三相負荷平衡全面提升中低壓配網(wǎng)技術(shù)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(xiàn)損 調平三相負荷 中低壓配網(wǎng)技術(shù)性能 精確平衡系統

近年來(lái)，黨和bi政府加強“三農”工作，推行家電下鄉，農村經(jīng)濟飛速發(fā)展，農民生活迅速提高，農村家庭除照明燈具、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(jìn)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、小水泵等，單臺容量大多數在800～2000kW，都是采用單相(220V)電源，使單相負荷急劇增加;而農村較大的農副業(yè)加工戶(hù)大多自己安裝配電變壓器使用，使公用臺區三相動(dòng)力負荷減少。據了解，現在一般農村公用臺區單相負荷已占總負荷的90%左右，富裕地方達到95%以上，經(jīng)濟較差的農村也占到70%左右。在單相負荷極大增長(cháng)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(shù)性能會(huì )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(shù)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(gè)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(shí)，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。

從數學(xué)定理中我們知道：假設a、b、c 3個(gè)數都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc　。

當a=b=c時(shí)，代數和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(shí)，即三相負荷達到平衡時(shí)，變壓器的損耗最小。

取以上定性分析的兩極，進(jìn)行定量分析，可以看得更清楚：

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

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

即最大不平衡時(shí)的變損是平衡時(shí)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(shí)重負荷相電流過(guò)大(增為3倍)，超載過(guò)多，可能造成繞組和變壓器油的過(guò)熱。繞組過(guò)熱，絕緣老化加快;變壓器油過(guò)熱，引起油質(zhì)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(huì )造成變壓器零序電流過(guò)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(huì )產(chǎn)生零序電流，而變壓器內部零序電流的存在，會(huì )在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些零序磁通就會(huì )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(shí)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(shí)將導致變壓器運行事故。

2.對6～10kV高壓線(xiàn)路的影響

(1)增加高壓線(xiàn)路損耗：

低壓側三相負荷平衡時(shí)，高壓側也平衡，設高壓線(xiàn)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(shí)，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(xiàn)路上電能損耗增加12.5%。

(2)增加高壓線(xiàn)路跳閘次數、降低開(kāi)關(guān)設備使用壽命：

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

3.對配電屏和低壓線(xiàn)路的影響

(1)三相負荷不平衡將增加線(xiàn)路損耗：

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

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

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);

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