三相電壓不平衡的分析及辨別方法

引起三相電壓不平衡的原因有多種，如：單相接地、斷線諧振等，運(yùn)行管理人員只有將其正確區(qū)分開來，才能快速處理。

一、 斷線故障 如果一相斷線但未接地，或斷路器、隔離開關(guān)一相未接通，電壓互感器保險(xiǎn)絲熔斷均造成三相參數(shù)不對稱。上一電壓等級線路一相斷線時(shí)，下一電壓等級的電壓表現(xiàn)為三個(gè)相電壓都降低，其中一相較低，另兩相較高但二者電壓值接近。本級線路斷線時(shí)，斷線相電壓為零，未斷線相電壓仍為相電壓。

二、接地故障 當(dāng)線路一相斷線并單相接地時(shí)，雖引起三相電壓不平衡，但接地后電壓值不改變。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地，故障相電壓為零或接近零，非故障相電壓升高1.732倍，且持久不變；非金屬性接地，接地相電壓不為零而是降低為某一數(shù)值，其他兩相升高不到1.732倍。

諧振原因 隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，非線性電力負(fù)荷大量增加，某些負(fù)荷不僅產(chǎn)生諧波，還引起供電電壓波動與閃變，甚至引起三相電壓不平衡。

諧振引起三相電壓不平衡有兩種：

一種是基頻諧振，特征類似于單相接地，即一相電壓降低，另兩相電壓升高，查找故障原因時(shí)不易找到故障點(diǎn)，此時(shí)可檢查特殊用戶，若不是接地原因，可能就是諧振引起的。

另一種是分頻諧振或高頻諧振，特征是三相電壓同時(shí)升高。

另外，還要注意，空投母線切除部分線路或單相接地故障消失時(shí)，如出現(xiàn)接地信號，且一相、兩相或三相電壓超過線電壓，電壓表指針打到頭，并同時(shí)緩慢移動，或三相電壓輪流升高超過線電壓，遇到這種情況，一般均屬諧振引起。

三相不平衡的危害和影響：

對變壓器的危害。在生產(chǎn)、生活用電中，三相負(fù)載不平衡時(shí)，使變壓器處于不對稱運(yùn)行狀態(tài)。造成變壓器的損耗增大（包括空載損耗和負(fù)載損耗）。根據(jù)變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，在運(yùn)行中的變壓器中性線電流不得超過變壓器低壓側(cè)額定電流的25%。此外，三相負(fù)載不平衡運(yùn)行會造成變壓器零序電流過大，局部金屬件升溫增高，甚至?xí)?dǎo)致變壓器燒毀。

對用電設(shè)備的影響。三相電壓不平衡的發(fā)生將導(dǎo)致達(dá)到數(shù)倍電流不平衡的發(fā)生。誘導(dǎo)電動機(jī)中逆扭矩增加，從而使電動機(jī)的溫度上升，效率下降，能耗增加，發(fā)生震動，輸出虧耗等影響。各相之間的不平衡會導(dǎo)致用電設(shè)備使用壽命縮短，加速設(shè)備部件更換頻率，增加設(shè)備維護(hù)的成本。斷路器允許電流的余量減少，當(dāng)負(fù)載變更或交替時(shí)容易發(fā)生超載、短路現(xiàn)象。中性線中流入過大的不平衡電流，導(dǎo)致中性線增粗。

對線損的影響。三相四線制結(jié)線方式，當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)線損最小；當(dāng)一相負(fù)荷重，兩相負(fù)荷輕的情況下線損增量較??；當(dāng)一相負(fù)荷重，一相負(fù)荷輕，而第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷的情況下線損增量較大；當(dāng)一相負(fù)荷輕，兩相負(fù)荷重的情況下線損增量最大。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，無論何種負(fù)荷分配情況，電流不平衡度越大，線損增量也越大。

三相不平衡的危害及解決辦法：

一、三相電壓或電流不平衡等因素產(chǎn)生的主要危害：

1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)在不對稱狀態(tài)下運(yùn)行，會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加損耗及發(fā)熱，從而引起電機(jī)整體或局部升溫，此外反向磁場產(chǎn)生附加力矩會使電機(jī)出現(xiàn)振動。

對發(fā)電機(jī)而言，在定子中還會形成一系列高次諧波。

2、引起以負(fù)序分量為啟動元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動作，直接威脅電網(wǎng)運(yùn)行。

3、不平衡電壓使硅整流設(shè)備出現(xiàn)非特征性諧波。

4、對發(fā)電機(jī)、變壓器而言，當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，如控制最大相電流為額定值，則其余兩相就不能滿載，因而設(shè)備利用率下降，反之如要維持額定容量，將會造成負(fù)荷較大的一相過負(fù)荷，而且還會出現(xiàn)磁路不平衡致使波形畸變，設(shè)備附加損耗增加等。

二、由不對稱負(fù)荷引起的電網(wǎng)三相電壓不平衡可以采取的解決辦法：

1、將不對稱負(fù)荷分散接在不同的供電點(diǎn)，以減少集中連接造成不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)的問題。

