低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷平衡與電壓質(zhì)量

張弘廷 宋炳銀 代高杰

摘 要：結(jié)合當(dāng)前城鄉(xiāng)公用配電臺區(qū)實際情況，進(jìn)行定量和定性分析，證實低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡，對電壓質(zhì)量有重大影響，應(yīng)引起我們的高度關(guān)注。三相負(fù)荷平衡可有效地提升電壓合格率，提高電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：低壓電網(wǎng) 單相負(fù)載 三相負(fù)荷不平衡 電壓合格率 電能質(zhì)量

中圖分類號：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0034-02

電能質(zhì)量主要看電壓質(zhì)量，即供電電壓是否合格。保證電壓質(zhì)量，是供電人的責(zé)任和義務(wù)，是用電人的希冀和盼望。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷平衡對提升電壓質(zhì)量的作用如何，以前鮮有涉及，故有必要進(jìn)行研討。

1 當(dāng)前城鄉(xiāng)典型公用配電臺區(qū)供電電流的分配

為了更形象地說明問題，我們模擬當(dāng)前城鄉(xiāng)實際供用電情況，用數(shù)據(jù)來示例。設(shè)某公用配電臺區(qū)，配電變壓器100 kVA，其額定電流144 A。低壓電網(wǎng)負(fù)載有：三相動力負(fù)載10 kW，照明等單相負(fù)載70 kW，基本匹配。

三相動力負(fù)荷電流，根據(jù)P=√3UICOSφ，沒搞無功補(bǔ)償則系自然功率因數(shù)，設(shè)COSφ=0.7

I=P/（√3UCOSφ）=10/（√3×0.38×0.7）=21.71（A）

單相負(fù)荷電流，設(shè)單相負(fù)載全為電阻性，COSφ=1

當(dāng)單相負(fù)載分配最偏（即全部接到一相上）時，I=P/U=70/0.22=318.18（A）

單相負(fù)載在三相上均衡分配時，每相電流I= 318.18/3=106.06A

由以上數(shù)據(jù)，得出：

（1）單相負(fù)載分配最偏時，該相線電流為感性電流21.71 A和阻性電流318.18 A的相量和，經(jīng)計算為333.88（A），其他相線電流為21.71 A，中性線電流為318.18 A。

（2）單相負(fù)載平均分配到兩相上時，該兩相線電流為感性電流21.71A和阻性電流（318.18/2）A的相量和，經(jīng)計算為175.11（A），另一相線電流為21.71 A，中性線電流為159.09 A。

（3）單相負(fù)載在三相上均衡分配時，各相線電流均為感性電流21.71A和阻性電流106.06 A的相量和，經(jīng)計算為122.38（A），接近并小于配電變壓器的額定電流，中性線電流為0[1]。

把這3組數(shù)據(jù)取整數(shù)標(biāo)在同一線路圖上，見圖1所示，以直觀地對比。

2 三相負(fù)荷平衡降低線路電壓降、提高電壓合格率分析

國標(biāo)規(guī)定線路末端電壓偏差（電壓降）：三相不得大于±7%，單相不得大于+7%、-10%，即單相198～235.4 V為合格，三相353.4～406.6 V為合格。

線路電壓降ΔU=IR，設(shè)供電線路每根導(dǎo)線的電阻僅0.1Ω，則：

（1）單相負(fù)載分配最偏時，線路末端電壓為220-（334×0.1+318×0.1）=154.80（V），嚴(yán)重不合格，造成嚴(yán)重的“低電壓”問題。

（2）單相負(fù)載平均分配到兩相上時，線路末端電壓為220-（175×0.1+159×0.1）=186.60（V），不合格，偏低。

（3）單相負(fù)載在三相上均衡分配時，線路末端電壓為220-（122×0.1）=207.8（V），線路上從頭到尾的所有用戶，都使用合格電壓，電壓質(zhì)量極好。

從以上分析可看出，單相負(fù)載在三相上是否均衡分配，對電壓質(zhì)量有重大影響。上面分析的雖是極端情況，但①三相負(fù)荷不平衡在城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)中不同程度的存在，有的可能很嚴(yán)重，在用電高峰（因家用電器數(shù)量大）可能非常嚴(yán)重，應(yīng)引起我們的高度關(guān)注；②指出了我們的工作方向。

一般低壓電網(wǎng)，三相上負(fù)載都有，但分配不平衡，則中性點發(fā)生位移，造成三相電壓不對稱，三相中哪相負(fù)荷大，哪相電壓就降低，而負(fù)荷小的相電壓升高。

