如何进行农村配变三相负荷不平衡问题的管理
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【摘 要】文章分析了农村配电变压器三相负荷不平衡的情况，阐述了三相负荷不平衡的危害，提出了三相负荷不平衡的管理措施。
【关键词】农村；配电变压器；三相负荷不平衡；危害；管理措施
随着我国经济的快速发展，以及国家家电下乡等一系列惠农政策的实施，农村居民的家用电器迅速增加，电冰箱、电磁炉、空调等各类高档家电纷纷进入农民家中，农村村庄配变的用电量中在整个农村电网中所占比例也越来越大。农村公用配变普遍采用三相四线供电方式，由于农村村庄单相负荷居多其开关的随意性，加上三相负荷分配不均。因此，存在着不同程度的配变三相负荷不平衡状况。三相负荷不平衡产生的损耗在低压电网部损耗中占有一定比例，不平衡度越大，损耗越严重，还会影响配变和用电设备的安全运行以及电压质量，造成配变烧毁及居民电器烧毁事件屡有发生。所以，采取有效措施，降低配电变压器三相负荷的不平衡度，将不平衡控制在一定范围，是农村低压配电网络降低电能损耗的有效措施之一。下面笔者就如何进行农村村庄配变三相不平衡问题的管理谈一些个人看法：
（1）在一天时间内三相负荷持续不平衡情况，负荷大的相总是大，负荷小的相总是小，相差的比例在一天的各个时段没有多大变化，这类负荷三相动力很小，基本上都是单相用电，负荷在三相上分配不均。
（2）在白天时段，三相负荷基本平衡，晚上用电高峰时段，负荷不平衡相当严重。这类负荷的特点是三相动力，单相生活用电量都很大。白天主要是动力用电负荷，三相负荷基本平衡。在中午空调或晚上单相用电高峰时，单相生活用电在三相上分配不均形成三相电流相差很大。
（3）配电变压器三相负荷不平衡随季节变化，这是因为各种三相动力用电和单项生活用电的比例在变化，而单项负荷在三相上分配不均匀造成的。
2.三相负荷不平衡的危害
（1）增加了线路损耗。电流通过导线时，由于导线的电阻作用，将在导线上产生功率损耗。配变三相负荷平衡时
Iu=Iv=Iw=I， Io=0
线路损耗为
Pp=3I2R
配变三相负荷不平衡时，中性线有电流通过，中性线也在产生功率损耗。这时，线路损耗
Pbp=（I2u+I2v+I2w）R+I2oRo
式中，Pp—三相负荷不平衡时的线路损耗；
Pbp—三相负荷不平衡时的线路损耗；
Iu、Iv、Iw—三相负荷不平衡时，配变各相负荷电流；
I—三相负荷平衡时的相线电流；
Io—配变中性线电流；
R—相线电阻截
Ro—中性线电阻。
显然，Pbp大于Pp，不平衡度越大，线路损耗也越大。
如果把三相负荷接在一相上，其实质就是单相供电。此时，导线上的功率损耗。
Pbp=（3I）2R*2=18I2R
18I2R∕3I2R=6，是三相负荷平衡时的6倍，增大5倍，大大增加了低压线路的损耗，运行极不经济。
（2）增加了变压器的有功损耗。配电变压器的功率损耗包括空载损耗（也叫铁损）和负载损耗（也叫铜损）。空载损耗基本上是个恒量，负荷损耗是随变压器所带负荷变化而变化的，并与负荷电流平方成正比。三相负荷平衡时的功率损耗为：
Pp=Pk+Pd（Ip∕Ie）2
三相负荷不平衡时的功率损耗为
Pbp=Pk+Pd〔（Iu∕Ie）2+（Iv∕Ie）2+（Iw∕Ie）2〕∕3
式中，Pp—三相负荷平衡时配变的功率损耗；
Pbp—三相负荷不平衡时配变的功率损耗；
Pk—配变空载损耗；
Pd—配变短路损耗；
Ie—配变额定电流；
Ip—三相负荷平衡时，配变负荷电流；
Iu、Iv、Iw—三相负荷不平衡时，配变各相负荷电流。
如果在这两种负荷情况下，变压器输出容量相等，则有：
Ip=（Iu+Iv+Iw）/3
三相负荷不平衡与平衡时配变功率损耗之差为
P=Pd〔（Iu-Iv）2+（Iv-Iw）2+（Iw-Iu）2〕/3I2e>0
从中可以以看出，在配变输出容量相同的情况下，三相符合不平衡增加了配变的有功功率损耗。
