三相不（bú）平（píng）衡的判斷方法和處理對策

三相不平衡是（shì）電（diàn）能質量的重要指標。雖然影響電力係統的因素很多，但正常的不平衡大多是由於三相分量、線路參數或負荷的不（bú）對稱。由於三相（xiàng）負荷的因（yīn）素不（bú）確定，供電點的三（sān）相電壓、電流容易不平衡，造成線損。不僅如此，還（hái）會對供電點的電機產生不良影（yǐng）響，危及電機的（de）正常運行。因此，如果三相不平衡超（chāo）過（guò）配電網所能承受的範圍（wéi），整個電力係（xì）統的安全運行就會受到影響。

(1)三相不平衡的基本概（gài）念

三相不平衡是指電力係統中三相（xiàng）電流(或電壓)的（de）幅值不一致（zhì），幅（fú）值差超過規定（dìng）範圍。由於各（gè）相電源負載不平衡，屬（shǔ）於基（jī）波（bō）負載分配問題。三相不平衡的發（fā）生與用戶的負荷特性有關，也與電力係統規劃和負荷分配有關。在電網係（xì）統（tǒng）中，三（sān）相（xiàng）平衡主要是指三相的電壓相量大小相等，如果（guǒ）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（liàng）大小（xiǎo）和角度不一致（zhì）。《電能質量三相電壓允許（xǔ）不平衡（héng）度》(GB/T15543-1995)適用於額定交流頻率為50 Hz。在電力係統（tǒng）正常運行方式下，由於負序（xù）分量，PCC連接點的電壓不平衡。根據該標準，正常運行方（fāng）式下電力係統公共（gòng）耦合點的不（bú）平（píng）衡度允許值為2%，短時（shí）間內不（bú）得超過4%。

三相電流（liú）不平衡的計算方法一般有以下兩（liǎng）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（héng）%=(最大相電流-三相（xiàng）平（píng）均（jun1）電流)/三相平（píng）均電流（liú）× 100%

例如:

三相電流為IA=9A IB=8A IC=4A，那（nà）麽三（sān）相平均（jun1）電流為（wéi）7A，相電流-三相平均電流為2A13A，取（qǔ）兩者中最大的，所（suǒ）以MAX(相電流（liú）-三相平均電流)=3A，所（suǒ）以三相（xiàng）電（diàn）流不平衡=3/7。

(2)三相不平衡的原（yuán）因（yīn）是什麽？

三相電（diàn）壓不平衡的（de）原因很多，如單相接地、斷線（xiàn）諧（xié）振等。隻有正確區分它們，運營經理才能快速處理它（tā）們。

1.斷開故障

如果一相（xiàng）斷開但未接地，或（huò）者斷路器和隔離開關的一相未連接，電壓互感（gǎn）器的保險絲熔斷，都會造成三相參數的不對稱。當（dāng）前一（yī）個電壓等級線路（lù）的一相斷開時，下一個電壓等級的電壓顯示三相都降低，其中一相較（jiào）低，另（lìng）外兩相較高，但電壓值接近。當這一級別的線路斷（duàn）開時，斷開相（xiàng）的電壓為零，未斷開相（xiàng）的電（diàn）壓仍（réng）為相電壓。

2.接（jiē）地故障

當線路一（yī）相斷開，一相接（jiē）地時，雖然三相電壓不平衡（héng），但接地後電（diàn）壓值不變。單相（xiàng）接地可分為金屬接地（dì）和非金屬接地。金屬接（jiē）地，故障（zhàng）相電壓為零（líng）或接（jiē）近（jìn）零，非故障相電（diàn）壓增加1.732倍，並長期保持（chí）不變；非金屬接地，接地相電壓不為零但降低到一（yī）定值，其他兩相增加不到1.732倍。

3.共振的原因

隨著工（gōng）業的快速發展，非線性電力負荷大（dà）量增加，有些（xiē）負荷不僅產生諧波，還會引起供電電壓（yā）的波動和閃變（biàn），甚至引起三相電壓不平衡（héng）。

諧振引（yǐn）起的三相（xiàng）電壓不平衡有兩種:

1)基頻（pín）共振

基頻類似於單相接地，即一相電壓（yā）降低，另兩相電壓升高。查找故障原因（yīn）時，很難找到故障點。這時可以（yǐ）勾（gōu）選特殊用戶。如果不是接（jiē）地原因，可能是共振引（yǐn）起的（de）。

2)分頻諧振

另一種是分頻諧振或高頻諧振，特點是三（sān）相電壓同時上升。

另外需（xū）要注意的是（shì），空（kōng）投（tóu）母線部分線路斷電或單相接地故障消失時，如果有接地信號，且一相、兩相或三相電（diàn）壓超（chāo）過線電壓，電（diàn）壓（yā）表指針（zhēn）撞頭同時緩慢移動，或三相電（diàn）壓依次上（shàng）升（shēng）超過線電壓，這種（zhǒng）情況一般是諧振引起的。

