浅析三相负荷不平衡危害及技术改造措施

浅析三相负荷不平衡危害及技术改造措施

摘要：电力系统三相电压平衡的状况是电能质量的重要指标之一。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，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，甚至烧毁配电变压器。本文对公变台区三相不平衡危害及现有治理技术进行简要的分析研究，希望能为

此类问题的解决提供参考。

关键词：配电变压器；三相不平衡；换相开关；

随着居民生活的改善和提高，用电容量也不断增加。当各相用电量增长不均

衡时，三相负载不平衡现象可能扩大。有些台区的三相负荷不平衡度高达70%，

农村台区尤为严重。

1.三相不平衡负荷的产生

1.1缺乏规划或管理

用户负荷接入配电线路时，由于缺乏相序接引的总体规划或管理，以至于负

荷不能均衡的接入到各相线路中，造成三相不平衡。一般是按用户数量均分，没

按容量均分。

1.2季节性和时间性

部分用户用电具有季节性和时间性变化，造成了三相负载的动态不平衡问题。目前很多区域存在居民用电和商业用电混用情况，由于商业用电和居民单相生活

用电的比列会因季节不同有较大的变动，而单相负荷在三相上分配不均匀，如夏

季和冬季空调等。同时白天时段负荷较轻，三相负载基本保持平衡，但到了晚上

负荷高峰时段不平衡程度就变得严重。

1.3对于配变负荷的监视力度的削弱

在配电网的管理上，经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检

测上，对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外，还有

很多因素造成了三相不平衡的现象，例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。

2.三相不平衡的危害

2.1电能质量下降

三相负荷不平衡时，中性点电位会发生偏移，线路压降和功率损耗将会大大

增加，会造成负荷重相的线路末端出现低电压现象，严重地区致使家用电器无法

正常工作，而负荷轻相的单相用户出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿，缩短

电器使用寿命和损坏电器。

2.2损坏变压器

三相负荷不平衡严重，某相超载过多，可能造成绕组发热过大，引起变压器

绕组和变压器油过热

1）绕组过热、造成绕组绝缘老化加快；

2）变压器有过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器的寿命（温度每升高8度，使用年限将减少一半），甚至烧毁变压器。

2.3增加损耗，减少变压器出力

三相负荷不平衡将增加线路的损耗，线路损耗随着负荷电流的变化而变化，

与电流的平方成正比；三相负荷平衡时，即 Ia=Ib=Ic=I，Ra= Rb= Rc= R，Rn=2R，

则线路损耗Qa +Qb +Qc=3I2R；三相负荷最大不平衡时，即 Ia=In=3I， Ra= Rb= Rc= R，Rn=2R，则线路损耗Qa +Qn= (3I)2R+(3I)2 2R=27I2R，即最大不平衡时的线损是

平衡时的9倍。

三相负荷不平衡将增加线路损耗的同时也会增加变压器的损耗，与电流的平

方成正比；

三相负荷平衡时，即 Ia=Ib=Ic=I，Ra= Rb= Rc= R，损耗Qa +Qb +Qc=3I2R；三相

负荷最大不平衡时，即 Ia=3I， Ib=Ic=0，则线路损耗Qa= (3I)2R=9I2R即最大不平

衡时的铜损是平衡时的3倍。

以上是配电变压器在三相负荷不平衡时出现的危害，当然，危害远不止这些，不平衡的出现还会有一下危害：影响用电设备的安全运行、电动机效率降低等，

在此不做赘述。

3.三相不平衡治理措施

目前三相不平衡治理分两种方式，一种通过管理方式进行改善，另一种通过

技术引进方式改善配变台区三相不平衡情况。

3.1管理改进

现有台区加强配变负荷监管力度，通过台区监测数据包括三相电压、三相电流、零序电流等数据，总结台区三相用电规律规律，人工将不对称的负荷分散到

不同的供电点，根据各居民用电的理论负荷容量对三相负荷进行分配情况进行重

新调整，减少集中连接导致的不平衡度超标。新建台区合理规划低压线路走向，

合理选择配电变压器的安装地址，尽量做到分区分片供电，减少线路损耗，严格

规定A、B、C三相线路颜色，有利于三相负荷的调整工作顺利进行。

3.2新技术引进

电力技术不断发展，针对三相不平衡治理技术不断提升。目前三相负荷不平

衡治理主要分为两大类，一类是以换相开关为代表的负荷调相法，另一类为以SVG为代表的补偿平衡法。

负荷调相平衡法，从根本上解决了配变台区的单相负荷分配不均衡造成的三

相负荷不平衡，通过调整线路末端负荷相位，使配电线路三相负荷平衡，最大可

能减少线路压降，提高末端电压，改善线路电能质量；负荷调相平衡法通过调整

线路三相负荷平衡，达到变压器三相负荷平衡的目的的同时，降低了线路损耗和

变压器损耗。

3.2.1软件方案

整套装置的软件控制系统由控制程序和换相程序组成，主控程序与换相程序

属于主从关系，主控程序发出命令，接收换相程序上传信息。换相程序接受命令，上传信息。它们之间分工不同互相配合，共同完成装置的运行控制。下图是软件

控制系统示意图。

主控程序是装置的核心控制部分，它负责装置的核心算法与控制策略、信息

的汇总与分析运算。信息采集功能包括总线电压信号采集功能，检测配电变压器

低压侧电网电压信号。线电流信号采集功能，检测配电变压器三相输出电流。通

过GPRS无线通讯接收各换相开关上传的负载电流信息、物理地址信息、运行状

态信息（含当前运行相）、故障信息。可根据外部编码器电路输入的信号来设置

换相等待时间。控制计算功能包括三相电流不平衡度计算、各换相开关支路负载

电流计算功能、各支路负载重新分配再平衡计算功能、各支路负载重新分配再平

衡计算功能，采用平均电流积分算法计算三相负荷不平衡率，通过调整各分支路

的平衡，达到配电网主回路的平衡。换相程序是装置的具体执行部分，它负责换

相开关的换相逻辑控制；检测负载电流信号与装置运行状态信息并上传给主控程序。

3.3负荷调整过程