三相負(fù)荷不平衡的危害 - 諧波與不平衡電流的危害

　　3.1 對(duì)配電變壓器的影響

　　(1)三相負(fù)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(fù)荷損耗。正常情況下變壓器運(yùn)行電壓基本不變，即空載損耗是一個(gè)恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運(yùn)行負(fù)荷的變化而變化，且與負(fù)荷電流的平方成正比。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí)，變壓器的負(fù)荷損耗可看成三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。

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

　　當(dāng)a=b=c時(shí)，代數(shù)和a+b+c取得最小值：a+b+c=33√abc 。

　　因此我們可以假設(shè)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分別為變壓器二次負(fù)荷相電流，R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達(dá)式如下：

　　Qa+Qb+Qc≥33√〔(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)〕

　　由此可知，變壓器的在負(fù)荷不變的情況下，當(dāng)Ia=Ib=Ic時(shí)，即三相負(fù)荷達(dá)到平衡時(shí)，變壓器的損耗最小。

　　則變壓器損耗：

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

　　當(dāng)變壓器運(yùn)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(fù)荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴(yán)重后果：

　　上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過大(增為3倍)，超載過多，可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱，絕緣老化加快;變壓器油過熱，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(fù)荷不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過大，局部金屬件溫升增高：

　　在三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行下的變壓器，必然會(huì)產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)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(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)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(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。

　　3.2 對(duì)高壓線路的影響

　　(1)增加高壓線路損耗：

　　低壓側(cè)三相負(fù)荷平衡時(shí)，6～10k V高壓側(cè)也平衡，設(shè)高壓線路每相的電流為I，其功率損耗為： ΔP1 = 3I2R

　　低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時(shí)，高壓對(duì)應(yīng)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);

　　即高壓線路上電能損耗增加12.5%。

　　(2)增加高壓線路跳閘次數(shù)、降低開關(guān)設(shè)備使用壽命：

　　我們知道高壓線路過流故障占相當(dāng)比例，其原因是電流過大。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡可能引起高壓某相電流過大，從而引起高壓線路過流跳閘停電，引發(fā)大面積停電事故，同時(shí)變電站的開關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。

　　3.3 對(duì)配電屏和低壓線路的影響

　　(1)三相負(fù)荷不平衡將增加線路損耗：

　　三相四線制供電線路，把負(fù)荷平均分配到三相上，設(shè)每相的電流為I，中性線電流為零，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，換句話說，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(diào)整三相負(fù)荷的降損潛力。

　　(2)三相負(fù)荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重后果：

　　上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過大(增為3倍)，超載過多。由于發(fā)熱量Q=0.24I2Rt，電流增為3倍，則發(fā)熱量增為9倍，可能造成該相導(dǎo)線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導(dǎo)線截面一般應(yīng)是相線截面的50%，但在選擇時(shí)，有的往往偏小，加上接頭質(zhì)量不好，使導(dǎo)線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。

　　同理在配電屏上，造成開關(guān)重負(fù)荷相燒壞、接觸器重負(fù)荷相燒壞，因而整機(jī)損壞等嚴(yán)重后果。

　　3.4 對(duì)供電企業(yè)的影響

　　供電企業(yè)直管到戶，低壓電網(wǎng)損耗大，將降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，甚至造成供電企業(yè)虧損經(jīng)營(yíng)。農(nóng)電工承包臺(tái)區(qū)線損，線損高農(nóng)電工獎(jiǎng)金被扣發(fā)，甚至連工資也得不到，必然影響農(nóng)電工情緒，輕則工作消極，重則為了得到錢違法犯罪。

　　變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞，一方面增大供電企業(yè)的供電成本，另一方面停電檢修、購貨更換造成長(zhǎng)時(shí)間停電，少供電量，既降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，又影響供電企業(yè)的聲譽(yù)。

　　3.5 對(duì)用戶的影響

　　三相負(fù)荷不平衡，一相或兩相畸重，必將增大線路中的電壓降，降低電能質(zhì)量，影響用戶的電器使用。

　　變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞，影響用戶供電，輕則帶來不便，重則造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，如停電造成養(yǎng)殖的動(dòng)植物死亡，或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。