(天津平高智能电气有限公司 天津 300300)
摘要：目前，由于我国大部分的低压配电系统都是采用的三相四线制的接线方式，这样会造成单相负载不均衡问题的出现，从而导致变压器输出侧处在三相不平衡的状态下。配电变压器长期处于三相不平衡的运行状态，会导致变压器损耗、电动机有功输出降低，加大了配电线路损耗、降低了变压器的输出、损坏客户用电设备等现象出现。采取切实可行、经济合理的补偿抑制措施，提高其电能质量确保系统的安全、可靠和经济运行。
关键词：配电变压器；三相负荷；不平衡
在电力系统中，如果三相电流幅值不一致，并且超出了规定范围，那么就可以说是三相负荷不平衡。通常情况下，国家相关技术标准要求三相负荷电流不平衡度应在15%以内。在配电变压器运行过程中，三相负荷不平衡会给各个方面造成严重的影响，包括安全管理、电压质量以及线损管理等。
1造成配电变压器三项负载不平衡的原因
1.1管理方面的原因
对配电变压器三项负载不平衡的问题没有给予足够的重视，也没有制定相应的考核管理办法，对其进行管理时，具有一定的盲目性、随意性；运维人员对配电变压器三项负载的管理也比较放松，所以导致变压器长期处于三项负载不平衡的状态。
1.2电网架构的问题
对于电网架构的改造不够彻底，电网结构一直相对比较薄弱，运行的时间也比较长。另外，单相低压线路的问题一直没有得到改善，而且线路都是动力和照明的混合，用户的单相用电设备较多，这些设备的功率都较大，使用时多采用单相的电源，使用的几率也不一致，从而导致配电变压器容易处于三项负载不平衡的状态，同时，还增加了管理的难度。
2三相负荷不平衡的危害
2.1对配电变压器的危害
造成配电变压器出力减小。配电变压器绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，各相性能基本一致，额定容量相等。配电变压器的最大允许出力受到每相额定容量的限制，当其在三相负荷不平衡工况下运行，负荷轻的一相就有富余容量，从而使其出力减少。三相负荷不平衡越严重，配电变压器出力减少越多。为此，配电变压器在三相负荷不平衡运行时，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。同时，配电变压器处于不对称运行状态，会造成零序电流过大，轻则造成配电变压器局部金属配件温升过高，重则将会造成配电变压器的单相烧毁或中性线断线，烧损线路设备和用户电器等严重后果。
2.2对一般家用电器的危害
配电变压器在三相负荷不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，这必将导致其输出的三相电压不平衡，中性点发生位移造成中性线有电流通过。在此情况下，负荷重的一相电压降低，导致照明灯具不亮、电器效能降低，而负荷轻的一相电压升高，可能造成家用电器绝缘击穿、损坏或使用寿命缩短。
2.3对电动机的危害
如果三相变压器输出的三相电流不平衡，线路中将产生负序电压，负序电压会产生一个与正序电压正好相反的旋转磁场，会起到阻止旋转的作用。由于正序磁场产生的能量更加强大,电动机的旋转仍然是按照正向旋转的，但由于电磁场存在着负序电压，因此会在一定程度上减少电动机的输出功率，减少扭拒，电机的效率会降低。同时，电动机的无用功加大，线圈的温度升高。因此，电动机在三项不平衡状况下运行，既会减少电机寿命也会增加能耗。
2.4对人身的危害
在配电变压器中性点接地运行方式下，如接地电阻达不到技术要求时，配电变压器三相负荷严重不平衡就会使中性线带电，从而对接触接地极或配电变压器金属构架人员的人身安全构成威胁。在三相负载严重不对称不平衡情况下，零线上就会出现比较大的电流和较高的电压，它将导致人身触电的危险。
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2.5对电压质量和线损的影响
在三相负荷不平衡度较大的情况下，配电变压器中性点不接地或接地电阻达不到技术要求时，中性点将发生位移造成中性线带有一定的电压，从而加大线路的电压降，使线路供电电压偏低，尤其是线路末端的电压远远超出电压降的允许范围，直接导致用户用电设备不能正常工作，电器效能降低，同时极大增加线路损耗。配电网中因单相负荷的存在，往往会造成三相不平衡，结果不仅会导致相线损耗增加，而且使中性线有电流通过，产生损耗，使线损也大大增加。实践证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起低压线损率升高2%—10%，不平衡度越高对低压线损率的影响越大，如不平衡度超过30%，影响低压线损率可以达到3—6个百分点。