（3）降低了配变压器的出力。在配变容量的设计和制造是按三相负荷平衡条件确定的，其三相绕组的结构和性能是一致的，每相额定容量相等，最大允许出力受每项额定容量限制。三相负荷不平衡时，变压器的出力将受到限制，配变的最大出力只能按三相负荷中最大一相不超过额定容量为限，负荷轻的相就有富裕容量，从而使配变出力降低。由于输出容量降低，变压器备用容量亦相应减少。出力降低程度与不平衡度有关，不平衡度越大，出力降低程度越大。同时，配变的过载能力亦降低。当运行中的变压器过载，就可能引起变压器过热，甚至烧毁变压器。
（4）使配变变压器运行温度升高。三相负荷不平衡时产生的零序电流，在铁芯中产生零序磁通，而高压测没有零序电流，不能由高压侧的零序磁通来抵消低压侧的零序磁通，这就迫使零序磁通只能从变压器的油箱壁和钢构件中通过，由于这些材料的导磁率很低，所以磁滞损耗和涡流损耗都比较大，造成油箱壁和钢构件发热，从而使配变运行温度升高，使变压器内部绝缘老化加快，导致变压器寿命缩短，增加了变压器的自身损耗。不平衡度越大，零序电流越大，对变压器的危害越严重。在一次夜巡中，巡视人无意碰触到一台配变外壳，热得烫手，测量其三相电流，两相为0，负荷接在一相上，该相电流并不太大，在额定电流范围之内，可见其对配变危害之大。
（5）中性点产生位移，造成三相电压不对称。配电变压器是按三相对称运行设计制造的，各相绕组的电阻、漏抗和激阻抗基本一致，三相负荷平衡时变压器内部压降相同，其输出电压是对称的。三相负荷不平衡时，各相电流不一致，中性线有电流通过，三相四线制线路中，中性线截面一般比较小，具有较大的阻抗压降，从而使中性点位移，各相电压发生变化；负荷大的相压降大，负荷小的相压降小，造成三相电压不平衡，三相负荷不平衡度越大，三相电压不平衡程度越严重。如果此时中性线因故断路，所接负荷小的相电压就会异常升高，接在此相上的用电设备和家用电器将被烧毁，给用户造成损失。
（6）影响电动机输出功率，并使其绕组温度升高。三相负荷不平衡造成的三相电压不对称，将在感应电动机定子中产生逆序旋转磁场，电动机在正、逆两序旋转磁场的作用下运行，由于正序旋转磁场比逆序旋转磁场大，所以电动机旋转方向不变，但由于转子逆序阻抗小，因此逆序电流大。逆序磁场、逆序电流将产生较大的制动力矩，使电动机输出功率降低，绕组温度升高，影响电动机的安全运行。
3.三相负荷不平衡的管理
（1）加强对配变三相负荷不平衡度的管理，供电管理部门应把降低不平衡度做为一项经济指标列入考核，并制定奖惩措施，以提高管理人员降低三相负荷不平衡度的自觉性和积极性。
（2）定期观察、测量三相负荷电流，检查三相负荷不平衡情况。测量应在白天和夜晚用电高峰时进行，测量后计算三相负荷的不平衡度。三相电流不平衡计算公司如下：
K=Io∕Ipj*100%=Io∕〔（Iu+Iv+Iw）/3〕*100%
式中，K—配变三相负荷不平衡度；
Io—配变中性线电流（A）；
Ipj—配变三相负荷平均电流（A）。
规程规定，配变变压器出口处三相负荷不平衡度小于或等于10%，其它地点小于或等于20%，中性线电流不应超过配变额定电流的25%。如计算或测量结果大于此标准，应做好单项负荷的调整工作，力争一天中大部分时间和用电高峰时三相负荷基本平衡，不平衡度越小越好。
（3）调整三相不平衡负荷要做到“四平衡”，即计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡。在这四个平衡当中，重点是计量点平衡和各支路平衡，可把用户月平均用电量作为调整依据，把用电量大致相同的作为一类，分别均匀地调整到三相上。为了达到计量点三相负荷平衡，最好将三相电源同时引入计量点，减少单相干线的线路长度。
（4）注意农村配电变压器供电范围内大的三相四线制用户（如学校和幼儿园等）内部的三相负荷平衡问题。此类用户对配变的三相负荷不平衡度有较大的影响，因此应协助他们调整本单位（用户）三相负荷不平衡度，这对用户本身是有好处的。
（5）做好新增单相负荷的功率分配，将同时运行的和功率因数不同的单相设备，分别均匀分配到三相电路上。
随着人民群众生活水平的提高，冰箱、空调、电炊具的大量使用，单相生活用电量将越来越大。如果农村公用配电变压器的三相负荷不平衡度都达到规程规定的标准以下，其经济效益是十分可观的，对降低低压电网损耗、保持低压电网安全、可靠运行都是有很大好处的，同时也将极大促进农村地区经济发展状况，提高广大农民朋友的生活水平，更好的推动党和国家的新农村建设工作。