三相不平衡是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。雖然影響電力系統(tǒng)的因素很多，但正常的不平衡大多是由于三相分量、線路參數(shù)或負(fù)荷的不對稱。由于三相負(fù)荷的因素不確定，供電點(diǎn)的三相電壓、電流容易不平衡，造成線損。不僅如此，還會對供電點(diǎn)的電機(jī)產(chǎn)生不良影響，危及電機(jī)的正常運(yùn)行。因此，如果三相不平衡超過配電網(wǎng)所能承受的范圍，整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行就會受到影響。

(1)三相不平衡的基本概念

三相不平衡是指電力系統(tǒng)中三相電流(或電壓)的幅值不一致，幅值差超過規(guī)定范圍。由于各相電源負(fù)載不平衡，屬于基波負(fù)載分配問題。三相不平衡的發(fā)生與用戶的負(fù)荷特性有關(guān)，也與電力系統(tǒng)規(guī)劃和負(fù)荷分配有關(guān)。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，三相平衡主要是指三相的電壓相量大小相等，如果按照A、B、C的順序排列，它們之間的夾角為2n/3。

三相不平衡是指相量大小和角度不一致?！峨娔苜|(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)適用于額定交流頻率為50 Hz。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，由于負(fù)序分量，PCC連接點(diǎn)的電壓不平衡。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，正常運(yùn)行方式下電力系統(tǒng)公共耦合點(diǎn)的不平衡度允許值為2%，短時(shí)間內(nèi)不得超過4%。

三相電流不平衡的計(jì)算方法一般有以下兩個(gè)常用公式:

不平衡% =(最大電流-最小電流)/最大電流× 100%

不平衡%=(最大相電流-三相平均電流)/三相平均電流× 100%

例如:

三相電流為IA=9A IB=8A IC=4A，那么三相平均電流為7A，相電流-三相平均電流為2A13A，取兩者中最大的，所以MAX(相電流-三相平均電流)=3A，所以三相電流不平衡=3/7。

(2)三相不平衡的原因是什么？

三相電壓不平衡的原因很多，如單相接地、斷線諧振等。只有正確區(qū)分它們，運(yùn)營經(jīng)理才能快速處理它們。

1.斷開故障

如果一相斷開但未接地，或者斷路器和隔離開關(guān)的一相未連接，電壓互感器的保險(xiǎn)絲熔斷，都會造成三相參數(shù)的不對稱。當(dāng)前一個(gè)電壓等級線路的一相斷開時(shí)，下一個(gè)電壓等級的電壓顯示三相都降低，其中一相較低，另外兩相較高，但電壓值接近。當(dāng)這一級別的線路斷開時(shí)，斷開相的電壓為零，未斷開相的電壓仍為相電壓。

2.接地故障

當(dāng)線路一相斷開，一相接地時(shí)，雖然三相電壓不平衡，但接地后電壓值不變。單相接地可分為金屬接地和非金屬接地。金屬接地，故障相電壓為零或接近零，非故障相電壓增加1.732倍，并長期保持不變；非金屬接地，接地相電壓不為零但降低到一定值，其他兩相增加不到1.732倍。

3.共振的原因

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，非線性電力負(fù)荷大量增加，有些負(fù)荷不僅產(chǎn)生諧波，還會引起供電電壓的波動和閃變，甚至引起三相電壓不平衡。

諧振引起的三相電壓不平衡有兩種:

1)基頻共振

基頻類似于單相接地，即一相電壓降低，另兩相電壓升高。查找故障原因時(shí)，很難找到故障點(diǎn)。這時(shí)可以勾選特殊用戶。如果不是接地原因，可能是共振引起的。

2)分頻諧振

另一種是分頻諧振或高頻諧振，特點(diǎn)是三相電壓同時(shí)上升。

另外需要注意的是，空投母線部分線路斷電或單相接地故障消失時(shí)，如果有接地信號，且一相、兩相或三相電壓超過線電壓，電壓表指針撞頭同時(shí)緩慢移動，或三相電壓依次上升超過線電壓，這種情況一般是諧振引起的。

4.三相負(fù)荷分配不合理

很多裝表接電的工人并沒有三相負(fù)荷平衡的專業(yè)知識，所以在接電的時(shí)候并沒有注意控制三相負(fù)荷平衡，而是盲目隨意的為電路裝表，很大程度上造成了三相負(fù)荷的不平衡。其次，我國大部分線路都是動力和照明混合使用，所以在使用單相用電設(shè)備時(shí)，用電效率會降低，這種差異進(jìn)一步加劇了配電變壓器三相負(fù)荷的不平衡。

