作者/王雪、牛海涛，国网山东省电力公司菏泽市定陶区供电公司
配电变压器三相负载不平衡对配网运行的影响探究
作者/王雪、牛海涛，国网山东省电力公司菏泽市定陶区供电公司
配电网的稳定是保障用户用电的基础，但是随着电力行业的发展、用电户数的增加，配电变压器三相负载不平衡的现象也随之增加，尤其是在用电高峰期三相负载不平衡问题突出，导致配网输电损耗增加、电压下降等问题，严重时还会引发电力安全事故，造成巨大的损失。本文首先简要介绍配电变压器三相负载不平衡的类型，然后从原因、危害等方面探究配电变压器三相负载不平衡对配网运行产生的影响，最后提出改善的措施。
配电变压器；三相负载不平衡；配网运行
引言
随着社会的发展，电力资源已成为人们衣食住行、工业发展必不可少的重要能源，电力系统规模迅速扩大，用户对电力资源的需求日愈增大、质量要求也越来越高[1]。为了适应社会发展需求，配电网也在不断地改造提高供电的能力与质量，但是用电负荷也有明显的增加，在用电高峰期容易出现三相负载不平衡现象，极大地影响了配网输电损耗与电能质量，因此充分了解配电变压器三相负载不平衡对配网运行的影响并研究改善措施具有必要性，以下主要对配电变压器三相负载不平衡给配网运行带来的影响进行探究分析，总结分析导致三相负载失衡的原因及其危害性，并讨论改善的措施。
1.配电变压器三相负载不平衡简介
配电变压器三相负载共包含三根相线，当这三根相线处于平衡状态时，三者的电流值则是接近的，这样就形成了一个互相平衡的[2]。而三者不平衡的时候各相电流值会产生明显的差异，其中电流值高的相线则很容易出现发热的现象，严重时会引起火灾。三相负载不平衡会导致中性线的电流过大，同时中性点产生位移，流经中性线的电流过多，多余的则会流至零线，此时三相负载不平衡就会导致零线电流增加，如图1所示。
图1 三相负载不平衡电流向量示意图
配电变压器三相负载不平衡主要有三种情况，一是三相负载失衡且负载量不对称（过小或过大），导致比例不平衡现象，且初始几天内负载相差比例相对值较小，负载平衡功力也相对较小，用电一方出现单相用电，只是三相负载分配比例有所不同。二是在白天时段，供电系统三相负载动力处于基本平衡的一个状态，到晚间用电高峰时段才发生不平衡，这种情况主要是居民生活用电习惯导致的，日间以生产用电为主，三相电压保持相对平衡，而晚间用电时段较为集中，用电量在短时间内大幅度增加，因此容易导致单向用电分配不均，进而出现三相负载不平衡的问题。三是季节性用电量变化而产生的三相负载不平衡现象，例如夏季、冬季的空调用电、工厂生产旺季与淡季用电量差异等而导致不同季节中单相用电与三相用电额比例变化较大，三相负载中单相负荷的分批不均匀，因此而导致的三相负载不平衡现象。
2.配电变压器三相负载不平衡原因
造成配电变压器三相负荷不平衡的原因主要有以下几点：（1）线路故障影响，例如低压线四线断线、变压器缺相运行等故障均会导致三相负载失衡；（2）单相用电设备自身因素、临时用电和季节性用电电量变化较大等；（3）配网格局不合理，包括改造投入不足、配网通道受限、树线矛盾等；（4）抄表人员失误，在拆分台区时用户分割不均匀，电力供应不足而导致三相负载失衡；（5）工作人员的责任意识不足，数据测量工作不够严谨而出现较大的偏差，负荷搭载分配不合理，搭接过于随意而导致三相负载不平衡。
3.配电变压器三相负载不平衡对配电网运行的危害
■3.1 导致电动机设备效率降低
三相负载不平衡时会出现零序、负序与正序三个不同的电压分量，当电动机设备受到这类不平衡电压时，正负序两种电压生成相反的旋转磁场，可相互制动彼此。但是因为正序磁场强度比较强，因此电动机仍然按照正序磁场的旋转方向转动，这时电动机的运行就会受负序磁场的干扰而输出功率减少，电动机的效率也会随之下降。同时电动机随着运行时间增加其无功损耗与温升也会因不平衡的影响而不断增加，极易发生故障而导致安全事故。
