浅谈配变三相不平衡危害及其解决措施 (1)

浅谈配变三相不平衡危害及其解决措施
红河供电局配电管理所 刘爱民
摘要 配电变压器是连接配电线路与用户之间的桥梁，肩负着向用户分配电能的重任，它的安全稳定运行是保证用户用电的基础。

然而目前，大量配电变压器存在三相不平衡的问题，严重影响了供电企业的效益和用户的电能质量，同时也危害了人身设备的安全，本文利用电力配变监测管理系统获得的数据，分析配电变压器三相不平衡的危害，并提出降低配电变压器的三相不平衡度的建议。

关键字 配电变压器 不平衡度 电力配变监测管理系统 措施
随着城市农村经济的发展，用电负荷日益增加，小型单相电机的广泛使用以及新增用户就近接电等现象的发生可能造成配电变压器三相负荷不平衡。

《架空配电线路及设备运行规程》规定：变压器的三相负荷应力求平衡，不平衡度不应大于15%，不符合上述规定时，应将负荷进行调整。

不平衡度的计算式为：%100%×−=最大电流
最小电流最大电流不平衡度。

怎样获得配电变压器的运行数据？如何做好配电变压器三相负荷的调整工作使三相负荷趋于平衡呢？从2008年起，红河供电局开始建立电力配变监测管理系统，对所辖区域内的公用配电变压器安装配电监测终端。

截止2010年9月，蒙自地区终端覆盖率已达到85%，其中城区覆盖率为96.6%。

根据电力配变监测管理系统的统计数据显示，并经抽样测量校核，60%以上的配电变压器三相不平衡度在50%以上，不平衡现象非常严重，远不能满足《架空配电线路及设备运行规程》的要求，给供电企业和用电客户都带来了很大的影响。

1、三相不平衡的危害
1.1影响供电可靠性
配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行时，低压侧会产生零序电流，因高压侧没有中性线而没有零序电流，低压侧零序电流产生的零序磁通就不能被抵消，所以，零序磁通只能由配电变压器的油箱壁及其它钢铁构件中通过，磁滞和涡流在钢铁构件内发热，造成配电变压器散热条件降低，导致温升增高，严重时会损坏配电变压器绝缘，甚至烧损配电变压器。

同时，蒙自地区配电网以10kV线路为主，线路装设的断路器保护方式多为过电流保护，当配电变压器三相负荷不平衡造成变压器故障严重时，将可能引起配电变压器前端的线路断路器动作跳闸，而现有的线路断路器大多没有重合功能，造成不必要的停电，降低供电可靠性。

1.2增加电能损耗
系统中通过电流时必将产生电能损耗，然而当配电变压器三相负荷不平衡时电能损耗将增加。

1.2.1增加变压器损耗
配电变压器在运行过程中会产生功率损耗，包括铁损和铜损。

如前所述，当配电变压器在三相负荷不平衡状况下运行时，低压侧会产生零序电流，零序电流产生的零序磁通不能被抵消，只能由配电变压器的油箱壁及其它钢铁构件中通过，从而在油箱壁中发热产生额外的铁损。

此外，变压器的铜损也会相应的增加，如下例：
例1：根据电力配变监测管理系统中的信息得110kV银河变10kV小东山056线路所属的新建村公用配电变压器2010年7月18日的三相电流数据如下图：
此配电变压器的型号为S9-50／10，2010年7月18日15：45的数据为：
Ua=240.4V ，Ub=237.6V ，Uc=197.9V ，Ia=42.2A ，Ib=16.8A ，Ic=69.3A ，假设配电变压器的二次绕组电阻为r ，此时新建村公用配电变压器的不平衡度为：
%8.75%1003
.698.163.69%=×−=Δ 配电变压器三相的损耗为：
r r Ic r Ib r Ia P 57.6865)()()(2221=++=Δ
当配电变压器三相负荷平衡时，配电变压器三相的损耗为：
r r Ic Ib Ia P 82.5487)3
(321=++= 由上计算可见，新建村公用配电变压器三相不平衡下运行时的铜损将增加25%。

1.2.2增加线路损耗
电流流过导线时，必然将产生电能损耗，其损耗与通过导线的电流平方成正比。

低压电网普遍采用三相四线制供电，配电变压器三相负荷不平衡时，中性线即有电流通过，这样不但在相线上有损耗，中性线也会产生损耗，增加了电网线路的损耗。

例2：如例1中新建村公用配电变压器，经计算2010年7月18日15：45时中性线的电流为In=45.5A ，假设相线及中性线电阻皆为R ，配电变压器三相不平衡时的线路功率损耗为：
R R In R Ic R Ib R Ia P 57.8932)()()()(22221=+++=
当配电变压器三相负荷平衡时，线路功率损耗为：
R R Ic Ib Ia P 82.5487)3
(321=++= 比较得知，三相负荷不平衡运行的线路功率损耗是三相平衡时的1.63倍。

