配电变压器三相不平衡运行的分析及处理
【摘要】配电变压器的三相不平衡运行在实际中是不可避免的，使配电变压器平衡运行是节能、提高电能质量的手段之一。本文定量地分析了配电变压器不平衡运行带来的损耗及三相电压偏差，并给出了针对这一状况所采取的补偿方法，算例及实际应用表明该补偿方法可明显减少配电变压器不平衡运行带来的损耗及电压偏差。
【关键词】配电变压器三相不平衡；电压偏差；补偿方法
1 南岸供电公司配电变压器现状统计分析
1.1 配电变压器数据统计
南岸供电公司管辖的地区有南岸区以及巴南区，以我所在的配网运检室所管辖的南岸区为例，共有配电变压器768台，其中分为S7型（130台）、S9型（307台）、S11型（331台）三类柱上式变压器，具体情况可见下图：
图1 南岸区配电变压器现状分布图
1.2 配电变压器现状分析
南岸供电公司所管辖的南岸片区中弹子石、鸡冠石、上新街、黄角垭等地区大部分属于城乡结合部，随着城市建设的加快以及地区经济的日益发展，用电负荷的分配不均逐渐凸显。
以鸡冠石为例，2010年新上的一台10KV石勤2＃（S9－315）配变，原供电区域内主要以居民用电为主，动力用户只有2家，但在2009年再次核实统计低压供电半径及用户时发现，该变压器的低压供电区域内居民用户只有20户，而大部分已改为小作坊、小企业的动力用户，同时供电半径的增加、供电区域的增大造成该变压器线损增加了2.17％，一年电量经济损失达1139.72元，同时造成该片区居民用户频繁反映电压不稳和过低。
2 变压器在不平负衡负载下运行的危害
图2 南岸区配电变压器增长及线损走势图
我公司配变变压器存在三相负荷不平衡以及过负荷的现象不是一个点，而是一个面，如何解决这些现象是摆在我们检修及运行车间面前的首要课题。
大家知道当变压器在三相平衡负载下运行时：Iu=Iv=Iw=I，Qu＋Qv＋Qw=3I2R；但变压器在不平负衡负载下运行确存在诸多危害，对配变的危害主要有：
（1）假设变压器在最大不平负衡负载下运行，即Iu=3I时，变压器负荷相电流是在平衡负载下运行的3倍。此时，很可能造成变压器绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，加速油质劣化，变压器的绝缘性能迅速降低。随之带来的是配变寿命的降低（有资料显示变压器温度每升高8℃，使用年限将缩短近50%），变压器长期在不平负衡负载下运行还可能造成绕组烧毁。
（2）在三相负荷载不平衡条件下运行的变压器，必然会产生较大零序电流，而变压器内部零序电流，势必在铁芯中产生零序磁通，零序磁通在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器的这些金属构件均为非导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常，严重时将导致变压器运行事故。
2.1 导致6－10kV线路跳闸增加
我们知道6－10kV线路主保护多为过流保护，当低压电网三相负荷严重不平衡时，将引起6－10kV某相电流过大，线路过流保护动作跳闸，导致停电次数增加，同时变电站的开关设备频繁动作也将降低其使用寿命。
2.2 烧断低压导线或烧毁低压设备
（1）烧断低压导线：在三相四线制系统中，理想状态是负荷平均分配到三相上，即每相的电流为I，中性线电流为零。假设在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零时，中性线电流也为3I，也就是说线路在最大不平负衡载下运行时，线路的相电流是在平衡负载下运行的3倍。由发热量Q＝0.24I2Rt，知电流增为3倍，发热量增9倍，最大电流相导线温度直线上升，致使导线连接处、薄弱处烧断，酿成线路断线事故。同理，由于三相负荷严重不平衡造成中性线电流增大（中性线导线截面一般应按相线截面的50%－70％选择），严重发热，直至烧断。
（2）烧毁低压设备：我们知道低压配电屏配置的电气设备过载能力都较低，加上导线与设备的连接不规范，由于三相负荷不平衡造成空气断路器或交流接触器动作造成停电，甚至重负荷相损伤、整机损坏等后果。
2.3 影响客户的生产、生活质量
三相负荷不平衡，一旦一相或两相畸重，必然引起线路中的电压变化，降低电能质量，影响用户的生产、生活质量。这些众所周知的道理，在此就不必赘述了。
2.4 降低企业的效益影响企业声誉
供电企业―供电到户，抄表到户、收费到户、服务到户‖后，农村低压电网资产全部由供电企业运行维护、检修和更换。由于农村低压电网三相负荷不平衡造成线损电量增加、低压配电装置损坏和变压器烧毁、线路烧断等线路设备故障的发生，不但增加企业的供电成本，而且更换设备、停电检修增加停电，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉，同时，随着人们法律意识的增强，临时停电给农村养殖户造成较大的经济损失时，一经诉讼至法庭，赔偿少则十几万，多则几十万在所难免。
3 电网中配电变压器历年运行数据统计分析
3.1 2010-2012年历史运行数据统计
经过收集整理，从下表中我们不难看出配电变压器运行中产生的中性点偏移和相应带来的损耗给我们的电网经济运行和提高供电可靠性都提出了更高、更现实的要求，从而使得我们不得不考虑采取一种补偿方法减小附加损耗与中性点电压的偏移。
2010-2012年我公司部分配电变压器在最大负荷情况下发生三相不平衡运行，从而带来的后果就是产生中性点偏移以及非常高的线损，进一步影响供电可靠性。所以说本次研究课题比较有可行性。
从下图中可以清楚的看到产生三相不平衡运行给我公司运行工作带来的相关影响。
4 补偿方案实例分析
以我公司10KV石勤2＃配变2012年最大负荷时数据为例，变压器A相电流Ia=100A，B相电流Ib=200A、C相电流Ic=300A，功率因数cosφa =cosφb=cosφc=0.7时，零序电流I0=173A。
（1）三相不平衡—无功补偿方法的接线如图2所示。图中， 、 、 为负荷电流； 、 、 为星接补偿元件电流； 、 、 为角接补偿元件电流
图3 补偿电容器接线图
根据三相不平衡–无功补偿方法得到如下数据