三相負(fù)荷平衡全面提升中低壓配網(wǎng)技術(shù)性能

標(biāo)簽：低壓電網(wǎng) 單相負(fù)荷 三相負(fù)荷不平衡 安全供電 降低線損 調(diào)平三相負(fù)荷 中低壓配網(wǎng)技術(shù)性能 精確平衡系統(tǒng)

近年來，黨和bi政府加強“三農(nóng)”工作，推行家電下鄉(xiāng)，農(nóng)村經(jīng)濟飛速發(fā)展，農(nóng)民生活迅速提高，農(nóng)村家庭除照明燈具、電視機、DVD、電腦、電冰箱等中小功率電器增多外，大量的大功率家用電器進入尋常百姓家，例如電磁灶、微波爐、電飯煲、電水壺、電熱水器、電暖器、空調(diào)、小水泵等，單臺容量大多數(shù)在800～2000kW，都是采用單相(220V)電源，使單相負(fù)荷急劇增加;而農(nóng)村較大的農(nóng)副業(yè)加工戶大多自己安裝配電變壓器使用，使公用臺區(qū)三相動力負(fù)荷減少。據(jù)了解，現(xiàn)在一般農(nóng)村公用臺區(qū)單相負(fù)荷已占總負(fù)荷的90%左右，富裕地方達(dá)到95%以上，經(jīng)濟較差的農(nóng)村也占到70%左右。在單相負(fù)荷極大增長的情況下，若不注意三相負(fù)荷平衡，可能使低壓電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡度很大，對中低壓配網(wǎng)技術(shù)性能會產(chǎn)生哪些影響?下面作以分析。

一、 三相負(fù)荷不平衡對中低壓配網(wǎng)技術(shù)性能的影響

1.對配電變壓器的影響

(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行電壓基本不變，即空載損耗是一個恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運行負(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)荷不平衡運行時，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個數(shù)都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc　。

當(dāng)a=b=c時，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分別為變壓器二次側(cè)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，即三相負(fù)荷達(dá)到平衡時，變壓器的損耗最小。

取以上定性分析的兩極，進行定量分析，可以看得更清楚：

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

當(dāng)變壓器運行在最大不平衡時，即Ia=3I，Ib=Ic=0時，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡時的變損是平衡時的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)荷不平衡運行會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)荷不平衡運行下的變壓器，必然會產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流的存在，會在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些零序磁通就會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)計時不考慮這些金屬構(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)重時將導(dǎo)致變壓器運行事故。

2.對6～10kV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，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，高壓對應(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6～10kV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6～10kV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，同時變電站的開關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。

3.對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，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);

即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍，換句話說，若最大不平衡時每月?lián)p失1200 kWh，則平衡時只損失200 kWh，由此可知調(diào)整三相負(fù)荷的降損潛力。