是定期进行三相不平衡电流测试，负荷每月至少进行一次测量，特殊情况下如负荷变化较大时，可增加测量次数，对负荷状况做到心中有数，为调整电力系统负荷提供准确可靠的数据。三是加强供用电管理，确保变压器负荷平衡。
        3.2加强负荷控制
        一是掌握用户负荷实时情况，对出现的拆迁，仪表或者增加用户的情况做到心中有数。二是结合城、农网线路的实际改造情况，进而在一定程度上随电网改造进行合理的设计，在负荷中心使配设置电变压器，通常情况下，对于低压线来说，其供电半径控制在500米，采用三相四线制供电方式对主干线、分支干线进行处理；对于5户以上的居民，通常情况下不采用单相供电，并且在一定程度上制定台区负荷分配接线图，在系统中，接入任何一个用户的用电改造，同时受到三相负荷平衡度的制约，进而在一定程度上避免改造的随意性。
        3.3装设平衡装置。在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。
        3.4加强对配变的监测，形成闭环管理
        加大配变监测终端的覆盖率，通过配变监测计量系统，及时查获电力系统的三相电压、电流、有功功率、有功电量、负载率和不平衡度等实时数据，经过统计分析得到相应的结果，可以为三相不平衡的整改提供所需的数据，根据这些数据，可以及时做出整改措施。也能够对调整以后的电力系统运行状况时时刻刻进行跟踪监测，及时发现电力系统运行过程中存在的问题并上报上级部门，形成闭环管理。
        结语
        因各种客观因素的存在，电力系统运行时三相负荷没有绝对的三相平衡，所以，如何降低三相不平衡度是很重要的。通过各种渠道使电力系统趋于三相平衡运行，提高供电可靠性的同时，也提高了供电企业的效益，因此，降低三相不平衡度，有着很重要的意义。
        参考文献
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