三相电压不平衡度标准解析：变压器三相电压不平衡的危害、后果以及三相不平衡的解决办法

　　电力系统中三相电压不平衡主要是由负荷不平衡，系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐所引起的。由于系统阻抗不对称而引起的背景电压不平衡度，很少超过０．５％。一般架空电网的不平衡度或不平衡电压不超出０．５％～１．５％的范围，其中１％以上的情况往往是分段的架空电网，其换位是在变电所母线上实现的。电缆线路的不对称度等于零，因为无论是三芯电缆或单芯电缆，各相心线对接地包皮来说都处于对称的位置。

　　电力系统三相电压平衡的状况是电能质量的主要指标之一。三相电压不平衡过大（超过标准值２％）将导致一系列问题。国标《电能质量三相电压允许不平衡度》（ＧＢ／Ｔ１５５４３－１９９５）是针对电力系统正常工况而制定的。标准规定了三相电压不平衡的允许值及其计算、测量和取值方法等。这是控制电网不平衡度的主要依据，这种不平衡是由三相负荷不对称引起的。电气化铁路、交流电弧炉、电焊机和单相负荷等均是三相不对称负荷。

　　在中性点不接地系统（６、１０、３５ｋＶ）中，当消弧线圈调谐不当，和系统对地电容处于串联谐振状态时，会引起中性点电压过高，从而引起三相对地电压的严重不平衡。《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（ＤＬ／Ｔ６２０－１９９７）规定，中性点电压位移率应小于１５％相电压。需要指出，这种由零序电压引起的三相电压不平衡并不影响三相线电压的平衡性，因此不影响用户的正常供电，但对输电线、变压器、互感器、避雷器等设备的安全是威胁的，也必须加以控制。

　　三相电压不平衡度标准----关于电压不平衡度的允许值

　　国标《电能质量三相电压允许不平衡度》（ＧＢ／Ｔ１５５４３－１９９５）是电能质量系列标准之一。

　　现将标准的主要内容作些介绍。

　　该标准规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法。标准只适用于负序分量引起的不平衡场合，因为零序分量引起的不平衡基本上不影响旋转电机的正常运行，且国际上绝大多数有关不平衡的标准均是针对负序分量制定的。

　　此外，该标准只适用于电力系统正常运行方式下的电压不平衡。因此故障方式引起的不平衡（例如单相接地，两相短路故障等）不在考虑之列。由于电网中较严重的不平衡往往是由于单相或三相不平衡负荷所引起的，因此标准的衡量点选

　　在电网的公共连接点（ＰＣＣ），以便在保证其他用户正常用电的基础上，给干扰源用户以最大的限值。实际上一个大用户（例如：钢铁企业）内部有多个连接点，负序干扰源在内部连接点上引起的不平衡度一般大于在ＰＣＣ上引起的不平衡度。

　　标准规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为２％，短时不得超过４％。这是基于对重要用电设备（旋转电机）标准，电网电压不平衡度的实况调研，国外同类标准以及电磁兼容标准全面分析后选取的。

　　作为电能质量指标的电压不平衡度，在空间上和时间上均处于动态变化之中，从整体上表现出统计的特性，因此标准中规定用９５％概率大值作为衡量值。也就是说，标准中规定的“正常电压不平衡度允许值２％”是在测量时间９５％内的限值，而剩余５％时间可以超过２％。过大的“非正常值”时间虽短，也会对电网和用电设备造成有害的干扰，特别是对有负序起动元件的快速动作继电保护和自动装置，容易引起误动。因此标准中对最大的允许值作了“不得大于４％”的规定。

　　标准规定了对每个用户电压不平衡的一般限值为１．３％，这是参考了国外相关规定，并考虑到不平衡负荷是电网中少数特殊负荷而定的。但实际情况千差万别，因此，还规定“根据连接点的负荷状况，邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动。”

　　三相电压不平衡度标准----三相平衡化的基本原理

　　将不平衡三相系统变换成平衡的三相系统时，在变换设备中应该设有能够暂时储存电磁能量的电感线圈和电容器元件。最简单的例子为图1（a）所示的单相电阻负荷R形成的不平衡三相系统，在其他两相分别适配电感和电容的电抗，如图1（b）所示，即可构成平衡的三相系统。该平衡的三相系统的相量图如图2所示。

　　由此可见，采用平衡化电路可将不平衡的三相系统变换成平衡的三相系统。

　　变压器三相电压不平衡的危害

　　增加线路的电能损耗。在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。

　　增加配电变压器的电能损耗。配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

　　配变出力减少。配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。

　　配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。（高压侧没有零序电流）这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。

　　影响用电设备的安全运行。配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。

　　电动机效率降低。配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。

　　三相不平衡的解决办法

　　引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断；一、断线故障如果一相断线但未接地，或断路器、隔离；二、接地故障当线路一相断线并单相接地时，虽引起三；谐振原因随着工业的飞速发展，非线性电力负荷大量增；谐振引起三相电压不平衡有两种：；一种是基频谐振，特征类似于单相接地，即一相电压降；另一种是分频谐振或高频谐振。

　　①　针对配变平均负载率低于25%、电压波动过大的季节性“低电压”问题，可使用有载调容、调压配变；

　　②　新增台区配变在设计时充分考虑供电半径及负载大小、平衡分配；

　　③　对于出口电流不平衡度超过15%、负载率大于60%，且通过管理措施难于调整的配变台区，可加装三相不平衡自动调整装置来调整，尤其对于低电压谐波、电压闪变、无功补偿容量不足等多种因素导致“低电压”问题，可配置低压静止无功发生器（LBSVG）；

　　④　对于由于供电半径过大，负荷过重导致的供电末端“低电压”问题，且通过增加无功补偿装置不能提高的，可加装低压线路调整装置；

　　⑤　由于三相负载不平衡导致某相电压过高，另一相末端电压低的台区，在通过管理措施难于调整的，可通过加装LINGBU系列-电网三相不平衡智能调节器（LBSTUR）来调整三相不平衡。领步技术团队研发的三相不平衡智能调节器可以针对性解决三相不平衡问题，在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10％以内。