(一)低压线路三相负荷电流不平衡造成的原因

在农村低压三相四线制供电线路中,由于各种原因造成三相负荷电流不平衡,线损电量和线损率比三相负荷电流平衡时增大好几倍,电压质量明显下降,设备安全运行受到严重威胁等危害,必须引起我们高度重视。经调查分析,造成这种不良情况的主要原因主要有三个：一是随着全国性农村电网改造工程的实施与竣工,城市用电和农村用电“同网同价”政策的出台与落实,使得农村用电电价由此前的每千瓦·时3元、2元、1元降低为每千瓦·时仅仅几角钱,从而基本上解决了农民和农村“用电难、用不起电”的问题,极大地激励了农民和农村的用电积极性,广大农民和农村相继购置了大量的中高档、大功率的家用电器,比如洗衣机、电视机、电冰箱、电饭煲、电炒锅、电水壶、电热水器、电取暖器、电风扇、空调器等。这些家用电器单台容量大多数都为800～2000W,且大多数都采用220V单相电源。正是由于如此大量大功率单相负荷沿着220V线路以不同容量、在不同地点与电源不同距离频繁接入(即一相接入的单相负荷过重,一相接入的单相负荷较轻,另一相接入的单相负荷更轻或极轻,就势必造成三相负荷电流不平衡。同样,一相接入单相负荷与电源距离过近,一相接入单相负荷与电源距离较远,另一相接入单相负荷与电源距离更远,就势必造成某些线段三相负荷电流不平衡),使得低压电网单相负荷迅猛增长,低压线路供电半径愈长,分支线愈多,此类单相负荷接入量就愈大；再加上这些单相负荷或用或停的随意性极大,最终导致农村三相四线制低压线路三相负荷电流愈来愈不平衡,成为整个电网末端最突出最严重的问题。显然,新建或改造线路时,如果将单相负荷不是均匀地配置在三相上,也同样造成三相负荷电流不平衡的不良后果。二是线路陈旧,年久失修,绝缘老化破损,或是线路距离树枝、麦草垛等物太近,致使某一边相导线经常多处(特别是在狂风大雨时)碰树接地漏电,造成这一相负荷电流大增(这可从低压配电房的配电屏上的电流表看到)。三是农村管电组织的制度不健全,管理工作未跟上去,检查发现不及时,致使非法窃电者或违章用电者暗地里私拉乱接照明等单相负荷；或者农村电工及管电人员有章不循,不按制度办事等。

(二)低压三相四线制线路三相负荷电流不平衡的危害

1.增加了线路的有功功率或电能的损耗

从前述的“低压配电线路三相负荷电流不平衡对线损影响的计算”可见：当三相负荷电流不平衡时,将使线路的有功功率损耗或电能损耗增加,三相负荷电流愈不平衡(即三相负荷电流不平衡度愈大),线路有功功率或电能损耗的增加量就愈大。比如,当“两相负荷重,一相负荷轻”的情况发展成为线路“两相供电”情况时(此时三相负荷不平衡度δ=50%),线路线损将增加2倍(比三相负荷平衡时)；又比如,当“一相负荷重,一相负荷轻”的情况发展成为线路“单相供电”情况时(此时δ=200%),线路线损将增加8倍(比三相负荷平衡时)。因此,相关规程规定：在低压主干线和主要分支线的首端,三相负荷电流不平衡度不得超过20%,零线电流不得超过配电变压器低压侧额定电流的25%。

2.增加了配电变压器的有功功率或电能的损耗

三相负荷平衡时变压器有功损耗为

而三相负荷不平衡时变压器有功损耗为

式中 Ie——变压器额定电流,A；

Iph——变压器在三相负荷平衡时的负荷电流,A；

ΔP0、ΔPk——变压器的空载功率损耗、短路功率损耗,kW；

IA、IB、IC——三相负荷不平衡时,变压器的各相负荷电流,A。

在两种负荷状况下,如果变压器的输出容量相等,则有

三相负荷不平衡时比平衡时,变压器有功损耗的增加量为

综上所述,在配电变压器输出的容量相同的情况下,低压三相负荷电流不平衡比平衡时,变压器的有功功率损耗增加了。

【例4-5】 有一台S11—100/10系列的配电变压器(Se=100kVA、Ue·1=10kV、Ue·2=0.4kV)三相负荷电流平衡时低压侧负荷电流为Iph=56A,三相负荷电流不平衡时低压侧负荷电流为IA=61.6A、IB=56A、IC=50.4A,试计算该台配电变压器在三相负荷电流不平衡时比三相负荷电流平衡时的有功功率损耗的增加量,以及三相负荷电流不平衡度。

解 该配电变压器低压侧额定电流为

(www.daowen.com)

查资料(配电变压器技术性能参数表)得该配变短路功率损耗为

需指出的是,上述为配电变压器在三相负荷电流不平衡时的有功损耗增量,如果把它换算成一个月或一个季度或一年度等的多损电量,数目就更大；再若是SL7型或73型且为较大容量的配电变压器,或者三相负荷电流不平衡度及变压器的负荷电流比其更大,则多损电量也就更大。因此,相关规程规定：在配电变压器的低压出口处的三相负荷电流不平衡度不得超过10%,中性线电流不得超过配电变压器低压侧额定电流的25%。

