三相不平衡的判断方法和处理对策

三相不平衡是电能质量的重要指标。虽然影响电力系统的因素很多，但正常的不平衡大多是由于三相分量、线路参数或负荷的不对称。由于三相负荷的因素不确定，供电点的三相电压、电流容易不平衡，造成线损。不仅如此，还会对供电点的电机产生不良影响，危及电机的正常运行。因此，如果三相不平衡超过配电网所能承受的范围，整个电力系统的安全运行就会受到影响。

(1)三相不平衡的基本概念

三相不平衡是指电力系统中三相电流(或电压)的幅值不一致，幅值差超过规定范围。由于各相电源负载不平衡，属于基波负载分配问题。三相不平衡的发生与用户的负荷特性有关，也与电力系统规划和负荷分配有关。在电网系统中，三相平衡主要是指三相的电压相量大小相等，如果按照A、B、C的顺序排列，它们之间的夹角为2n/3。

三相不平衡是指相量大小和角度不一致。《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于额定交流频率为50 Hz。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量，PCC连接点的电压不平衡。根据该标准，正常运行方式下电力系统公共耦合点的不平衡度允许值为2%，短时间内不得超过4%。

三相电流不平衡的计算方法一般有以下两个常用公式:

不平衡% =(最大电流-最小电流)/最大电流× 100%

不平衡%=(最大相电流-三相平均电流)/三相平均电流× 100%

例如:

三相电流为IA=9A IB=8A IC=4A，那么三相平均电流为7A，相电流-三相平均电流为2A13A，取两者中最大的，所以MAX(相电流-三相平均电流)=3A，所以三相电流不平衡=3/7。

(2)三相不平衡的原因是什么？

三相电压不平衡的原因很多，如单相接地、断线谐振等。只有正确区分它们，运营经理才能快速处理它们。

1.断开故障

如果一相断开但未接地，或者断路器和隔离开关的一相未连接，电压互感器的保险丝熔断，都会造成三相参数的不对称。当前一个电压等级线路的一相断开时，下一个电压等级的电压显示三相都降低，其中一相较低，另外两相较高，但电压值接近。当这一级别的线路断开时，断开相的电压为零，未断开相的电压仍为相电压。

2.接地故障

当线路一相断开，一相接地时，虽然三相电压不平衡，但接地后电压值不变。单相接地可分为金属接地和非金属接地。金属接地，故障相电压为零或接近零，非故障相电压增加1.732倍，并长期保持不变；非金属接地，接地相电压不为零但降低到一定值，其他两相增加不到1.732倍。

3.共振的原因

随着工业的快速发展，非线性电力负荷大量增加，有些负荷不仅产生谐波，还会引起供电电压的波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡。

谐振引起的三相电压不平衡有两种:

1)基频共振

基频类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高。查找故障原因时，很难找到故障点。这时可以勾选特殊用户。如果不是接地原因，可能是共振引起的。

2)分频谐振

另一种是分频谐振或高频谐振，特点是三相电压同时上升。

另外需要注意的是，空投母线部分线路断电或单相接地故障消失时，如果有接地信号，且一相、两相或三相电压超过线电压，电压表指针撞头同时缓慢移动，或三相电压依次上升超过线电压，这种情况一般是谐振引起的。

4.三相负荷分配不合理

很多装表接电的工人并没有三相负荷平衡的专业知识，所以在接电的时候并没有注意控制三相负荷平衡，而是盲目随意的为电路装表，很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次，我国大部分线路都是动力和照明混合使用，所以在使用单相用电设备时，用电效率会降低，这种差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡。

5.不断变化的电力负荷

电力负荷不稳定的原因包括频繁的拆迁、移表或地二用电用户增加；临时用电和季节性用电的不稳定性。这种总量和时间上的不确定性和不集中性，使得用电负荷不得不随实际情况而变化。

6.配电变压器负荷监控的弱化。

在配电网管理中，三相负荷分配中的管理问题往往被忽视。在配电网检测中，对配电变压器的三相负荷不定期进行检测和调整。此外，造成三相不平衡的因素很多，如线路的影响和三相负载力矩的非相位。

(3)三相不平衡的危害有哪些？

1.增加线路的功率损耗。

在三相四线供电网络中，当电流通过线路导体时，电能会因阻抗而损耗，损耗与通过电流的平方成正比。低压电网采用三相四线制供电时，由于单相负荷的存在，不可避免地会出现三相负荷不平衡的情况。三相负载不平衡运行时，中性线会有电流流过。这样不仅相线损失，中性线也损失，增加了电网线路的损耗。