■3.2 增加线路电能的损耗
■3.3 导致配电变压器出力减少
配电变压器绕组结构是依据负载平衡状态下的运行情况而设计的，因此绕组性能与各相容量基本一致[4]。而各相额定容量会对配电变压器最大允许出力形成限制，当三相负载失衡时就会导致变压器出力减少，失衡状态越严重其受影响程度也越大。三相负载不平衡状态下，三相负载中最大一相的输出会低于额定容量，各相输出容量的总和为变压器输出容量，假设某配电变压器额定容量是100kVA，二次侧三相电流分别为72A、72A、144A，三相负载失衡时各相输出容量总额和=变压器最大输出容量=63.4kVA，比额定容量减少了36.6%。
■3.4 配电变压器出现零序电流
在三相负载不平衡状态下，配变变压器运行过程中就会产生零序电流，不平衡状态越严重，零序电流量越大。在配电变压器运行中，若是产生零序电流则会导致铁心中发生零序磁通，并且会经过钢构件与油箱壁，零序电流流经钢构件时会因为钢构件导磁率较低而造成涡流损耗与磁滞，钢构件就会出现局部发热、温度升高的现象。钢构件的温度升高会促进变压器绕组绝缘部件的老化，进而缩短变压器正常使用寿命，而且零序电流还会增加变压器损耗。
■3.5 增加配变变压器电能损耗
在配网中，三相负载不平衡时，三相绕组的总损耗为，各相电流分别为则而三相负载平衡状态下铜损耗为以某配电网为例，当三相负载不平衡时，三相电零序电阻根据上述式子作差可得出三相不平衡状态铜损耗为0.033kW，按照公式计算铁损为0.8kW，则铁损与铜损总和为0.833kW，说明三相负载不平衡会导致配电变压器严重损耗。
■3.6 影响配网用户日常用电
选取的神经网络模型以包含因果关系的适当信息接受训练。因此，第一步要取得受损的与完好的结构地震反应资料，这可通过结构反应的实测、模型试验或数值模拟实现。
三相负载不平衡时其中一相或两相会出现不平衡，进而导致线路电压升高，降低电能质量，因此会对配网用户日常用电带来影响。三相负载不平衡还可能损坏变压器，烧断线路，导致电网局部或者大面积停电，不仅会给用户用电带来不便，还会带来不同程度的经济损失。比如变压器损坏导致停电，该配电变压器供电区域内的电厂、企业将无法正常运行，会带来极大的损失。
4.改善配电变压器三相负载不平衡的措施
■4.1 加强配电网日常管理
配电网管理部门需要加强日常检测维护管理，安装性能优良的配网检测设备，定期进行测量并加强三相失衡的监测，以在第一时间发现问题。合理选择中性线截面，截面应与相线截面保持一致，避免中性线截面过小而导致三相失衡，同时中性线上不可安装刀闸、熔断器等设施。组织专门人员定期进行检查，需注意实际情况同图纸是否相一致以及有无遗漏情况等，若是发现情况不符或者遗漏现象应立即依照实际负荷变化情况作相应的更新调整。每个月定期测试负荷情况，防止发生三相负载失衡情况，可根据实际情况适当地调整测试的频率，增加测试次数，当发现新增负荷或者负荷变化异常时需立即测量查明原因，并作相应处理。
除了定期检查测试之外，还需要加强监督控制，实时掌握台区的负荷情况，工作人员应及时地补充更新台区的基本资料，包括转接资料、用户更新资料、新装用户图纸资料和负荷调整数据等，并做好核实工作。同时根据台区供电情况不断完善配网运行管理的制度，强化供电与用电的监督管理，以保持变压器负荷的平衡。加强计量测量管理工作，严格抄表、核对以及收费各项工作流程，实施线损目标管理以降低电能损耗，定期进行三相负载不平衡与馈线电流平衡状况进行检查与调整。
■4.2 合理选择无功补偿方式
无功补偿的主要作用是为了保持配电网的稳定，降低电能损耗，提升供电质量，加强配电设备的输出能力、负载功率，降低电能损耗，提升供电质量。在发生三相负载不平衡时，可以采取合适的无功补偿方式以达到减小不平衡率，平衡三相负载的效果。无功补偿遵循便于调整电压与分级就地平衡的原则，并且注意不同补偿形式的相结合。例如降损与调压结合并以降损为主，分散补偿与集中补偿结合并以分散补偿方式为主，低压补偿与高压补偿相结合并以低压补偿为主，通过无功补偿有效控制运行线路的电压、负荷功率因素，减低损耗。