3改善三相不平衡的措施
3.1增强管理措施
（1）建立健全三相负荷平衡的监测制度和考核办法，促使管理人员有效地监测三相负荷的变化。县供电企业应将配电变压器三相负荷平衡率纳入到管理单位的日常考核工作中，以确保监测、调整、考核的闭环管理到位。在配电管理工作中设立专人对三相负荷进行监测，以掌握配电变压器运行的第一手资料。
（2）加强基础资料的管理，减少单相负荷接入的随意性。新增用户接入随意，是引起三相负荷不平衡的源头。为此，要在日常管理工作中，加强对用户负荷基础资料的管理，结合电网的实际情况，从源头上降低三相负荷不平衡程度。
3.2使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化。
如果产生电压不对称的原因主要是由于单相负荷在三相系统中位置的不合理分布，则在设计供电系统时首先要使单相负荷平衡地在三相分布，降低三相负荷电流不平衡度。供电网络的电流不平衡度应小于20%，但在TN及TT系统接地形式的低压电网中选用Y/y0绕组的三相变压器时，由单相不平衡负荷引起的中性线电流不得超过低压绕组额定电流的25%，且其一相的电流在满载时不得超过额定值。在1000V以下的配电网中，各相安装的单相用电设备相间容量的最大值与最小值之差一般不应超过15%。
3、电感与电容组合调整
此种方法是在不平衡的三相中、选择在相与相之间跨接电容与电阻，可提高每相的功率因数，转移相间有功功率，以平衡三相电流，但此方法需要投入电感，在调节不平衡电流装置中安装电感式件很麻烦的事情，电感又大又重，成本也高，损耗也大，虽说电网中大多数负载为感性，可利用其中的电感，只需接入电容，但接入电容很讲究方法，稍有不合理便不能达到理想的治理效果，所以从经济性、简易性角度此方法还需考虑。
3.4合理使用配变三相不平衡自动调节装置等不平衡调节设备
配变三相不平衡自动调节装置利用全新的电力电子技术和数字控制技术的结合，很好的解决了配电变压器输出三相不平衡问题。其主要是通过高速数字信号处理器DSP以及可编程逻辑器件FPGA等控制器件实时计算配电变压器输出的不平衡度，当不平衡度超过设定值时发出控制信号，直接驱动可关断的电力电子器件IGBT工作，对配电变压器输出侧不平衡现象进行实时的连续的调节，使配电变压器的输出电能满足国家配电网电能质量的标准要求。同时配变三相不平衡自动调节装置具有谐波抑制和无功补偿等功能，改善电能质量。解决了之前低压动态无功补偿装置只能并联电容来进行无功补偿，而不能调节电能的缺陷，实现了真正意义上的不平衡电能调节。
3.5对配电变压器进行合理规划和设计
对配电变压器的三相负荷进行控制，是一项系统性的工作，它的过程也比较复杂。首先要做的就是，要对配电变压器进行合理的规划和设计，对负荷进行合理的预测，对申报的负荷资料进行合理的统计和分析，要对资料中涉及的用电户数、负荷大小、用电性质、生产班次等进行排列，对这些资料进行合理的分析，通过分析结果，确定配电变压器的位置、布线的方式，对其进行合理的设计，从而保证负荷的平衡，从源头上做到均匀分配。
总结：电力系统中三相不平衡是影响供电系统电能质量的重要因素，其具体的参数是衡量供配电系统电压质量的指标，在实际系统运行中，必须结合相关的国家标准规定的限值，采取切实可行、而又经济合理的改善措施，确保配电系统的安全、可靠和经济运行。
参考文献：
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[3]戴建本,贾兴林,王峥.预防配电变压器三相负荷不平衡措施研究[J].通讯世界,2016(2):230-231
论文作者:付明志,魏明,孟宪乐,姚颖
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：不平衡论文; 变压器论文; 负荷论文; 单相论文; 电压论文; 电流论文; 负载论文; 《电力设备》2016年第22期论文;