5.不斷變化的電力負(fù)荷

電力負(fù)荷不穩(wěn)定的原因包括頻繁的拆遷、移表或地二用電用戶增加；臨時(shí)用電和季節(jié)性用電的不穩(wěn)定性。這種總量和時(shí)間上的不確定性和不集中性，使得用電負(fù)荷不得不隨實(shí)際情況而變化。

6.配電變壓器負(fù)荷監(jiān)控的弱化。

在配電網(wǎng)管理中，三相負(fù)荷分配中的管理問題往往被忽視。在配電網(wǎng)檢測中，對配電變壓器的三相負(fù)荷不定期進(jìn)行檢測和調(diào)整。此外，造成三相不平衡的因素很多，如線路的影響和三相負(fù)載力矩的非相位。

(3)三相不平衡的危害有哪些？

1.增加線路的功率損耗。

在三相四線供電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)電流通過線路導(dǎo)體時(shí)，電能會因阻抗而損耗，損耗與通過電流的平方成正比。低壓電網(wǎng)采用三相四線制供電時(shí)，由于單相負(fù)荷的存在，不可避免地會出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡的情況。三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，中性線會有電流流過。這樣不僅相線損失，中性線也損失，增加了電網(wǎng)線路的損耗。

2.增加配電變壓器的功率損耗。

配電變壓器是低壓電網(wǎng)的主要供電設(shè)備。當(dāng)它在三相不平衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，會引起配電變壓器損耗的增加。因?yàn)榕潆娮儔浩鞯墓β蕮p耗隨著負(fù)載的不平衡而變化。

3.配電變壓器的輸出減少。

配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，其繞組結(jié)構(gòu)按負(fù)荷平衡運(yùn)行工況設(shè)計(jì)，繞組性能基本相同，各相額定容量相等。配電變壓器的最大允許輸出受到每相額定容量的限制。如果配電變壓器在三相負(fù)載不平衡的情況下運(yùn)行，輕載相將有剩余容量，從而降低配電變壓器的輸出。出力降低的程度與三相負(fù)載不平衡有關(guān)。三相負(fù)荷不平衡越大，配電變壓器的輸出減少越多。所以配電變壓器在三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，其輸出容量達(dá)不到額定值，備用容量相應(yīng)減少，過載能力也隨之減少。如果配電變壓器在過載情況下運(yùn)行，很容易造成配電變壓器發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐膳潆娮儔浩鳠龤А?/p>

4.配電變壓器產(chǎn)生零序電流。

變壓器在三相不平衡負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，會產(chǎn)生零序電流，零序電流隨三相負(fù)荷不平衡的程度而變化。不平衡越大，零序電流越大。如果運(yùn)行的配電變壓器中有零序電流，其鐵芯中就會產(chǎn)生零序磁通。(高壓側(cè)無零序電流)，迫使零序磁通只能通過罐壁和鋼構(gòu)件，而鋼構(gòu)件的磁導(dǎo)率較低。零序電流通過鋼構(gòu)件時(shí)，會產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，導(dǎo)致配電變壓器鋼構(gòu)件局部溫度升高而發(fā)熱。配電變壓器的繞組絕緣因過熱而加速老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。同時(shí)，零序電流的存儲也會增加配電變壓器的損耗。

5、影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

配電變壓器按三相負(fù)荷平衡運(yùn)行工況設(shè)計(jì)，各相繞組的電阻、漏抗、勵磁阻抗基本相同。配電變壓器在三相負(fù)荷平衡運(yùn)行時(shí)，其三相電流基本相等，配電變壓器內(nèi)部各相壓降基本相同，那么配電變壓器輸出的三相電壓也是平衡的。如果配電變壓器在三相負(fù)荷不平衡時(shí)運(yùn)行，每相輸出電流不相等，配電變壓器內(nèi)部三相壓降不相等，必然導(dǎo)致配電變壓器輸出電壓三相不平衡。

同時(shí)配電變壓器在三相負(fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，三相輸出電流不同，而中性線會有電流流過。所以中性線會有阻抗壓降，導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，各相相電壓會發(fā)生變化。重相的電壓降低，而輕相的電壓升高。在不平衡電壓下供電時(shí)，容易燒壞高壓接地帶的用戶用電設(shè)備，而低壓接地帶的用戶用電設(shè)備可能無法使用。因此，三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行會嚴(yán)重危及電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

