配电网三相不平衡常见原因分析

杨磊　刘天纵　张兆娴　张翠

摘 要： 随着用电需求不断增加，对配电网的要求也越来越高。不仅要保证供电可靠性，还要保证电能质量。然而，在实际运行中，由于多种原因，可能造成配电台区发生严重三相不平衡，威胁配电网安全经济运行。因此，对造成三相不平衡原因进行归纳分析十分重要。本文阐述了三相不平衡的概念和实际应用中对三相不平衡台区的判定，总结了三相不平衡的四个主要危害，并对遇到的超过100个三相不平衡台区进行重点分析，归纳了产生三相不平衡的四个主要原因，为三相不平衡台区原因查找及治理提供参考。

关键词：配电网；配电变压器；三相不平衡

当前，配电网结构复杂，电力用户的用电类型也多种多样，由于负荷类型不同、用電时间不同等多种原因，可能导致配电变压器台区出现严重的三相不平衡。随着用户对电能质量的要求不断提高，配电网三相不平衡问题日益突出。在配电台区中，理想状态是使负荷平均地分配到A、B、C三相上并运行于三相平衡状态，但实际中很难做到。实际负荷多以单相负荷、单-三相负荷混合形式存在，某些地区单相负荷占比大，所以会产生三相不平衡，严重的三相不平衡状态会对供电质量造成影响，本文主要对实际中遇到的超过100个三相不平衡台区的产生原因进行归纳分析，总结了四个主要原因。

一、三相不平衡概念

三相不平衡是电能质量的指标之一，分为三相电压不衡和三相电流不平衡。对于三相电压不平衡，国标GB15543-2008《电能质量三相电压不平衡》对电压不平衡的定义为，三相电压在幅值上不同或相位差不是120度，或兼而有之[ 1 ]。且规定电力系统公共连接点电压不平衡度限值为负序电压不平衡度允许值不超过2%，短时不超过4%。

在实际中，还常用到三相电流不平衡的概念，三相电流不平衡与三相电压不平衡类似，引入三相电流不平衡度来表示不平衡程度大小，国网公司PMS2.0监测系统中将其定义为：

三相不平衡度=（最大相电流-最小相电流）/最大相电流*100%，

根据上述定义，如果某台区三相不平衡度大于25%且负载率大于60%，持续时间在2小时以上，就认为该台区三相不平衡。图1为某个三相不平衡台区24小时电流波形。

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图1 三相不平衡台区某天电流波形

二、三相不平衡的危害

三相不平衡主要有以下四方面的危害[ 2 ]：

一是导致线路损耗增加。三相四线制供电网络运行于三相不平衡状态时，中性线有电流流过，增加了网络损耗，不平衡度越大，线损越大。

二是导致变压器损耗增加。配电变压器运行于不平衡状态时，有零序电流产生，零序电流产生零序磁通，它使变压器发热加剧，绝缘老化加速，寿命缩短。此外，还会降低变压器出力，不利于经济运行。

三是造成低电压，还可能影响用电安全。三相负载不平衡导致三相电流不平衡，三相电流不平衡进一步导致变压器内部三相压降不等，负载重的一相电压降低造成低电压，负载轻的一相电压升高有可能造成电器设备损坏，产生事故，降低供电可靠性。

四是电动机效率降低。由于三相不平衡产生负序磁场导致电动机输出功率减少，同时其增加温升，既不经济也不安全。

三、三相不平衡常见原因分析

现对工作中遇到的超过100个三相不平衡台区进行分析，整体情况如图2所示。负荷分配不均是造成三相不平衡的主要因素，占比最大，为79.2%，其他因素合计约占总数的五分之一，下面分别对四种主要原因进行分析。

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图2 三相不平衡达原因分类和占比

（一）负荷分配不均导致三相不平衡

负荷分配不均导致三相不平衡是最常见的原因，指负荷未被平均分配到A、B、C三相上造成的三相不平衡。装表接电人员在进行负荷接入时没有综合考虑最终结果，接线时负荷分配具有随意性，导致三相不衡。这种情况三相电流曲线往往表现为A、B、C相中某相电流总是高于其他两相的电流曲线。出现这种情况时，可以通过重新分配负荷的方法来调节，即通过计算将电流曲线高的相上的负荷合理转移到其他两相上。

（二）用电负荷随机变化无法预测导致三相不平衡

居民负荷往往以单相负荷为主，即使平均分配了A、B、C三相负荷，实际中也很难保证接于三相的电气设备同时开启或退出。例如，接于A相的居民用户晚上开启大量电器与此同时接于B相的用户因外出屋内电器全部关闭，即用电时间不同。实际中这种规律性不强的负荷以商业负荷居多，如饭店、娱乐场所等，负荷大小和用电时间均不同。这种情况下负荷随机性波动，不能预测，且从三相电流曲线上看，有时A相电流大，有时B相大，有时C相大，规律性不强，曲线交叉重叠，这种情况无法通过调整负荷来解决，一般加装自动调节装置解决[ 3-4 ]。

（三）大功率负荷导致三相不平衡

随着电力设备种类越来越多及其应用越来越广泛，居民或商业场所装设的大功率设备逐渐增加，这些设备的开启或关闭时段没有规律。当这些设备打开时，就会破坏三相平衡状态，当关闭时又回到平衡状态。此外，用户还可能根据自己的需要增加大功率负荷，这种情况不可控。所以，大功率设备的突然开启或不可控增加也是造成三相不平衡的原因之一。

（四）外力因素导致三相不平衡

外力因素也会造成配电网三相不平衡，这类原因所占比例较小，主要包括以下几个方面：

一是采集装置和计量问题造成，采集数据显示不平衡度增加然而经现场实测电压、电流均正常，这种情况可能是采集装置接线不牢等原因造成。

二是窃电造成，应加强整治违规用电力度，做好用电宣传。

三是季节性因素和临时用电影响，如冬季电采暖、夏季空调及农业等负荷。

四是其他外力因素，如发生断线故障，或拆迁片区，等等。

四、总结

综上，三相不平衡既会影响配电网的经济运行，又会影响供电质量。本文阐述了三相不平衡的概念和实际中对三相不平衡台区的判定，然后说明了三相不平衡的危害，并重点分析了产生三相不平衡的四个主要原因：

一是负荷分配不均导致三相不平衡；

二是用电负荷随机变化无法预测导致三相不平衡；

三是大功率负荷导致三相不平衡；

四是外力因素导致三相不平衡。

本文的结论为三相不平衡台区原因快速查找及治理提供了重要参考。

参考文献：

[1] 电能质量.三相电压不平衡[S]. GB15543-2008.

[2] 高僮，刘大勇，郭莉，等.长春地区配电网三相不平衡现状[J].长春工程学院学报，2014，15（4）.

[3] 王志伟.低压配电网三相不平衡监测装置的设计与实现.太原理工大学硕士论文[D].2015.

[4] 方恒福，盛万兴，王金丽，等.配电台区三相不平衡实时在线治理方法研究[J].中国电机工程学报，2015，35（9）.

作者简介：

杨磊（1987-），男，国网天津电力科学研究院设备状态评价中心，工程师，长期从事配电网及变压器专业相关工作。