3.降低了配电变压器的出力

配电变压器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,最大允许出力受每相额定容量限制。三相负荷不平衡时,配电变压器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,从而使配电变压器出力降低。出力降低程度与三相负荷平衡度有关,三相负荷不平衡度越大,出力降低程度就越大；同时,配电变压器的过载能力亦降低。

4.导致配电变压器的运行温度升高

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；而高压侧没有零序电流,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,致使磁滞损耗和涡流损耗都比较大,造成油箱壁和钢构件发热,从而使配电变压器运行温度升高,进一步增加了变压器的自身损耗。同时,变压器温度升高,加快了变压器内部绝缘老化,降低了变压器的使用寿命。不平衡度越大,零序电流越大,对变压器危害越严重。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,两相为零,负荷接在一相上,该相电流并不太大,可见其对配变危害之大。

5.中性点发生位移,造成配电变压器三相电压不对称

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、漏抗和励磁阻抗基本一致,三相负荷平衡时变压器内部电压降相同,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,中性线截面积一般较小,仅为相线一半,具有较大的阻抗电压降,从而使中性点位移,各相电压发生异变：负荷大的相电压降大,负荷小的相电压降小,造成三相电压不对称；三相负荷不平衡度越大,三相电压不对称程度越严重。如果此时中性线因事故开路,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,危及安全

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,电动机旋转方向不变；但是由于转子逆序阻抗小,逆序电流大,逆序磁场、逆序电流将产生较大的制动力矩,从而使电动机输出功率降低,并使其绕组温度升高,危及电动机安全运行。

(三)低压线路三相负荷不平衡的调整治理措施

低压线路三相负荷不平衡具有极其明显的特点：一是具有可见性和可测算性；二是引起的线损大得超常性和造成的危害之严重性；三是具有存在的顽固性、长期性及沿线分布较广性,治理工作较繁琐。

为了执行相关规程规定：配电变压器低压侧出口处的三相负荷电流不平衡度不得超过10%,中性线电流不得超过配电变压器低压侧额定电流的25%,低压主干线及主要分支线的首端三相负荷电流不平衡度不得超过20%。更为了节约国家建设所需能源,减少减轻由三相负荷电流不平衡引起的有功功率损耗和电能损耗以及种种危害,提高企业经济效益和社会效益,必须采取相关的有效调整措施,治理或消除低压三相负荷不平衡。

针对低压线路三相负荷电流不平衡造成的原因,治理或消除的措施主要有：

(1)在新建或改造农村低压线路时,必须从线路末端或分支线开始(向着首端),将所有的单相负荷有计划地均匀地分别配置在三相上,确保三相负荷平衡向着线路首端一段一段地推进。

(2)在平常时期,按照上述同样的方向,将新增的单相负荷以相同容量和相同距离(与电源的供电距离)分别接入三相上,即要确保：单相负荷A相接入容量=单相负荷B相接入容量=单相负荷C相接入容量,同时确保：单相负荷A相接入距离=单相负荷B相接入距离=单相负荷C相接入距离。

(3)同点(或同距离)同容量接入的单相负荷用电尽量同时；其同时率愈高,三相负荷电流就愈平衡,即A相的单相负荷用电时段=B相的单相负荷用电时段=C相的单相负荷用电时段。反之亦然,其同时率愈低,三相负荷电流就愈不平衡。

(4)当检查发现农村低压线路三相负荷电流不平衡时,应及时进行调整。调整的方法是：按配变台区,对所有低压线路逐条逐地进行调整。调整要达到的目标是：要使三相负荷电流在配电变压器低压出口端达到平衡；要使三相负荷电流在所有低压线路首端达到平衡；要使三相负荷电流在所有低压线路的所有区段(含分支线区段)达到平衡。因为晚间灯峰期间一般为单相负荷用电高峰期间,所以必须以这一期间三相负荷电流平衡状况来衡量(判定)上述三个端头(或线段)三相负荷电流是否平衡。调整进行的步骤是：从低压线路(含分支线)末端开始,向首端自下而上进行。即要求：所有线路末端单相负荷接入点平衡→末段线路平衡→分支线路平衡→主干线路平衡；线路末端单相负荷接入点平衡→线路所有区段平衡→低压线路首端平衡；所有低压线路首端平衡→配电变压器低压出口端平衡→全村低压电网三相负荷平衡(同样为了达到平衡,此处叙述的调整方式方法与步骤、要求标准也适用于后面的对农村低压电网无功补偿中无功就地就近平衡问题)。

(5)中学小学、敬老院、戏曲棋牌阅览室、粮油农副产品加工房、棉纺织布作坊、集贸市场商场等是农村单相负荷最多容量最大的用户,其用电时间不一定和城乡居民照明用电时间相吻合,前者觉得天色阴沉乌黑,光线暗淡昏濛,看书看东西、写字干活感到很不方便,此时虽然不到晚上照明期间也要开启照明器具用电。这个特点必须引起特别重视,对这些用户应该从他们内部着手,将单相负荷均衡地进行配置,同点(或同距离)同容量接入三相上。检查发现不平衡时,更要及时调整。

(6)要经常性地进行巡线检查,一旦发现线路碰触树枝等物,要及时进行修剪或清除,使之保持规程规定距离(见表3-2),以防线路单相接地漏电。

(7)要采取有效措施,防范和治理用户的非法窃电和违章用电,以及农村电工等人员的人情送电。