三相負荷平衡全面提升中低壓配網(wǎng)技術性能

標簽：低壓電網(wǎng) 單相負荷 三相負荷不平衡 安全供電 降低線損 調(diào)平三相負荷 中低壓配網(wǎng)技術性能 精確平衡系統(tǒng)

近年來，黨和bi政府加強“三農(nóng)”工作，推行家電下鄉(xiāng)，農(nóng)村經(jīng)濟飛速發(fā)展，農(nóng)民生活迅速提高，農(nóng)村家庭除照明燈具、電視機、DVD、電腦、電冰箱等中小功率電器增多外，大量的大功率家用電器進入尋常百姓家，例如電磁灶、微波爐、電飯煲、電水壺、電熱水器、電暖器、空調(diào)、小水泵等，單臺容量大多數(shù)在800～2000kW，都是采用單相(220V)電源，使單相負荷急劇增加;而農(nóng)村較大的農(nóng)副業(yè)加工戶大多自己安裝配電變壓器使用，使公用臺區(qū)三相動力負荷減少。據(jù)了解，現(xiàn)在一般農(nóng)村公用臺區(qū)單相負荷已占總負荷的90%左右，富裕地方達到95%以上，經(jīng)濟較差的農(nóng)村也占到70%左右。在單相負荷極大增長的情況下，若不注意三相負荷平衡，可能使低壓電網(wǎng)的三相負荷不平衡度很大，對中低壓配網(wǎng)技術性能會產(chǎn)生哪些影響?下面作以分析。

一、 三相負荷不平衡對中低壓配網(wǎng)技術性能的影響

1.對配電變壓器的影響

(1) 三相負荷不平衡將增加變壓器的損耗：

變壓器的損耗包括空載損耗和負荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變，即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化，且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時，變壓器的負荷損耗可看成三只單相變壓器的負荷損耗之和。

從數(shù)學定理中我們知道：假設a、b、c 3個數(shù)都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc　。

當a=b=c時，代數(shù)和a+b+c取得最小值：a+b+c=33√abc　。

因此我們可以假設變壓器的三相損耗分別為：Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分別為變壓器二次側相電流，R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達式如下：

Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)]

由此可知，變壓器的在負荷不變的情況下，當Ia=Ib=Ic時，即三相負荷達到平衡時，變壓器的損耗最小。

取以上定性分析的兩極，進行定量分析，可以看得更清楚：

當變壓器三相平衡運行時，即Ia=Ib=Ic=I時，Qa+Qb+Qc=3I2R;

當變壓器運行在最大不平衡時，即Ia=3I，Ib=Ic=0時，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡時的變損是平衡時的3倍。

(2)三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重后果：

上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍)，超載過多，可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱，絕緣老化加快;變壓器油過熱，引起油質劣化，迅速降低變壓器的絕緣性能，減少變壓器壽命(溫度每升高8℃，使用年限將減少一半)，甚至燒毀繞組。

(3)三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大，局部金屬件溫升增高：

在三相負荷不平衡運行下的變壓器，必然會產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流的存在，會在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴重時將導致變壓器運行事故。

2.對6～10kV高壓線路的影響

(1)增加高壓線路損耗：

低壓側三相負荷平衡時，高壓側也平衡，設高壓線路每相的電流為I，其功率損耗為： ΔP1 = 3I2R

低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡將反映到高壓側，在最大不平衡時，高壓對應相為1.5I，另外兩相都為0.75 I，功率損耗為：ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R)

即6～10kV高壓線路上電能損耗增加12.5%。

(2)增加高壓線路跳閘次數(shù)、降低開關設備使用壽命：

我們知道6～10kV高壓線路過流故障占相當比例，其原因是電流過大。低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡可能引起高壓某相電流過大，從而引起高壓線路過流跳閘停電，引發(fā)大面積停電事故，同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命。

3.對配電屏和低壓線路的影響

(1)三相負荷不平衡將增加線路損耗：

三相四線制供電線路，把負荷平均分配到三相上，設每相的電流為I，中性線電流為零，其功率損耗為： ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡時，即某相為3I，另外兩相為零，中性線電流也為3I，功率損耗為：

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);

即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍，換句話說，若最大不平衡時每月?lián)p失1200 kWh，則平衡時只損失200 kWh，由此可知調(diào)整三相負荷的降損潛力。

(2)三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果：

上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍)，超載過多。由于發(fā)熱量Q=0.24I2Rt，電流增為3倍，則發(fā)熱量增為9倍，可能造成該相導線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的50%，但在選擇時，有的往往偏小，加上接頭質量不好，使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。

同理在配電屏上，造成隔離刀閘、接觸器、斷路器重負荷相燒壞因而整機損壞，和連接導線燒壞等嚴重后果。

二、三相負荷不平衡對供電企業(yè)的影響

低壓電網(wǎng)和6～10kV高壓線路電能損耗過大，將降低供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，甚至造成供電企業(yè)虧損經(jīng)營。農(nóng)電工具體管理臺區(qū)線損，線損高農(nóng)電工獎金被扣發(fā)，甚至連工資也得不到，必然影響農(nóng)電工情緒，輕則工作消極，重則為了得到錢違法犯罪。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞，一方面增大供電企業(yè)的供電成本，另一方面停電檢修、購貨更換造成長時間停電，少供電量，既降低供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，又影響供電企業(yè)的聲譽，降低服務質量。

