《电工学原理》 课外拓展阅读报告
《三相四线低压配电系统负载不平衡问题研究》
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专业班级：土木工程
2012年11月
三相四线低压配电系统负载不平衡问题研究
摘要：三相电路中只要电源、负载阻抗或线路阻抗之一不满足对称条件，就是不对称三相电路。我国城乡配电网中大量采用了三相四线制接线方式，且配电变压器为Y/Yno接线，存在很多的单相负载，因此三相不平衡运行是不可避免的。一般三相电源是对称的，而在低压配电系统中，三相负载的不对称是常见的。负载三相电压不平衡是因为负载阻抗不对称所致，属于基本负荷配置问题。发生三相电压不平衡既与用户负荷特性有关，同时也与电力系统规划、负荷配置问题有关。
1 三相电压不平衡给电力系统运行带来的危害
1.1 对于变压器的危害
在生产、生活用电中，三相负载不平衡时使变压器处于不对称运行状态,造成变压器损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%，此外，三相负载不平衡运行，会使变压器零序电流过大，局部金属件温度升高，甚至导致变压器烧毁。
配变出力减少。配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，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。假如配变在过载工况下运行，极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。
配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存在也会增加配变的损耗。 1.2 对用电设备的影响
配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。
假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。
三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。 1.3 对低压线路的影响
三相四线制接线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当三相负荷不平衡时，中性线电流增大，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
增加线路的电能损耗。在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在电阻必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。 1.4 影响电机工作效率
配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。
2 低压线路三相负荷不平衡的调整治理措施
2.1 一般做法
三相负荷不平衡率要从线路末端采集，要不定期进行测量，根据负荷变动情况及时进行调整。三相的负荷平衡的时候，零线上是没有电流的。这样零线上的线损可以最小，零线上的压降也同时就是最小的。当我们发现三相负荷不平衡时，往往都就将负荷大的一相的单相电器改线到负荷小的一相去，尽量使三相的负荷接近。但是均衡分配用户不仅仅是形式上看来每相接单相负荷用户总数的三分之一，而更重要的是要把其中用电负荷、漏电情况在同一等级的用户也均衡地分配到三相上。
当检查发现农村低压线路三相负荷不平衡时，应及时进行调整。按照配电台区，对所有低压线路逐条， 逐地进行调整，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达到平衡。可以参考晚间灯峰期间的三相负荷不平衡状况来衡量三相负荷电流是否平衡。 2.2 新建或改造线路，逐段均匀分配单相负荷
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，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推进。在平常时期，按照上述方向，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。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；反之，其同时率愈低，三相负荷电流就愈不平衡。
2.3 及时清障，防止接地漏电
经常性的进行巡线检查，一旦发现线路碰触树枝等物，要及时进行清障，使之保持规程规定距离，以防线路单线接地漏电。
3 中性线断线防范措施
3.1 预防措施
(1)在中性线上不能装设熔丝。
(2)选择较大的中性线截面，以提高中性线在平时和事故下的电流承载能力。保持中性线电流不超过额定相电流的25％。
(3)在中性线上尽量减少接头，并保证接头连接处性能的良好与可靠。 (4)在相线上按要求装设熔丝或其它短路保护装置，防止短路烧断中性线。 (5)加强防雷击措施，防止供电线路遭雷击破坏。 (6)加强线路维护，发现隐患及时消除。
(7)加强施工管理，防止线路被人为损坏。 3.2保护措施
在干线进入用户端处，安装一个带分励脱扣器的断路器，再由保护单元来取样检测中性干线是否断，若中性线断线则触发跳闸驱动信号使断路器跳闸，以保护后级用户的电气设备不受损害。
上述保护可对保护安装处前面的断开中性线进行有效保护，并可同样用于三相四线制分支进线的断中性保护(如一座楼、一个供电区域等)。断路器可选用带交流380V分励脱扣器的。
能实现上述保护单元功能的方式很多，如用断路器电压继电器作取样元件或采用电子元件构成取样回路等，都可达到目的且各有特点。
参考文献:
[1] 朱正元.三相交流电.
[2] 毛自娟.不对称三相静负载电路的分析[J]. 兴义民族师范学院学报 .2011 [3] 朱学来.不对称三相电路的分析[J]. 科技信息. 2010
[4] 低压供电系统中性线断线的危害和预防措施[J]. 浙江农村机电.2006 [5] 张玉山.浅析中性线断线的防范措施防范措施[J].农村电工。2012 [6] 郑怡，樊建军. 三相不对称电路的探讨[J]. 甘肃广播电视大学学报 [7] 秦曾煌.电工学［M ］. 北京：高等教育出版社，2004:160 ～164
