三相不平衡，作為電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，常因三相元件、線路參數(shù)或負(fù)荷的不對(duì)稱而出現(xiàn)。這種不平衡現(xiàn)象不僅損耗線路，還對(duì)供電點(diǎn)上的電動(dòng)機(jī)造成不利影響，甚至可能威脅其正常運(yùn)行。一旦三相不平衡超出配電網(wǎng)的承受范圍，整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行都將受到威脅。

什么是三相不平衡呢?

它指的是在電力系統(tǒng)中，三相電流(或電壓)的幅值存在差異，且這種差異超過了規(guī)定的范圍。這種不平衡現(xiàn)象通常由各相電源所加的負(fù)荷不均衡引起，屬于基波負(fù)荷配置問題。它不僅與用戶負(fù)荷特性有關(guān)，還受到電力系統(tǒng)規(guī)劃和負(fù)荷分配的影響。

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，三相平衡意味著三相電壓相量的大小相等，且按照A、B、C的順序排列時(shí)，它們兩兩之間的角度都為2n/3。而三相不平衡則表現(xiàn)為相量大小和角度的不一致。我國(guó)針對(duì)電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)規(guī)定，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，由于負(fù)序分量引起的PCC點(diǎn)連接點(diǎn)電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)間不得超過4%。

理想狀態(tài)下的三相波形圖與實(shí)際三相不平衡時(shí)的波形圖對(duì)比。

三相電流不平衡度是評(píng)估三相電力系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。其計(jì)算方法通常采用以下兩個(gè)公式之一：

不平衡度% = (最大電流 - 最小電流)/ 最大電流 × 100%

或

不平衡度% = (MAX相電流 - 三相平均電流)/ 三相平均電流 × 100%

例如，在三相電流分別為IA=9A、IB=8A、IC=4A的情況下，三相平均電流為7A。通過計(jì)算相電流與三相平均電流的差值，并選取差值最大的那一相，可以得出三相電流不平衡度。

如何判斷三相不平衡呢?

我們可以通過兩種方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

首先，我們可以測(cè)量三相線電流。如果三相線電流相等，那么三相就是平衡的;而如果三相線電流不相等，那么就說(shuō)明存在三相不平衡的情況。特別地，如果最大一相線電流與最小一相線電流的差值越大，那么就意味著三相不平衡的程度越嚴(yán)重。

另外，我們還可以通過測(cè)量中性線(零線)電流來(lái)判斷三相是否平衡。在三相平衡的情況下，中性線是沒有電流的;而一旦中性線有電流存在，那就意味著三相不平衡。同樣地，中性線電流的大小也能反映出三相不平衡的程度，電流越大，說(shuō)明不平衡程度越嚴(yán)重。

在處理三相不平衡問題時(shí)，我們需要分別測(cè)量主干線、次干線以及分支線上的三相線電流，從而掌握各級(jí)線段上的不平衡程度，為后續(xù)的處理工作提供有力的依據(jù)。

三相不平衡現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的呢?其根本原因在于單相負(fù)載在三相線上的分配不均。當(dāng)某一相或兩相上的負(fù)載過重時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致三相電流的不平衡。這種不平衡不僅會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還可能對(duì)設(shè)備造成額外的負(fù)擔(dān)，甚至引發(fā)事故。因此，了解并解決三相不平衡問題至關(guān)重要。

如何應(yīng)對(duì)三相不平衡問題?

如何有效應(yīng)對(duì)三相不平衡問題?一個(gè)實(shí)用的方法是重新分配各相上的單相負(fù)載。在分支線的配電箱或三級(jí)配電箱等能夠分配單相負(fù)載的連接處或配電箱，我們首先需要測(cè)量三相線電流。隨后，將負(fù)載從線電流最大的那一相中分出一部分，轉(zhuǎn)移到線電流最小的那一相上，以盡量確保三相線電流的平衡。

在調(diào)整了各分支線的單相負(fù)載后，我們需要進(jìn)一步觀察上一級(jí)配電箱(二級(jí)箱)中的三相線電流平衡情況。有時(shí)，下一級(jí)配電箱中微小的三相不平衡度，在累加到上一級(jí)后可能變得顯著。例如，多條分支線上都存在A相電流比B相高出約10安培的情況，這樣在上級(jí)配電箱匯總時(shí)，A相與B相的電流差異可能高達(dá)幾十安培。為了改善這種情況，我們需要在部分分支線上進(jìn)行微調(diào)，以確保各相的最大電流出現(xiàn)在不同的相上，從而降低上級(jí)配電箱中的不平衡度。