■4.3 平衡配电变压器三相负载
对配电变压器出线与分支部位进行定期的测量，使用钳形电流表测量各相与中线电流，一旦发现电流测量值超出有关规定标准值，则立即进行三相电荷的调整，包括负荷类别、用户数量以及漏电情况，并做好总结分析，调整后再平均安装到各相，确保三相平衡。
对于低压台区用户，若是单相负荷过于密集则调整为三相四线供电模式，保持单相供电与三相四线供电方式的分配比例在合理范围，保障正常供电。同低压末端负荷一样，主干线出线端也同样按照标准保持平衡，测量低压侧电流时要注意将不平衡度控制在10.00%以内，分值首端与低压侧干线电流的不平衡度则需控制在20.00%以内。针对不对称负荷，可将其分散连接到不同供电点，避免集中连接导致不平衡度超标而引起三相负载不平衡。还可以采用交叉换相的方式合理分配不对称负荷到各相，最大限度地保持各相负荷的平衡，同时尽量将负荷接入点短路容量加到最大，通过提高供电电压级别与变更网络增强电力系统对不平衡负荷的承受能力。
将三相不平衡负荷调整到四平衡，即变压器低压出口测平衡、各支路平衡、计量点平衡与主干线平衡四个方面，可以结合用户的平均用电量数据进行相应的调整，用电量在同个梯度的归位一类并均匀分配到各相，达到平衡三相的作用。最直接的方法是装设三相断电保护器，又叫做三相不平衡保护器，其作用原理是，在供电过程中如果无电流通过，保护器会自动将电源切断，达到减少三相负荷失衡发生率的作用。
■4.4 SVG/APF技术
SVG与APF是新型的三相平衡技术，分别是精致无功器和盛弘有源滤波器，三相负载不平衡主要是由于电力系统功率因素下降而引起的，当出现三相负载不平衡时，可以采用这种新型技术进行平衡，该项技术不仅可以实现平衡三相负载的作用，还具有无功补偿功能。
首先，采用CT进行电流的电测并将电路信息记录下来，然后将记录的信息传输到DSP数字控制处理中，经过处理分析后再根据分析结果对三相不平衡负荷进行相应的调整与转移分配，主要通过调整内部储存内能、电路功率实现三相的均衡分配。例如A、B、C三相电流分别15A、10A和5A，这种情形就称为三相负载不平衡，平衡状态下三相电流均为10A。
静止无功器运行时，首先经CT收集相关的电流信息并传输至内部控制处理器，经过相应的处理分析后判断各项电流的平衡状况，同时还会根据数据分析结果计算出具体的应调节电流值。当计算出平衡三相的电流之后，控制器会以IGBT为调整工具，将其他相多余的电流值转移到电流值少的一相，最后再经SVG调节各项使其达到平衡。
这一系列的操作实际上是瞬时完成的，在极短的时间内快速分析计算并完成电流值的调整转移，在三相电流值分配不平衡的时候采取补偿的方式将电流值超出平均值的任意一相分出来一部分电流储存到SVG母线电容中，然后在对电流值少的一相作补偿调整。
5.结语
总之，配电变压器三相负载的平衡关系到配网线路及设备运行的安全，但是由于多种原因配电网经常出现三相负载不平衡的现象，不仅影响线路运行的正常，给用户带来不便，还会降低供电的质量、增加损耗甚至会造成安全事故而造成不同程度的损失，具有较大的危害性。对此，相关工作人员应加强日常的检测、维护等管理工作，提升责任意识，积极采取措施改善三相负载不平衡的现象。
＊ [1] 丁小瑞.三相负载不平衡的危害分析[J].大科技，2016（09）：102—103.
＊ [2] 孙蒙.浅析电力系统三相不平衡的危害与解决措施[J].资源节约与环保，2015（06）：16—18.
＊ [3] 罗其锋，王玲，于树海.配网三相不平衡运行的无功补偿方法研究[J].中国新技术新产品，2014（11）：24—26.
＊ [4] 谭家祺.配变三相负载不平衡运行的危害及对策[J].电子世界，2016（19）：131.