對單相用戶來說，接在重負(fù)荷相的，電壓偏低，電燈不亮（以現(xiàn)在仍大量使用的白熾燈為例：當(dāng)端電壓降低5%時，其光通量將減少18%，照度降低），電器效能降低，有的不能正常工作，小水泵易燒毀；而接在輕負(fù)荷相的單相用戶，電壓偏高，縮短電器使用壽命（還以白熾燈為例：電壓升高5%，燈泡壽命將減少30%；電壓升高10%，壽命減少一半，燈泡消耗量將劇增），特殊情況下（如配電變壓器分接開關(guān)放在最高檔、系統(tǒng)電壓波動升高、用電低谷時段）電壓過高還可能造成電器絕緣擊穿，元件燒毀，損壞電器。

對動力用戶來說，三相電壓不平衡，影響電動機(jī)的輸出功率，并引起電動機(jī)過熱。三相電壓不平衡時，在異步電動機(jī)定子中便產(chǎn)生一個逆序旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)在順逆兩序磁場的作用下運(yùn)行，由于順序旋轉(zhuǎn)磁場比逆序旋轉(zhuǎn)磁場大，故電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向仍與順序方向相同。逆序磁場的存在，產(chǎn)生了較大的逆序方向的制動力矩，使電動機(jī)輸出功率減小。又由于轉(zhuǎn)子阻抗小，產(chǎn)生的逆序電流大，使繞組溫度升高，減小了電動機(jī)的使用壽命[2]。

3 城鄉(xiāng)典型公用配電臺區(qū)參數(shù)分析

上述城鄉(xiāng)典型公用配電臺區(qū)參數(shù)選得如何，是否偏頗？下面進(jìn)行分析。

（1）100 kVA的配電變壓器在城鄉(xiāng)公用電網(wǎng)用的較多，有代表性。

（2）近年來，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民群眾生活水平迅速提高，尤其是電網(wǎng)改造完成及“同網(wǎng)同價”實施后，家庭用電除照明燈具、電腦和傳統(tǒng)電器（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）增多外，大量的中高檔、大功率的家用電器進(jìn)入尋常百姓家，例如電磁灶、電飯煲、電水壺、微波爐、電熱水器、電取暖器、空調(diào)、小水泵等，單臺容量大多數(shù)在800～2000 W，都是采用單相（220 V）電源。

城鄉(xiāng)用電高峰除了傳統(tǒng)的晚間燈峰（時間延長）外，還增加了白天3次做飯用電高峰。

單相負(fù)載取70 kW，相當(dāng)于100 kVA的配電變壓器供70戶、每戶1 kW，符合一般情況。其中每戶按1 kW，這個數(shù)值高于用電低谷，但遠(yuǎn)低于用電高峰，屬中等水平。這樣的參數(shù)不偏頗，能說明問題。

（3）隨著大量家用電器進(jìn)入家庭，造成單相負(fù)荷（電量）急劇增長。與此同時，由于農(nóng)村食品供應(yīng)逐漸趨于城市化，糧油及食品由工廠（自有配電變壓器）加工出售，造成農(nóng)村公用配電臺區(qū)三相動力負(fù)荷（電量）減少。目前發(fā)達(dá)地區(qū)城鄉(xiāng)的單相負(fù)荷已占到總用電負(fù)荷的90%以上，一般地區(qū)也達(dá)到70%以上，量變引起質(zhì)變，城鄉(xiāng)電力負(fù)荷性質(zhì)已悄悄地發(fā)生了質(zhì)的變化。因此取三相負(fù)載10kW、單相負(fù)載70 kW比較符合現(xiàn)狀。

（4）按電網(wǎng)改造標(biāo)準(zhǔn)：低壓線路供電半徑，一般不超過500～600 m；低壓線路所用鋼芯鋁絞線，原來為16～35 mm2，近年來因負(fù)荷急劇上升，已提升至50～120 mm2，按120 mm2，其電阻0.225 Ω/km；架空線路中盡量避免接頭，無法避免時同一檔內(nèi)每根導(dǎo)線只允許有一個接頭。因此，設(shè)供電線路每根導(dǎo)線的電阻為0.1 Ω，屬中等水平，不偏頗，能說明問題。

所以，城鄉(xiāng)典型公用配電臺區(qū)所取參數(shù)是適當(dāng)?shù)模溆嬎闳〉玫臄?shù)據(jù)接近實際情況。

4 結(jié)論

單相負(fù)載在三相上分配是否均衡，對電壓質(zhì)量有重大影響。當(dāng)前三相負(fù)荷不平衡在城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)中不同程度的存在，有的可能很嚴(yán)重，造成低電壓問題，應(yīng)引起我們的高度關(guān)注。實現(xiàn)三相負(fù)荷平衡，可有效地提高電壓合格率，使廣大人民群眾用上合格的電能。

參考文獻(xiàn)

[1] 張弘廷，張顥，楊潔.配網(wǎng)降損、用戶節(jié)電的金鑰匙——就地平衡降損法[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2] 翟世隆，李全中，黃德仁.供用電實用技術(shù)手冊[M].北京：中國水利電力出版社，1998.