最終的目標(biāo)是確保從三級(jí)配電箱到二級(jí)，再到一級(jí)配電箱，三相的平衡程度是逐級(jí)上升的，而非逐級(jí)下降。

三相不平衡的原因多種多樣

包括斷線故障、接地故障和諧振等。斷線故障可能由于一相斷線未接地、斷路器或隔離開關(guān)一相未接通，或電壓互感器保險(xiǎn)絲熔斷等原因造成，導(dǎo)致三相參數(shù)不對(duì)稱。接地故障則分為金屬性接地和非金屬性接地，前者故障相電壓為零或接近零，非故障相電壓升高732倍，后者接地相電壓降低為某一數(shù)值，其他兩相升高不到732倍。此外，隨著工業(yè)發(fā)展，非線性電力負(fù)荷增加，可能引起基頻諧振或分頻諧振，導(dǎo)致三相電壓同時(shí)升高或一相電壓降低、另兩相電壓升高。這些因素都需要運(yùn)行管理人員正確區(qū)分并迅速處理，以確保三相電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

另外，還需警惕一種情況：在空投母線切除部分線路或單相接地故障消失時(shí)，若出現(xiàn)接地信號(hào)，且一相、兩相或三相電壓超過線電壓，電壓表指針滿偏并緩慢移動(dòng)，或三相電壓輪流升高超過線電壓，這通常是由諧振引起的。

三相負(fù)荷的不合理分配

許多裝表接電的工作人員缺乏對(duì)三相負(fù)荷平衡的專業(yè)知識(shí)，導(dǎo)致在接電時(shí)未能有效控制三相負(fù)荷平衡，往往盲目和隨意地進(jìn)行電路接荷和裝表，從而造成三相負(fù)荷的不平衡。此外，我國(guó)多數(shù)電路為動(dòng)力和照明混合使用，單相用電設(shè)備的使用效率較低，進(jìn)一步加劇了配電變壓器三相負(fù)荷的不平衡。

用電負(fù)荷的不斷變化

用電負(fù)荷的不穩(wěn)定因素包括頻繁的拆遷、移表或用電用戶增減，以及臨時(shí)用電和季節(jié)性用電的不確定性。這些因素導(dǎo)致用電總量和時(shí)間上的不確定性和不集中性，使得用電負(fù)荷不得不隨之變化。

配變負(fù)荷監(jiān)控力度不足

在配電網(wǎng)管理上，往往忽視了對(duì)三相負(fù)荷分配的監(jiān)控。配電網(wǎng)檢測(cè)時(shí)，缺乏對(duì)配電變壓器三相負(fù)荷的定期檢測(cè)和調(diào)整。同時(shí)，線路影響和三相負(fù)荷矩不相等等因素也造成了三相不平衡的現(xiàn)象。

三相電壓不平衡是指在三相電力系統(tǒng)中，三相電壓的幅值或相位存在差異，不滿足三相電壓理想平衡狀態(tài)的情況。

其表現(xiàn)形式為：

幅值不平衡：三相電壓的有效值不相等。例如，正常情況下三相電壓均為 220V(相電壓)或 380V(線電壓)，但出現(xiàn)幅值不平衡時(shí)，可能一相電壓為 220V，而另外兩相分別為 210V 和 230V。

相位不平衡：三相電壓的相位差不再是理想的 120°。比如，可能出現(xiàn)一相電壓相位超前或滯后于其他相，導(dǎo)致三相電壓的相位關(guān)系發(fā)生變化。

產(chǎn)生的原因?yàn)椋?

