三相负荷平衡全面提升中低压配网技术性能

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近年来，党和bi政府加强“三农”工作，推行家电下乡，农村经济飞速发展，农民生活迅速提高，农村家庭除照明灯具、电视机、DVD、电脑、电冰箱等中小功率电器增多外，大量的大功率家用电器进入寻常百姓家，例如电磁灶、微波炉、电饭煲、电水壶、电热水器、电暖器、空调、小水泵等，单台容量大多数在800～2000kW，都是采用单相(220V)电源，使单相负荷急剧增加;而农村较大的农副业加工户大多自己安装配电变压器使用，使公用台区三相动力负荷减少。据了解，现在一般农村公用台区单相负荷已占总负荷的90%左右，富裕地方达到95%以上，经济较差的农村也占到70%左右。在单相负荷极大增长的情况下，若不注意三相负荷平衡，可能使低压电网的三相负荷不平衡度很大，对中低压配网技术性能会产生哪些影响?下面作以分析。

一、 三相负荷不平衡对中低压配网技术性能的影响

1.对配电变压器的影响

(1) 三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：

变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc　。

当a=b=c时，代数和a+b+c取得最小值：a+b+c=33√abc　。

因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次侧相电流，R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：

Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)]

由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。

取以上定性分析的两极，进行定量分析，可以看得更清楚：

当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I时，Qa+Qb+Qc=3I2R;

当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic=0时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

(2)三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍)，超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快;变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命(温度每升高8℃，使用年限将减少一半)，甚至烧毁绕组。

(3)三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高：

在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。

2.对6～10kV高压线路的影响

(1)增加高压线路损耗：

低压侧三相负荷平衡时，高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R)

即6～10kV高压线路上电能损耗增加12.5%。

(2)增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：

我们知道6～10kV高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

3.对配电屏和低压线路的影响

(1)三相负荷不平衡将增加线路损耗：

三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);

即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失1200 kWh，则平衡时只损失200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。

(2)三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍)，超载过多。由于发热量Q=0.24I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。

同理在配电屏上，造成隔离刀闸、接触器、断路器重负荷相烧坏因而整机损坏，和连接导线烧坏等严重后果。

二、三相负荷不平衡对供电企业的影响

低压电网和6～10kV高压线路电能损耗过大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工具体管理台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉，降低服务质量。

三、三相负荷不平衡对用户的影响

三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，造成三相电压相差较大，降低电能质量，影响用户的电气设备使用。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。

四、调平三相负荷的做法

伊川县电业局在降损实践中研发出“三相负荷就地平衡降损法”，其基本做法为：

①调整最基层的用电户在三相上的分配以调平三相负荷,以用电户为单位，以平均月用电量为调整依据。

②把用户按用电性质分为5类，平衡分配到三相上，以实现多数时间三相负荷平衡。

③下户线接点就地或就近平衡、末线路单独平衡、支线路单独平衡、同一出口的各条下级线路协调就近平衡、主线路汇流平衡。

④对特别大户(如学校、村委等)，单独把其内三相调平。

⑤把动力户的单相负荷也均衡分配到三相上。

⑥从线路末端开始进行调整。

⑦图表结合，通过绘图标识和填表积算以实现精确平衡。

其最新进展：为了降低调平三相负荷的劳动强度，提高工作效率和降损效果，2010年又编写开发软件，之后软件与硬件(智能掌上电脑)结合，制成便携式装置，定名“低压电网三相负荷精确平衡系统”，可以在低压线路现场进行三相负荷的调查数据录入、快速精确地进行规划，指导调平三相负荷;且实现调整资料方便地保存和以后利用，持续完善提高平衡度。本系统推广使用证实：①可提高效率60%以上，一般来说一个公用台区的调查和规划，过去人工做需要3天以上，应用本系统1天即可轻松完成;②规划平衡度以及降损幅度创出新高，比人工精细调整提高30%以上;③使用方便，适应性强。本系统实现了三相平衡数据采集，计算和规划实施的自动化与标准化，2011年6月15日本系统通过河南省电力公司鉴定，结论为“该系统设计新颖、技术先进，实用性强，达到了国内领先水平。”

五、 三相负荷平衡全面提升中低压配网技术性能

在单相负荷极大增长的情况下，搞三相负荷平衡，则正中要害。在本地大面积推广使用“三相负荷就地平衡降损法”的实践证实：一般可降低低压线损30～50%，降低中压线损10%以上，并使线路设备损坏事故明显下降，稳定提高电能质量，大幅提升供电企业的经济效益、管理水平和服务水平。

因此，三相负荷平衡的重要性，现在远远超过了以前，这是电网降损技术的与时俱进。物质第一性，意识第二性;物质是意识的根源，意识是存在的反映，是物质发展到一定阶段才出现的，是物质高度发展的产物。三相负荷就地平衡降损法的出现，充分反映了这个唯物辩证法的基本原理。

推广“三相负荷就地平衡降损法”，调平三相负荷，不仅降损效果显著，而且明显降低线路设备损坏事故，稳定提高电能质量，即全面提升电网技术性能，还有实施简便，投资小，见效快的特点。其大面积推广应用，可使我国中低压配网技术性能明显提高一个等级，对于建设能源节约型、环境友好型社会，促进社会的和谐和发展意义重大。

电气化是现代化的基础，以后十数年时间内，将是农村经济持续又快又好发展、农民生活水平持续大幅提高，家用电器大量涌入家庭的时期，单相负荷还要大幅增长，三相负荷平衡在相当长的一段历史时期内非常重要。

(正文完)

参考文献：

[1]翟世隆，李全中，黄德仁.供用电实用技术手册[M].北京：中国水利电力出版社，1998

[2]张弘廷，张颢，杨洁.配网降损、用户节电的金钥匙——就地平衡降损法[M]. 北京：中国电力出版社，2010