所以，当配电变压器在三相负荷不平衡运行时，变压器损耗和线路损耗都将增大，并且随着不平衡度的增大，损耗会更大。

1.3危及安全 影响声誉
1.3.1危及安全
配电变压器在三相负荷不平衡时运行，各相输出电流不同，从而配电变压器内部三相压降不同，导致负荷电流大的一相电压低，而负荷电流小的一相电压高，这样配电变压器三相输出电压将不平衡，造成电能质量不合格，同时也会导致配电变压器的零点漂移，中性线就会有电流通过。

配电变压器长期在电压不平衡状况下供电极容易造成：
（1）零点漂移导致中性线带电，在未改造的线路中、中性线标准往往选择比相线低一级，导线过细，电流过大，容易造成中性线烧断，相电压变成线电压，危及人身及设备安全。

（2）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正常使用。

（3）不平衡度严重时，某相负荷超载过多，将会造成某相导线烧断、低压开关烧毁、变压器烧毁等严重后果。

（4）负荷高的一相因发热还会加快用电设备绝缘的老化、导致绝缘降低，使用电设备外壳带电，造成人身触电的可能。

1.3.2降低变压器出力
变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，其每组绕组结构性能基本一样，各相容量相等，故变压器的允许最大出力只能按三相负荷中最大一相为限，负荷轻的一相就有富余容量，因此，变压器三相不平衡运行时出力将下降。

例3：如例1中，新建村公用配电变压器在三相不平衡运行时的的效率为：
%5.5650
22.03.6922.08.1622.02.42=×+×+×==Se S η
可见，配电变压器三相不平衡运行时，变压器的最大输出容量将降低，变压器的过载能力也相应降低。

1.3.3 降低效益 影响声誉
由于农村低压电网三相负荷不平衡造成线损电量增加、低压配电装置损坏和变压器烧毁、线路烧断等线路设备故障的发生，不但增加企业的供电成本，而且更换设备、停电检修会增加停电时间，给用户带来很大的影响，既降低了供电企业的经济效益，又影响了供电企业的声誉。

综上所述，调整三相负荷使之趋于平衡是提高变压器运行效率和降低电能损耗的有效措施。

2、解决三相不平衡的措施
通过以上分析得知，配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行时会影响供电可靠性的提高、增加电能损耗、危及安全影响声誉等，采取有效措施使配电变压器三相负荷平衡将成为必然。

2.1重视低压配网规划
在低压配电网规划过程中，首先要贯彻落实国家法律法规、技术规范和节能环保政策，建设资源节约型、环境友好型的配电网；其次要加强与地方政府等各部门的沟通联系，以城市农村发展规划和上级电网规划为基础，以满足客户需求为导向，远近结合、适度超前，保证配电网建设适应城市农村的发展；另外还要严格遵循“小容量、多布点、短半径”的配电变压器选址原则选择配电变压器的安装位置，并且要合理规划低压400V线路的通道走向，避免出现头痛医头、脚痛医脚、重复建设改造的情况发生，尽量做到分区分片供电。

2.2加强新增负荷管理
配电变压器三相不平衡究其源头是新增计量点时没有合理有效的管理流程，造成工作的随意性和盲目性，治理配电变压器的三相不平衡必须从根源做起，制定新增负荷管理流程，基本包含以下内容：
（1）结合电力配变监测管理系统采集的数据与现场实测结果，对比分析，
建立所辖区域内的配电变压器三相不平衡度台账，并对配电变压器不平衡度进行分类，形成预警机制。

（2）对于申请新增计量点的用户，相关部门必须认真审查其用电性质、负荷大小及所属台区等基本情况，然后查看电力配变监测管理系统中该配电变压器的运行数据，结合配电变压器三相不平衡度预警机制分析判断能否增加用户所申请的负荷；
（3）对申请新增计量点的负荷超过10kW或变压器额定容量的10%的用电客户，建议其采用三相四线供电方式，保证对配电变压器的三相不平衡度不产生影响。

（4）如用户申请满足要求，则依据相关原则制定用电负荷方案，明确新增计量点的所属相别，保证新增计量点后配电变压器的三相不平衡度满足规定；
（5）严把验收关，保证工程结果与供电方案的一致性。

另外，在用户变更用电业务或销户时，也要顾及三相平衡问题，在实际工作中形成常态机制，不断完善提高。

2.3做好三相负荷调整
实际运行中，配电变压器的三相负荷是经常发生变化的，临时用电、季节性用电以及用电客户变更、废除等都会导致配电变压器三相不平衡度改变，如何掌握这些变动的负荷对配电变压器三相负荷进行调整呢？
首先，要利用电力配变监测管理系统，查询配电变压器的三相电压、电流和零线电流等数据，得出配电变压器的三相不平衡情况；
其次，根据所得到的数据对配电变压器的三相负荷进行实际测量，实测工作要向低压配电线路的末端和分支端延伸，这样可以进一步发现不平衡负荷的出现地点，确定调荷点为配电变压器的三相负荷进行调整提供依据；
最后，根据上面得出的结论，做出最终调荷方案，利用计划检修停电时间对配电变压器负荷进行调整。

