张凯
上海铁路局徐州供电段 江苏省徐州市 221000
摘要：铁路电力系统三相平衡是反映电能质量的一个重要参数，铁路电力系统的不平衡大多是由三相电源电压、线路电阻或终端负载的不对称引起的。对于供电线路的电压以及电流特别会出现不平衡的情况，本文通过对三相不平衡的问题以及影响三相不平衡的因素进行了研究分析，并且探讨发生三相不平衡能够造成的危害，并提出了相应的解决方案。
关键词：三相不平衡问题；低压配电系统；铁路电力系统；配电线路
引言
由于铁路电力用户的分布范围比较广泛，这就导致了配电所之间能够发生三相不平衡问题，为了提高设备的供电质量和更可靠的保证铁路行车安全，对此，解决铁路配电系统中三相不平衡问题的问题必须要解决。配电变压器的出口是发生三相不平衡问题的主要原因，也主要体现在了用电用户自身存在着一定的随机性，所以会在进行连接以后，负荷终端的用电负荷会大幅度的提高。并且同时还需要对车站以及站段工程的用电特征去考虑，阶段性地符合一旦超过了限定的数据，并且持续很长时间，那么此时出现的配电变压器出口是发生三相不平衡问题会更加严重。
1.三相不平衡的基本理念
理论上在铁路供电的线路当中是三相平衡，主要指的是三相交流电的电压平均相等，而且频率基本平均在50Hz之间。初始的每两个之间构成的度数基本都是120度。三相不平衡主要指的是在铁路电力系统中，三相电压的大小不一样，并且初始的角超过了规定的范围内。所发生的三相不平衡不仅与终端的负荷特点有关系，并且还与铁路电力系统的规划以及对负荷进行合理分配息息相关。在三相电源完全堆成的情况下，工作人员可以依据中性点位移的情况来判断出负载端是否对称以及不对称的程度。如果中性点的位移程度超过了基本的标准以后，会造成严重的不对称情况，从而使负载的工作状态存在异常情况。因此在供电的线路中，三相平衡要在常规的操作模式下，使中性点位移控制在指定的范围内，才能够使在供电线路中存在三相平衡的状态。
2.低压配电系统中三相不平衡所存在的问题
随着我国铁路的网络不断的增长，铁路供电网络的电力负荷也同时急剧的增加，在供电网络中的三相不平衡的问题也越来越严重了，从而造成在供电系统中三相不平衡的情况出现。能够造成三相不平衡的主要原因有:（1）配电网的两侧存在大量的时空分布不均匀的单相负载，从而导致了大多数配电的区域会出现不同程度的三相不平衡状况。（2）在用户用电的过程中会产生一定的随机性，以及越来越多的电力负荷，从而导致单相电网的符合也随之增加，所以最终才会造成三相不平衡的情况出现。三相不平衡会对配电系统以及用户带来严重危险。主要是由于（1）的电力线损失比较严重，所以三相四线的配电网发生侧倾，在三相不平衡运行的时候，中性线也会通电流，电网以及中性线产生了损失，从而导致了电网损失的增加。（3）三相不平衡会导致供电的质量急剧下降，从而导致了电气无法正常运行。所以三相不平衡的减少不仅能够稳定供电网络的电力质量，还能够减少电网的电力损耗，增加铁路供电安全的可靠性，并且能够具有一定的节约资源的效果。
3.影响低压配电系统三相不平衡的因素
能够导致三相不平衡的因素特别的多，如果单相接地短路或者是单相接零短路出现了故障，只有在电气运行的工作人员快速地对其进行分辨到底是哪里故障所引起的三相不平衡情况下，才能够迅速有效地解决此故障，从而保证电气设备的安全运行。
3.1非线性负载所引起的谐振
随着铁路的快速发展，非线性电力负荷逐年增加，大容量不仅能够非线性电力负荷会产生谐振，还会引起供电电压的波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡的情况出现。
比如说在发生分频谐振的情况的时候，三相对电压的顺序会依次的升高或者是同时升高。比如说在空母线的投入运行并且开始充电的时候或者是在单相接地故障消失的时候，如果光字牌的出现，并且一相或者两相的电压都超过了线电压，那么电压表的指针就会打到头，并且会同时慢慢移动。类似这种情况都会出现分频谐振的发生。
3.2 三相用电的负荷分配的不合理