三、三相負荷不平衡對用戶的影響

三相負荷不平衡，一相或兩相畸重，必將增大線路中的電壓降，造成三相電壓相差較大，降低電能質量，影響用戶的電氣設備使用。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞，影響用戶供電，輕則帶來不便，重則造成較大的經(jīng)濟損失，如停電造成養(yǎng)殖的動植物死亡，或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。

四、調(diào)平三相負荷的做法

伊川縣電業(yè)局在降損實踐中研發(fā)出“三相負荷就地平衡降損法”，其基本做法為：

①調(diào)整最基層的用電戶在三相上的分配以調(diào)平三相負荷,以用電戶為單位，以平均月用電量為調(diào)整依據(jù)。

②把用戶按用電性質分為5類，平衡分配到三相上，以實現(xiàn)多數(shù)時間三相負荷平衡。

③下戶線接點就地或就近平衡、末線路單獨平衡、支線路單獨平衡、同一出口的各條下級線路協(xié)調(diào)就近平衡、主線路匯流平衡。

④對特別大戶(如學校、村委等)，單獨把其內(nèi)三相調(diào)平。

⑤把動力戶的單相負荷也均衡分配到三相上。

⑥從線路末端開始進行調(diào)整。

⑦圖表結合，通過繪圖標識和填表積算以實現(xiàn)精確平衡。

其最新進展：為了降低調(diào)平三相負荷的勞動強度，提高工作效率和降損效果，2010年又編寫開發(fā)軟件，之后軟件與硬件(智能掌上電腦)結合，制成便攜式裝置，定名“低壓電網(wǎng)三相負荷精確平衡系統(tǒng)”，可以在低壓線路現(xiàn)場進行三相負荷的調(diào)查數(shù)據(jù)錄入、快速精確地進行規(guī)劃，指導調(diào)平三相負荷;且實現(xiàn)調(diào)整資料方便地保存和以后利用，持續(xù)完善提高平衡度。本系統(tǒng)推廣使用證實：①可提高效率60%以上，一般來說一個公用臺區(qū)的調(diào)查和規(guī)劃，過去人工做需要3天以上，應用本系統(tǒng)1天即可輕松完成;②規(guī)劃平衡度以及降損幅度創(chuàng)出新高，比人工精細調(diào)整提高30%以上;③使用方便，適應性強。本系統(tǒng)實現(xiàn)了三相平衡數(shù)據(jù)采集，計算和規(guī)劃實施的自動化與標準化，2011年6月15日本系統(tǒng)通過河南省電力公司鑒定，結論為“該系統(tǒng)設計新穎、技術先進，實用性強，達到了國內(nèi)領先水平。”

五、 三相負荷平衡全面提升中低壓配網(wǎng)技術性能

在單相負荷極大增長的情況下，搞三相負荷平衡，則正中要害。在本地大面積推廣使用“三相負荷就地平衡降損法”的實踐證實：一般可降低低壓線損30～50%，降低中壓線損10%以上，并使線路設備損壞事故明顯下降，穩(wěn)定提高電能質量，大幅提升供電企業(yè)的經(jīng)濟效益、管理水平和服務水平。

因此，三相負荷平衡的重要性，現(xiàn)在遠遠超過了以前，這是電網(wǎng)降損技術的與時俱進。物質第一性，意識第二性;物質是意識的根源，意識是存在的反映，是物質發(fā)展到一定階段才出現(xiàn)的，是物質高度發(fā)展的產(chǎn)物。三相負荷就地平衡降損法的出現(xiàn)，充分反映了這個唯物辯證法的基本原理。

推廣“三相負荷就地平衡降損法”，調(diào)平三相負荷，不僅降損效果顯著，而且明顯降低線路設備損壞事故，穩(wěn)定提高電能質量，即全面提升電網(wǎng)技術性能，還有實施簡便，投資小，見效快的特點。其大面積推廣應用，可使我國中低壓配網(wǎng)技術性能明顯提高一個等級，對于建設能源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，促進社會的和諧和發(fā)展意義重大。

電氣化是現(xiàn)代化的基礎，以后十數(shù)年時間內(nèi)，將是農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)又快又好發(fā)展、農(nóng)民生活水平持續(xù)大幅提高，家用電器大量涌入家庭的時期，單相負荷還要大幅增長，三相負荷平衡在相當長的一段歷史時期內(nèi)非常重要。

(正文完)

參考文獻：

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[2]張弘廷，張顥，楊潔.配網(wǎng)降損、用戶節(jié)電的金鑰匙——就地平衡降損法[M]. 北京：中國電力出版社，2010