4.三相負荷分配不合理

很（hěn）多裝（zhuāng）表接電的工人並沒有三相負荷平衡的專業（yè）知識，所以在（zài）接電（diàn）的時候並沒有注意（yì）控製三相負荷平衡，而是盲（máng）目隨意的為電路裝表，很大程度上造成了三相負荷的不平衡。其次，我國大部分線路都是動力和照（zhào）明混合使用，所以在使用單相用（yòng）電設備時，用電效率會（huì）降低，這種差異進一步加劇了配（pèi）電變壓器三（sān）相負荷的不平衡。

5.不斷變（biàn）化的電力負荷

電（diàn）力負荷不穩定的原因包括頻繁的拆（chāi）遷、移（yí）表或地二用電用戶增加（jiā）；臨時用電和季節性用（yòng）電的不穩定性。這種總量和時間上的不確定性和不集中性，使得（dé）用電負荷不得不隨實際情況而變化。

6.配電變壓器負荷監控的（de）弱化。

在配（pèi）電網管理中，三相負荷分配中的（de）管理問題往往被忽視。在配電（diàn）網檢測中，對配電變壓器的三相負荷不（bú）定期進行檢測和調整。此外，造成三相不平衡的因素很多，如線路的（de）影響和三相負載力（lì）矩的非相位。

(3)三相不平衡的危害有哪些？

1.增加線（xiàn）路的（de）功率損耗。

在三相四線供（gòng）電網絡中，當（dāng）電流通過線路導體時，電能會因（yīn）阻抗而損耗，損耗與（yǔ）通（tōng）過電流的平方成正比。低壓（yā）電網采用三相四（sì）線製供（gòng）電時，由於單相（xiàng）負荷的存在，不可避免地會出現三相負荷（hé）不平衡的情況。三相負載不（bú）平衡運行時，中性（xìng）線會有電流流過。這樣不僅相線損失，中性線（xiàn）也損失（shī），增加了電網線路的損耗。

2.增加配電變壓器的功率損（sǔn）耗（hào）。

配電變壓器是低壓電網的主要供（gòng）電設備。當它在三相不平衡負載下運行時，會引起配電變壓器損耗的增加。因為配電（diàn）變壓器的功率損耗（hào）隨著負載的不平衡而變化。

3.配電變壓器的輸（shū）出減少。

配電（diàn）變壓（yā）器設計（jì）時，其繞組（zǔ）結構按負荷平衡運行工況設計，繞組性能基本相同，各（gè）相額定容量相等。配電變壓器（qì）的最大允許輸出受到每相額定容量的限製。如果配電變壓（yā）器在三相（xiàng）負載不平衡的情況下（xià）運（yùn）行（háng），輕載相將有剩餘（yú）容量，從而降低配電（diàn）變壓器的輸出（chū）。出力降低的程度與三相負載不平衡有關。三相負荷不平衡越大，配電（diàn）變壓器的輸出減少越多（duō）。所以配電變壓（yā）器在三相負載不平衡運行時，其輸出容（róng）量達不到額定值，備用容量相應減（jiǎn）少，過載能力也隨之減少。如果配電變壓器在過載情況下運行，很（hěn）容易造（zào）成配電（diàn）變壓器發熱，嚴重時甚至會造成配電變壓器燒（shāo）毀。

4.配電（diàn）變壓器產生零序電流。

變壓器在（zài）三相不平衡負荷下運行（háng）時，會產生零序電流，零序電流隨三相負荷不平衡的程度（dù）而變化。不平（píng）衡（héng）越大，零序電流越（yuè）大。如果運行的配電變壓器（qì）中有零序電流（liú），其鐵芯中就會產（chǎn）生零序磁（cí）通。(高（gāo）壓側無零序電流)，迫使零序磁通隻能通過罐壁和鋼構件，而鋼構件的磁導率較低。零序電流通過鋼構件時，會產生磁（cí）滯和渦流損耗，導致配（pèi）電變壓器鋼（gāng）構件局部溫度升高而發熱。配電變壓器的繞組絕緣因過熱而加速老化，導致設備壽命降低。同時，零序電流的存儲也會增加配電變壓器的損（sǔn）耗。

5、影響電氣設備的安全運行。

配電變壓器按三相負荷平衡運行工況設（shè）計，各相繞組（zǔ）的電阻（zǔ）、漏抗、勵磁阻抗基本相同。配電變壓器在三相負荷平衡運行時，其三相電流基本（běn）相等，配電變壓器內部各相壓（yā）降基本相同，那麽配電變壓器輸出的三相電（diàn）壓也（yě）是平衡的。如果配電變壓器在三相負荷不平衡時（shí）運行，每相輸出電流（liú）不相等，配電變壓（yā）器內部三相壓降不相等，必然導致配電變壓（yā）器輸出電壓（yā）三相不平衡。