很多车站等电气施工人员没有专业的三相负载平衡概念，因此在电气安装过程中没有意识到要控制三相负载平衡，只是盲目随意地安装电路，从而导致了一定程度上的分配不合理的现象出现。其次，中国大部分电力线共用电力和照明都是共用的，所以在使用的期间，用电的效率就会一定程度上的降低了，所以在这样的差异下进一步的夹具了三相不平衡的状况。当然从另一个角度来说，也不能完全做到三相平衡，比如说在大型车站里的负荷情况就需要根据设备具体容量换算的具体数值来决定，所以并不能做到在三相中每一相的用户用电设备数量都一样，所以也不能完全做到三相平衡。
这同时也说明了在用电的负荷是会不断的变化的，其中的原因主要在于临时用电以及季节性用电会存在一定的不稳定性。这样在总量上或者是时间上都会存在一定的不确定性以及不集中性，从而也使用电的负荷也不得不跟随实际情况的变化而变化。
4.三相不平衡的危害
对变压器的危害：在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。
对用电设备的影响：三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。同时随着我国铁路的高速发展，电气化铁路的运用，三相电压不平衡电压的不稳定，极易对铁路电务设备的电器元件造成损坏，危及铁路行车信号安全供电。
对线损的影响：“三相四线制结线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
5.对于三相不平衡的解决方式
5.1对三项符合的注重并且对其进行合理地分配
铁路电力系统的平衡不是绝对的，而是相对的，只能够说在运行的过程中做到相对的平衡状态。在三相负荷分配问题上，电力设计安装人员在实际工作中要认真检测和分析相关数据，从而在一定程度上达到对电力负荷进行预测的状态。另外，根据实际运行中不同的负荷情况，适当调整接线方式对三相负荷的合理分配也有一定影响。
配电变压器的负荷测量看似简单，但在实际的工作中有几点问题需要特别注意。首先，将测量工作延伸到低压配电线路的末端和分支端，以便进一步查找不平衡负荷的位置，确定负荷调整点；第二则是在实际的测量工作中不能够单纯的测量变压器，二是要测量零线上面的电流，从而能否够更好的判断出三相不平衡的问题所在；第三则是要定期或不定期开展负荷计量工作，特别是在大容量负荷运行和高峰负荷期间，要增加计量次数。通过及时测量变压器低压出线侧和靠近用户端的低压线路侧的电流，随时了解设备运行情况，并且对其进行均衡、合理的分配负荷。
5.2对三相符合中电流不平衡的处理方法
在一些电气化设备中比较集中的场所，是软起动器和变频调速功率较大的地方，或者是电气的设备需要频繁的重启或者停止的地方，通过增加无功补偿装置来调节不平衡电流，可以解决这一问题。配电变压器需要补偿不平衡电流时，应满足以下几点原则：首先要注意先补偿功率因数，再调整三相电流不平衡。两者都决定了补偿所需的无功功率；第二，在实际工程建设中，应采取与电感补偿不同的全容性治理模式，避免严重的过补偿；第三，应考虑荷载随时间的变化。根据这一特点，补偿量应根据负荷变化进行调整；第四则是设备切换和补偿设备切换次数的限制，在设计中应进行全天优化方案的策略管理。总之，在设置比例调节系数时，必须同时考虑功率因数限制条件和过补偿限制条件。
6.结束语
一般来说，铁路电力系统三相不平衡问题不容忽视，影响设备的使用寿命和效率，或直接导致设备损坏，甚至危及行车和人身安全。所以，从各个方面来看三相不平衡的问题的治理时，要尽可能地消除三相不平衡的问题所在，从而使配电线路能够更加安全、更加有效率地运行，同时也能够有效地改善铁路电力系统的运行环境。
参考文献：
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[2]朱雪凌， 三相四线低压配电系统电压、电流不平衡问题研究. 河南省，华北水利水电学院，2010-09-02.