通过调整将负荷均衡地分配到配电变压器的三相上，是实现三相负荷平衡的前提。

但必须注意，均衡分配不仅仅是从形式上简单的将单相负荷用户总数的三分之一接于每相，而是要把其中用电负荷性质、漏电情况等多种原因综合起来，将同一等级的用户也均衡地分配到配电变压器的三相上。

同时，要减少单相负荷接户线的总长度。

2.4强化配变状态监测
由于对配电变压器三相负荷不平衡的运行管理程度重视不够，导致配电变压器三相负荷分配不均匀的问题发生，又未能及时监测、调整配电变压器的三相负荷，致使多数配电变压器长期运行在三相负荷不平衡状态下。

电力配变监测管理系统的应用为监测配电变压器运行状态提供了可能，从2008年起，红河供电局在蒙自地区开始安装、使用配变监测终端，以加强对配电变压器状态的监测。

截止2010年8月，蒙自城区公用变的终端覆盖率已经到达96.6%，配变监测终端的应用大大改善了红河供电局对蒙自地区配电变压器实时运行状态的掌握。

通过电力配变监测系统，我们能够及时获得配电变压器的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相的功率因数、有功电量、负载率和不平衡度等实时数据，经过统计分析得到相应的结果，可以为三相不平衡的整改提供所需的数据。

同时，也能够对调整以后的配电变压器运行状况进行跟踪，发现配电变压器运行过程中存在的问题，将数据反馈给相关部门，形成闭环式管理。

3、分相涂色 综合管理
3.1分相涂色
一直以来，低压配电线路相别没有明显的区分标志，给很多工作带来了不便之处。

为加强负荷管理，推进配电变压器三相负荷调整工作顺利进行，红河供电局配电管理所根据工作需要，参照《云南电网公司中低压配电网设备设施标规范》制定了400V线路相色喷涂的相关规定，内容如下：
（1）喷涂范围：公用变出线的第1基杆塔
转角杆塔
T接后的第1基杆塔
同杆多级T线只需喷涂主线相色，分支线相色在分支线杆上标注
（2）相色规定：A相——黄色
B相——绿色
C相——红色
零线——黑色
（3）喷涂高度：水泥杆——距地面高2.1米
铁塔——地面上第2横撑
（4）喷涂方向：杆塔电源方向水平喷涂
（5）喷涂顺序：相色与导线相线顺序相一致
400V线路相色喷涂标志模板如下：
对低压配电线路相别排列顺序进行仔细认真核对，确认无误后根据400V线路相色喷涂的相关规定对三相四线制线路进行色相喷涂。

3.2综合管理
值得注意的是，相色喷涂是一个长期性的工作，且分相涂色后，必须在运维工作中不断收集新增低压线路和线路情况发生变化的资料，及时反馈信息到相关部门，更新、完善相色喷涂的工作结果，保证相色的实时性、准确性和可信赖性。

同时，在低压线路的管理过程中，必须规范下火线和进户线的管理，杜绝同杆多对下火线凌乱现象的发生，严格执行同杆下火线最多不超过两对的原则，并且，下火线应采用三相四线的方式，统一在一处分接进户线，方便管理，可降低登杆作业带来的作业安全风险。

随着电网规模的不断扩大，线损率是体现供电企业生产技术水平和经营管理水平的一项综合性指标，线损分析工作越来越重要，找出线损问题在哪里是降损的前提。

开展配电变压器分相涂色工作，为实现线损分相管理奠定了根基，认真收集资料，分解分相线损指标，开展营业普查，结合低压集抄系统，对低压400V线路分相进行线损计算，找出降低线损的薄弱环节。

实现分相管理后，可降低查找线损
薄弱点的时间及工作量，定期对各相负荷进行检查、核对、调整，每季至少进行一次综合分析，在线损四分管理标准的基础上可实现线损五分综合管理，这将更利于线损管理的合理性。

4、总结与展望
配电变压器的三相负荷没有绝对的平衡，但要相对的平衡，以平衡度指标为限，在实际工作中加大对配变负荷的调查分析力度，依据电力配变监测系统按月记录各配变负荷的最大、平均负荷，并定期对配变负荷电流进行现场测试，反馈结果对比分析，及时发现不平衡超标情况，不定期的组织进行有针对性地调整配变的三相负荷。

希望通过我们的不断努力，从根源上控制，在过程中调节，通过状态监视反馈管理的模式降低配变三相不平衡度，为提高供电可靠性和降低线损做一点贡献。

参考文献
[1] 孙成宝等.配电技术手册.中国水利水电出版社，2006.08
[2] SD 292-88 《架空配电线路及设备运行规程》
[3] Q/CSG 21001-2008 《线损四分管理标准》
[4] 云南电网公司中低压配电网设备设施标
[5] 110千伏及以下配电网规划指导原则。