2、使用交叉換相等辦法使不對稱負(fù)荷合理分配到各相，盡量使其平衡化。

3、加大負(fù)荷接入點(diǎn)的短路容量，如改變網(wǎng)絡(luò)或提高供電電壓級別提高系統(tǒng)承受不平衡負(fù)荷的能力。

解決三相負(fù)荷不平衡的幾點(diǎn)措施：

一、重視低壓配電網(wǎng)的規(guī)劃工作，加強(qiáng)與地方政府規(guī)劃等部門的工作溝通，避免配電網(wǎng)建設(shè)無序，尤其避免在低壓配電網(wǎng)中出現(xiàn)頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳的局面，在配電網(wǎng)建設(shè)和改造當(dāng)中對低壓臺區(qū)進(jìn)行合理的分區(qū)分片供電，配變布點(diǎn)盡量接近負(fù)荷中心，避免扇型供電和迂回供電，配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要遵循“小容量、多布點(diǎn)、短半徑”的配變選址原則。

二、在對采用低壓三相四線制供電的地區(qū)，要積極爭取對有條件的配電臺區(qū)采用3芯或者4芯電纜或者用低壓集束導(dǎo)線供電至用戶端，這樣可以在低壓線路施工中最大程度的避免三相負(fù)荷出現(xiàn)偏相的出現(xiàn)，同時(shí)要做好低壓裝表工作，單相電表在A、B、C三相的分布盡量均勻，避免出現(xiàn)單相電只掛接在一相或者兩相上，在線路末端造成負(fù)荷偏相。

三、在低壓配電網(wǎng)零線采用多點(diǎn)接地，降低零線電能損耗。目前由于三相負(fù)荷的分布不平衡，導(dǎo)致了零線出現(xiàn)電流，按照規(guī)程要求零線電流不得超過相線電流的25%，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于零線導(dǎo)線截面較細(xì)，電阻值較相同長度的相線大，零線電流過大在導(dǎo)線上也會造成一定比例的電能損耗，所以建議在低壓配電網(wǎng)公用主零線采用多點(diǎn)接地，降低零線電能損耗，避免因?yàn)樨?fù)荷不平衡出現(xiàn)的零線電流產(chǎn)生的電壓嚴(yán)重危及人身安全，而且通過多點(diǎn)接地，減低了因?yàn)榘l(fā)熱等原因造成的零線斷股斷線，使得用戶使用的相電壓升高，損壞家用電器。此外對于零線損耗問題，在目前一般低壓電纜中，零線的截面為相線的1/2，電阻值大造成了在三相負(fù)荷不平衡時(shí)，零線損耗加大，為此可以考慮到適當(dāng)增大零線的導(dǎo)線截面，例如采用五芯電纜，每相用一個(gè)芯線而零線則用兩個(gè)芯線。

四、對單相負(fù)荷占較大比重的供電地區(qū)積極推廣單相變供電。目前在城市居民小區(qū)內(nèi)大部分的負(fù)載電器是采用單相電，由于線路負(fù)荷大多為動力、照明混載，而電氣設(shè)備使用的同時(shí)率較低，這樣使得低壓三相負(fù)荷在實(shí)際運(yùn)行中的不平衡的幅度更大。另外從目前農(nóng)村的生活用電情況看，在很多欠發(fā)達(dá)和不發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村存在著人均用電量小，居住分散，供電線路長等問題，對這些地區(qū)可以考慮到對于用戶較分散、用電負(fù)荷主要以照明為主、負(fù)荷不大的情況，采用采用單相變壓器供電的方式，以達(dá)減少損耗和建設(shè)資金的目的。目前單相變壓器損耗比同容量三相變壓器減少15％～20％，有的廠家生產(chǎn)的單相變在低壓側(cè)可以引出380V和220V兩種電壓等級，同時(shí)在一些地區(qū)也已開展利用多臺單相變向三相負(fù)荷供電的試點(diǎn)，為使用單相變供電提供了更加廣闊的空間。

五、積極開展變壓器負(fù)荷實(shí)際測量和調(diào)整工作。配變的負(fù)荷實(shí)測工作看似簡單，但是在實(shí)際工作中有幾點(diǎn)需要注意，一是實(shí)測工作不能簡單地測量配變低壓側(cè)Ａ、B、C三相引出線的相電流，而且要測量零線上的電流，或者是測量零線（排）對地電壓，從而可以更好地比較出三相負(fù)荷的不平衡情況，二是實(shí)測工作要向低壓配電線路的末端和分支端延伸，這樣可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)不平衡負(fù)荷的出現(xiàn)地點(diǎn)，確定調(diào)荷點(diǎn)，三是負(fù)荷實(shí)測工作既要定期開展也要不定期開展，尤其是在大的用戶負(fù)荷投運(yùn)和在高峰負(fù)荷期間，要增加實(shí)測的次數(shù)，通過及時(shí)的測量配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流，便于準(zhǔn)確地了解設(shè)備的運(yùn)行情況，做好負(fù)荷的均衡合理分配。

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