同時配電（diàn）變壓器在三相負載不平衡時運行，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，導致中性點漂移，各（gè）相相電（diàn）壓會發生變化。重相的電壓（yā）降低，而輕相（xiàng）的電壓升高。在不平衡（héng）電壓下供（gòng）電時，容易燒壞高壓接地帶的用戶用電設備，而低壓接地帶（dài）的用（yòng）戶用電設備可能無法使用。因此，三相（xiàng）負荷不平衡運行（háng）會（huì）嚴重危（wēi）及電氣設（shè）備的安全運行（háng）。

6.電機效率降低。

當變壓（yā）器在三（sān）相負（fù）載不平衡的情況下運行時，會引起（qǐ）三（sān）相輸出電（diàn）壓不平衡。由於不平衡電壓有正序、負序、零序三（sān）個電壓分量，當不平衡（héng）電壓輸入電機時，負序電壓產生（shēng）的旋轉磁（cí）場與正序電壓產生的旋（xuán）轉磁場相反，起到製動作用（yòng）。但（dàn）由於正序磁場比負序磁場強（qiáng）得多，所以電機仍按正序磁場方向旋轉（zhuǎn）。但由於（yú）負序磁場的製動作用，會降低電機的輸出功率，導致電機效率降低。同時，電機的溫升和無功損耗也會隨著三相電壓的不平衡而增加。所以電機在三相電壓不平（píng）衡的情況下運（yùn）行是非常不經濟和不安全的。

(4)如何（hé）改善三相不平衡？

01

注意三相負荷的合理分配。

在三相負荷分（fèn）配（pèi）問題上，電力工作（zuò）者在實際工作中要認（rèn）真收集和記（jì）錄相（xiàng）關數據，達到（dào）一定程度（dù）上（shàng）能夠預測電力負荷的狀態。其次，安裝平衡裝置可以實現更好的三相平衡的分配問題。

在一些采（cǎi）用低壓三相四線製的地方，可以加裝調節（jiē）不平（píng）衡電流的無功補償裝置（zhì），解決電網中不平衡電流現象造成的各種後果。這種裝置不僅可以補償係統（tǒng）的無功功率，還可以調節不平（píng）衡有功電流的影響。另外，根據實際情（qíng）況中負載力矩的不同，接線方式的適當調整對三相（xiàng）負載的合（hé）理分配也有一定的影響。

02

根據不平（píng）衡電流電納的補（bǔ）償原理，在（zài）任意確定的時刻，主要有三相不接（jiē）地的（de）不平衡負載（zǎi），所以每一個都可以並聯同一個電阻和（hé）電容。因此，在不平衡電流治理補償理論的指導下（xià），可以分析不（bú）同性質的（de）等效性，確定相間（jiān）和相對地之間的無功補償。

當配電（diàn）變壓器需要補償不平衡（héng）電流時，應滿足以下原則:

第一，需要（yào）注意的是，電流管理要有兩個內容，一是補償功率因數（shù），二是調（diào）整三相電流的不平衡（héng），共同決定補償所需的（de）無功功率；

第二，在實際工程建（jiàn）設中（zhōng），應采用全容性治理方式，區別（bié）於感性補償，避免嚴重的過補償。

第三點是考慮負載會隨時間變化。基於這一特性，補償（cháng）量也應根據負載的變化進（jìn）行適（shì）當調整。

第四點（diǎn）是裝（zhuāng）置開關和補償（cháng）設備的（de）切換次數的限製，在設（shè）計（jì）時應戰略性地管理全天（tiān）優化方案。總之，在設定比例調節係統（tǒng）的量時，既要考慮功率因數限製，又要考慮過補償限製。

03

增加三相負載的檢測和調整（zhěng）。

還需要（yào）設（shè）置三相負載的定期檢查工作。對三相符合（hé）性（xìng）進行合理分配和控製後，相關部門應設立檢測（cè）工（gōng）作。電力的平衡不可能（néng）是絕對的，隻能是（shì）盡可能的相對平衡。在實際檢測工作中，各部門要以國家和有關部（bù）門製定（dìng）的平衡測量（liàng）指標為標準，對（duì）檢測結果進行專業的記錄和分（fèn）析（xī），並定期檢測各相負（fù）載電流，以便及時發（fā）現一些（xiē）三相不平衡現象（xiàng）。

測試過程（chéng）中（zhōng）發現安全隱患時，應及時調整和修改。對於檢測過程中沒有發（fā）現問題的部分，也要（yào）完善警示。檢測結束後，不僅要整理分析數據，還要及時反饋。這裏的反饋主要（yào）是指根據測試（shì）結果推斷的三個階段的調整，以及新技術在三個階（jiē）段應用的可能性預測。通過合理的檢測和對檢測結（jié）果的深入分析，可（kě）以最大程度的避（bì）免（miǎn）不平衡現象，減（jiǎn）少用電事故的發（fā）生。