广州供电局变电三所1  潘雄1  时维经1  刘伟雄1  潘晓柏1  1511400.
广州市仟顺电子设备有限公司2 袁焕炯2  511400

摘要：在低压配电网中，由于用电器的多样性，很难做到三相负荷平衡，因此很难避免三相不平衡的产生。本文简要分析了低压电网三相不平衡带来的危害，提出了集中降低低压配电网三相不平衡危害的几种办法。
关键字：低压电网，三相不平衡，三相电不平衡补偿
        1引言
        三相电不平衡是指三相电所挂负荷功率不平衡，导致三相电所通过的电流不相等，三相电压出现偏差。三相不平衡是影响电能质量长期存在的主要问题之一，依照国家电力行业标准《 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡》的规定，电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。三相不平衡问题严重影响低压配电网的供电安全和供电质量，本文着重分析了低压配电网三相不平衡带来的危害，以及几种可行的解决办法。
        2三相不平衡的危害
        2.1增加输电损耗
        三相电压是电压幅值相等且相位相差120度的三相交流电组合而成，在三相电平衡运行时，三相电连接的中点就是电压中性点，此时中性点的相对电压为0，电流为0。当三相负荷不平衡运行时，中性点发生偏移，使中性线线即有电流通过。因为中性线存在阻抗，中性线有电流必然会引起电能损耗，且损耗量与中性线电流的平方成正比，与中性线的长度成正比。
        2.2 增加变压器损耗
        配电变压器是在三相负荷平衡的基础上设计制作的，变压器的三相线圈的绕组相等，在三相平衡的情况下，变压器副边的三相线圈电压相等，通过三相线圈的电流Ia、Ib、Ic也相等，此时的三相损耗Pf为三相损耗总和：

      
        2.3 使配电变压器出力减少
        在设计配电变压器时是按照三相负荷平衡运行的情况下设计的，它的每一相绕组的性能基本一致，其三相的额定容量也基本一致。三相电所挂负荷不平衡时，会导致三相电流不平衡，变压器在该相的输出功率较低，容量富余出力减少。而在电流较大的相线上，其允许出力的最大容量不超过额定容量。
        2.4 产生零序电流
        零序电流的产生，是由于三相系统负荷分配不均匀，或三相负荷性质不同，导致三相电流大小或相位不同而产生，零序电流是三相电流的向量和。在实际运行中，由于负荷的多样性，结构复杂型，我们很难做到三相负荷的完全平衡，零序电流客观上必然存在。在变压器中，低压侧的零序电流会在铁心中形成零序磁通，零序磁通会在变压器内部导磁率较低的金属结构上时，会产生涡流效应，涡流效应不仅增加了变压器的损耗，还使变压器内部结构温度上升，加快绕组老化，影响变压器的使用寿命。
        2.5 影响用电设备安全
        在三相不平衡运行时，由于各相输出电流不相等，在变压器中每组的压降就不一样，这会导致变压器输出的三相电压不一样，同时，三相不平衡时中性线也有电流通过，从而使中性线产生压降，这就导致中性点漂移，使各相电压发生变化。电压偏差会导致电压高的一相设备容易过压烧坏，电压低的一相设备无法正常使用。
        另外，三相不平衡还会影响电机工作效率，由于三相电压不平横状态先存在负序分量，负序分量在三相电机产生负序磁场，负序磁场起制动作用，导致三相电机输出功率降低，同时产生无功损耗和温度升高等，影响电动机正常运行。
        3三相不平衡的解决办法
        3.1 合理的负荷分配
        加强变压器出口负荷电流测量，合理分配三相负荷电流，仍然是治理三相不平衡的主要途径。加强不平衡负荷的分配和管理，将部不对成负荷分散接在不同的供电点，减少重大超标的三相不平衡事故的发生。
        3.2 开关换相式负荷调节
        开关换相式负荷调节是由一套智能换相装置实现的。智能换相装置是由一个智能换相终端和若干个换相开关操作机构组成。智能换相终端实时监测配电变压器低压侧的三相电流，如果配变低压侧三相负荷电流不平衡度超限，智能换相终端就会采集配电变压器低压侧出口电流和所有安装了换相开关操作机构的支路的电流、相序实时数据，进行优化计算，发出最优换相指令，使各换相开关操作机构根据指令进行换相动作，进而调整用户负载，使得改配电变压器低压三相负荷最大化均衡分配。
        开关式换相的负荷调节方法的调节核心是安装在负荷支路的开关操作机构，是从负荷侧调节三相平衡，优点是能够自动判断三相不平衡，智能调节负荷的平衡，缺点是改造实施难度大，费用高，对功率因素的提高调节有限。使用小范围供电的且功率因素大于0.85的区域使用。
        3.3 电容型三相不平衡调节补偿
        低压电网的用户负荷大多数都是感性负荷，电容性三相不平衡调节补偿的原理就是利用了用户负荷的感性无功，在相间接入相应的补偿电容，与负荷的感性无功相互作用，达到有功功率的相间转换，同时还补偿了无功功率，提升了功率因数。
        电容型三相不平衡调节补偿方法是目前使用较为广泛的方法，它具有安装方便、运维简单，投资费用较低，且能提升电网有功功率等优点，但也有其不足之处，如智能通过功率转移的方式改变变压器出口负荷平衡，不能从根本上解决实际的负荷平衡问题。因此本方法适用于三相不平衡度较低，功率因素不足的供电区域。
        3.4 三相不平衡自动补偿调节装置
        三相不平衡自动补偿调节装置（SPC）是应运于电子技术和信息控制技术的发展而生的，是专门为调节低压电网三相不平衡而设计的装置。SPC的原理是，使用外接电流互感器（CT）实时获取三相电流，根据电流数，据采用DSP数字技术处理分析电网是否处于平衡状态，同时计算出使电网达到平衡所需要补偿的电流，发出相应的PWM指令，控制IGBT驱动MOS开关管开合，将电流较高的相线电流引入储能电容中，在次通过IGBT驱动MOS开关管开合，将储能=电容中的电流逆变成交流电回馈到电流较低的相线中，达到平衡三相电流的效果。
        同时SPC还具备无功补偿和谐波补偿等功能，同样是通过 外部电流互感器计算电网中的无功电流或谐波分量，通过内部DPS数字技术计算无功补偿或谐波补偿的补偿数值，然后根据该数值发出相应的PWM指令，控制通过IGBT逆变器产生满足要求的补偿电流，最终实现无功补偿和谐波补偿的功能。
        4 结束语
        三相不平衡是电网运行一直存在的问题，随着人们生活水平的不断提升，用户用电量不断增加，负荷多样，用电规律错综复杂，时电网三相不平衡问题日益突出。三相不平衡是影响抵押配电质量的主要问题之一，本文通过简要分析抵押配电网三相电不平衡带来的危害，以及解决三相不平衡的的几种办法，希望对研究处理抵押电网三相不平衡问题有所裨益。
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作者简介：
潘雄，男，1969年12月生，广东兴宁人，供职于南方电网公司广州供电局变电三所，变电运行专业一级技能专家；主要研究方向：变电运行设备检修技术。