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三相负荷不平衡对中低压配网技术性能的影响

已有 285 次阅读2014-8-1 09:32

近年来，党和bi政府加强“三农”工作，推行家电下乡，农村经济飞速发展，农民生活迅速提高，农村家庭除照明灯具、电视机、DVD、电脑、电冰箱等中小功率电器增多外，大量的大功率家用电器进入寻常百姓家，例如电磁灶、微波炉、电饭煲、电水壶、电热水器、电暖器、空调、小水泵等，单台容量大多数在800～2000kW，都是采用单相(220V)电源，使单相负荷急剧增加;而农村较大的农副业加工户大多自己安装配电变压器使用，使公用台区三相动力负荷减少。据了解，现在一般农村公用台区单相负荷已占总负荷的90%左右，富裕地方达到95%以上，经济较差的农村也占到70%左右。在单相负荷极大增长的情况下，若不注意三相负荷平衡，可能使低压电网的三相负荷不平衡度很大，对中低压配网技术性能会产生哪些影响?下面作以分析。

一、三相负荷不平衡对中低压配网技术性能的影响

1.对配电变压器的影响

(1) 三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：

变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc 。

当a=b=c时，代数和a+b+c取得最小值：a+b+c=33√abc 。

因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次侧相电流，R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：

Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)]

由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。

取以上定性分析的两极，进行定量分析，可以看得更清楚：

当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I时，Qa+Qb+Qc=3I2R;

当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic=0时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

(2)三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍)，超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快;变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命(温度每升高8℃，使用年限将减少一半)，甚至烧毁绕组。

(3)三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高：

在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。

2.对6～10kV高压线路的影响

(1)增加高压线路损耗：

低压侧三相负荷平衡时，高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R)

即6～10kV高压线路上电能损耗增加12.5%。

(2)增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：

我们知道6～10kV高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

3.对配电屏和低压线路的影响

(1)三相负荷不平衡将增加线路损耗：

三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);