電源側(cè)原因：發(fā)電機(jī)內(nèi)部繞組故障、電源變壓器三相繞組匝數(shù)不相等或連接錯(cuò)誤等，都可能導(dǎo)致電源輸出的三相電壓不平衡。

負(fù)載側(cè)原因：三相負(fù)載分配不均勻是常見原因之一。例如，在三相四線制供電系統(tǒng)中，照明負(fù)載等單相負(fù)載如果大多集中在某一相或兩相上，就會(huì)使三相負(fù)載電流不平衡，從而引起三相電壓不平衡。此外，負(fù)載中存在大容量的單相負(fù)載，如大型電焊機(jī)、單相電動(dòng)機(jī)等，也會(huì)造成三相電壓不平衡。還有，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)故障，如某相負(fù)載短路或開路，也會(huì)破壞三相電壓的平衡。

線路原因：三相輸電線路的阻抗不相等也會(huì)導(dǎo)致電壓不平衡。例如，線路過長(zhǎng)、導(dǎo)線截面選擇不當(dāng)、線路存在接觸不良等情況，會(huì)使三相線路的電阻、電感、電容等參數(shù)不一致，從而引起三相電壓降不同，導(dǎo)致電壓不平衡。

電壓不平衡，怎么查才能查得準(zhǔn)?

很多人只會(huì)測(cè)一下電壓，然后說(shuō)：“電網(wǎng)問題!”

其實(shí)，有很多“內(nèi)部原因”才是罪魁禍?zhǔn)?。我們?lái)教你三種精準(zhǔn)定位法!

方法一：萬(wàn)用表法——初步識(shí)別是哪一路電壓偏離

工具：數(shù)字萬(wàn)用表

步驟：

分別測(cè)量 A、B、C 三相對(duì)地電壓

比較相間電壓(AB、BC、CA)是否均為 380V 左右

判斷哪一相電壓高出或低出過多

判斷標(biāo)準(zhǔn)：

相電壓相差 >10%，屬于不平衡

相電壓接近，但對(duì)地偏離明顯，可能是接地不良或中性點(diǎn)漂移

適合用于：初步診斷，快速鎖定問題相位

方法二：鉗形表法——查出負(fù)載不平衡的主因

工具：鉗形電流表

步驟：

帶電運(yùn)行狀態(tài)下，用鉗表測(cè)量三相電流(A/B/C)

觀察是否有一相明顯偏大或偏小

若某一相負(fù)載遠(yuǎn)高于其他兩相，很可能就是電壓不穩(wěn)的直接原因!

適合判斷：是否因“負(fù)載分配不均”引起電壓不平衡

優(yōu)化負(fù)荷分配

可以使用三相平衡監(jiān)測(cè)儀，定期檢測(cè)各相負(fù)荷情況，并動(dòng)態(tài)調(diào)整單相負(fù)載分配，必要時(shí)可以加裝自動(dòng)換相裝置或三相平衡裝置，從根本上改善負(fù)荷不均問題。

檢查電源側(cè)質(zhì)量

利用三相電能質(zhì)量分析儀，對(duì)輸入電壓進(jìn)行全面檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)與供電部門溝通，排查上級(jí)電網(wǎng)的故障或不均衡問題。

線路整改和設(shè)備維護(hù)

統(tǒng)一三相線路規(guī)格、更新老化線纜、打磨氧化接頭等措施能有效降低因線路阻抗不同引起的電壓下降。

同時(shí)，應(yīng)定期對(duì)變壓器進(jìn)行直流電阻檢測(cè)和變比測(cè)試，對(duì)存在異常的繞組要迅速送返廠家維修，以確保設(shè)備始終維持良好運(yùn)行狀態(tài)。

安裝補(bǔ)償裝置與諧波治理

在實(shí)際應(yīng)用中，靜態(tài)補(bǔ)償如三相共補(bǔ)電容器組可用于調(diào)整功率因數(shù);而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償如靜止無(wú)功發(fā)生器則可實(shí)時(shí)補(bǔ)償不平衡電流。

另外，針對(duì)諧波問題，可在諧波源處加裝有源濾波器或配置LC調(diào)諧濾波支路，從而改善電壓波形。

快速故障處理與預(yù)防性管理

建議配備高靈敏度接地選線裝置，結(jié)合無(wú)人機(jī)巡線技術(shù)，快速定位故障點(diǎn)。

同時(shí)，定期巡檢和部署在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將電壓、電流不平衡度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早處理。

配電變壓器三相電壓不平衡問題涉及負(fù)荷分配、電源質(zhì)量、線路及設(shè)備本身等多方面因素。

通過優(yōu)化負(fù)荷分配、強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)、安裝補(bǔ)償裝置以及實(shí)施預(yù)防性管理，可以將電壓不平衡控制在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)，既保障供電可靠性，也延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

掌握這些不僅有助于日常用電安全，還能幫助企業(yè)在設(shè)備選型和維護(hù)時(shí)做出更明智的決策。