6.電機(jī)效率降低。

當(dāng)變壓器在三相負(fù)載不平衡的情況下運(yùn)行時(shí)，會引起三相輸出電壓不平衡。由于不平衡電壓有正序、負(fù)序、零序三個(gè)電壓分量，當(dāng)不平衡電壓輸入電機(jī)時(shí)，負(fù)序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負(fù)序磁場強(qiáng)得多，所以電機(jī)仍按正序磁場方向旋轉(zhuǎn)。但由于負(fù)序磁場的制動作用，會降低電機(jī)的輸出功率，導(dǎo)致電機(jī)效率降低。同時(shí)，電機(jī)的溫升和無功損耗也會隨著三相電壓的不平衡而增加。所以電機(jī)在三相電壓不平衡的情況下運(yùn)行是非常不經(jīng)濟(jì)和不安全的。

(4)如何改善三相不平衡？

01

注意三相負(fù)荷的合理分配。

在三相負(fù)荷分配問題上，電力工作者在實(shí)際工作中要認(rèn)真收集和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到一定程度上能夠預(yù)測電力負(fù)荷的狀態(tài)。其次，安裝平衡裝置可以實(shí)現(xiàn)更好的三相平衡的分配問題。

在一些采用低壓三相四線制的地方，可以加裝調(diào)節(jié)不平衡電流的無功補(bǔ)償裝置，解決電網(wǎng)中不平衡電流現(xiàn)象造成的各種后果。這種裝置不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率，還可以調(diào)節(jié)不平衡有功電流的影響。另外，根據(jù)實(shí)際情況中負(fù)載力矩的不同，接線方式的適當(dāng)調(diào)整對三相負(fù)載的合理分配也有一定的影響。

02

根據(jù)不平衡電流電納的補(bǔ)償原理，在任意確定的時(shí)刻，主要有三相不接地的不平衡負(fù)載，所以每一個(gè)都可以并聯(lián)同一個(gè)電阻和電容。因此，在不平衡電流治理補(bǔ)償理論的指導(dǎo)下，可以分析不同性質(zhì)的等效性，確定相間和相對地之間的無功補(bǔ)償。

當(dāng)配電變壓器需要補(bǔ)償不平衡電流時(shí)，應(yīng)滿足以下原則:

第一，需要注意的是，電流管理要有兩個(gè)內(nèi)容，一是補(bǔ)償功率因數(shù)，二是調(diào)整三相電流的不平衡，共同決定補(bǔ)償所需的無功功率；

第二，在實(shí)際工程建設(shè)中，應(yīng)采用全容性治理方式，區(qū)別于感性補(bǔ)償，避免嚴(yán)重的過補(bǔ)償。

第三點(diǎn)是考慮負(fù)載會隨時(shí)間變化。基于這一特性，補(bǔ)償量也應(yīng)根據(jù)負(fù)載的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

第四點(diǎn)是裝置開關(guān)和補(bǔ)償設(shè)備的切換次數(shù)的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)戰(zhàn)略性地管理全天優(yōu)化方案?？傊谠O(shè)定比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的量時(shí)，既要考慮功率因數(shù)限制，又要考慮過補(bǔ)償限制。

03

增加三相負(fù)載的檢測和調(diào)整。

還需要設(shè)置三相負(fù)載的定期檢查工作。對三相符合性進(jìn)行合理分配和控制后，相關(guān)部門應(yīng)設(shè)立檢測工作。電力的平衡不可能是絕對的，只能是盡可能的相對平衡。在實(shí)際檢測工作中，各部門要以國家和有關(guān)部門制定的平衡測量指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，對檢測結(jié)果進(jìn)行專業(yè)的記錄和分析，并定期檢測各相負(fù)載電流，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些三相不平衡現(xiàn)象。

測試過程中發(fā)現(xiàn)安全隱患時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整和修改。對于檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)問題的部分，也要完善警示。檢測結(jié)束后，不僅要整理分析數(shù)據(jù)，還要及時(shí)反饋。這里的反饋主要是指根據(jù)測試結(jié)果推斷的三個(gè)階段的調(diào)整，以及新技術(shù)在三個(gè)階段應(yīng)用的可能性預(yù)測。通過合理的檢測和對檢測結(jié)果的深入分析，可以最大程度的避免不平衡現(xiàn)象，減少用電事故的發(fā)生。