2.增加配电变压器的功率损耗。

配电变压器是低压电网的主要供电设备。当它在三相不平衡负载下运行时，会引起配电变压器损耗的增加。因为配电变压器的功率损耗随着负载的不平衡而变化。

3.配电变压器的输出减少。

配电变压器设计时，其绕组结构按负荷平衡运行工况设计，绕组性能基本相同，各相额定容量相等。配电变压器的最大允许输出受到每相额定容量的限制。如果配电变压器在三相负载不平衡的情况下运行，轻载相将有剩余容量，从而降低配电变压器的输出。出力降低的程度与三相负载不平衡有关。三相负荷不平衡越大，配电变压器的输出减少越多。所以配电变压器在三相负载不平衡运行时，其输出容量达不到额定值，备用容量相应减少，过载能力也随之减少。如果配电变压器在过载情况下运行，很容易造成配电变压器发热，严重时甚至会造成配电变压器烧毁。

4.配电变压器产生零序电流。

变压器在三相不平衡负荷下运行时，会产生零序电流，零序电流随三相负荷不平衡的程度而变化。不平衡越大，零序电流越大。如果运行的配电变压器中有零序电流，其铁芯中就会产生零序磁通。(高压侧无零序电流)，迫使零序磁通只能通过罐壁和钢构件，而钢构件的磁导率较低。零序电流通过钢构件时，会产生磁滞和涡流损耗，导致配电变压器钢构件局部温度升高而发热。配电变压器的绕组绝缘因过热而加速老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存储也会增加配电变压器的损耗。

5、影响电气设备的安全运行。

配电变压器按三相负荷平衡运行工况设计，各相绕组的电阻、漏抗、励磁阻抗基本相同。配电变压器在三相负荷平衡运行时，其三相电流基本相等，配电变压器内部各相压降基本相同，那么配电变压器输出的三相电压也是平衡的。如果配电变压器在三相负荷不平衡时运行，每相输出电流不相等，配电变压器内部三相压降不相等，必然导致配电变压器输出电压三相不平衡。

同时配电变压器在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不同，而中性线会有电流流过。所以中性线会有阻抗压降，导致中性点漂移，各相相电压会发生变化。重相的电压降低，而轻相的电压升高。在不平衡电压下供电时，容易烧坏高压接地带的用户用电设备，而低压接地带的用户用电设备可能无法使用。因此，三相负荷不平衡运行会严重危及电气设备的安全运行。

6.电机效率降低。

当变压器在三相负载不平衡的情况下运行时，会引起三相输出电压不平衡。由于不平衡电压有正序、负序、零序三个电压分量，当不平衡电压输入电机时，负序电压产生的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强得多，所以电机仍按正序磁场方向旋转。但由于负序磁场的制动作用，会降低电机的输出功率，导致电机效率降低。同时，电机的温升和无功损耗也会随着三相电压的不平衡而增加。所以电机在三相电压不平衡的情况下运行是非常不经济和不安全的。

(4)如何改善三相不平衡？

01

注意三相负荷的合理分配。

在三相负荷分配问题上，电力工作者在实际工作中要认真收集和记录相关数据，达到一定程度上能够预测电力负荷的状态。其次，安装平衡装置可以实现更好的三相平衡的分配问题。

在一些采用低压三相四线制的地方，可以加装调节不平衡电流的无功补偿装置，解决电网中不平衡电流现象造成的各种后果。这种装置不仅可以补偿系统的无功功率，还可以调节不平衡有功电流的影响。另外，根据实际情况中负载力矩的不同，接线方式的适当调整对三相负载的合理分配也有一定的影响。

02

根据不平衡电流电纳的补偿原理，在任意确定的时刻，主要有三相不接地的不平衡负载，所以每一个都可以并联同一个电阻和电容。因此，在不平衡电流治理补偿理论的指导下，可以分析不同性质的等效性，确定相间和相对地之间的无功补偿。

当配电变压器需要补偿不平衡电流时，应满足以下原则:

第一，需要注意的是，电流管理要有两个内容，一是补偿功率因数，二是调整三相电流的不平衡，共同决定补偿所需的无功功率；

第二，在实际工程建设中，应采用全容性治理方式，区别于感性补偿，避免严重的过补偿。

第三点是考虑负载会随时间变化。基于这一特性，补偿量也应根据负载的变化进行适当调整。

第四点是装置开关和补偿设备的切换次数的限制，在设计时应战略性地管理全天优化方案。总之，在设定比例调节系统的量时，既要考虑功率因数限制，又要考虑过补偿限制。

03

增加三相负载的检测和调整。

还需要设置三相负载的定期检查工作。对三相符合性进行合理分配和控制后，相关部门应设立检测工作。电力的平衡不可能是绝对的，只能是尽可能的相对平衡。在实际检测工作中，各部门要以国家和有关部门制定的平衡测量指标为标准，对检测结果进行专业的记录和分析，并定期检测各相负载电流，以便及时发现一些三相不平衡现象。

测试过程中发现安全隐患时，应及时调整和修改。对于检测过程中没有发现问题的部分，也要完善警示。检测结束后，不仅要整理分析数据，还要及时反馈。这里的反馈主要是指根据测试结果推断的三个阶段的调整，以及新技术在三个阶段应用的可能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析，可以最大程度的避免不平衡现象，减少用电事故的发生。