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

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荷不均衡引起，屬于基波負荷配置問題。它不僅與用戶負荷特性有關(guān)，還受到電力系統(tǒng)規(guī)劃和負荷分配的影響。

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，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。我國針對電能質(zhì)量的國家標準《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)正常運行方式下，由于負序分量引起的PCC點連接點電壓不平衡度允許值為2%，短時間不得超過4%。

理想狀態(tài)下的三相波形圖與實際三相不平衡時的波形圖對比。

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

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進行檢測。

首先，我們可以測量三相線電流。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重。

另外，我們還可以通過測量中性線(零線)電流來判斷三相是否平衡。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，說明不平衡程度越嚴重。

在處理三相不平衡問題時，我們需要分別測量主干線、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載在三相線上的分配不均。當某一相或兩相上的負載過重時，就會導致三相電流的不平衡。這種不平衡不僅會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還可能對設(shè)備造成額外的負擔，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)對三相不平衡問題?

如何有效應(yīng)對三相不平衡問題?一個實用的方法是重新分配各相上的單相負載。在分支線的配電箱或三級配電箱等能夠分配單相負載的連接處或配電箱，我們首先需要測量三相線電流。隨后，將負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載后，我們需要進一步觀察上一級配電箱(二級箱)中的三相線電流平衡情況。有時，下一級配電箱中微小的三相不平衡度，在累加到上一級后可能變得顯著。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，這樣在上級配電箱匯總時，A相與B相的電流差異可能高達幾十安培。為了改善這種情況，我們需要在部分分支線上進行微調(diào)，以確保各相的最大電流出現(xiàn)在不同的相上，從而降低上級配電箱中的不平衡度。

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

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，或電壓互感器保險絲熔斷等原因造成，導致三相參數(shù)不對稱。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，非線性電力負荷增加，可能引起基頻諧振或分頻諧振，導致三相電壓同時升高或一相電壓降低、另兩相電壓升高。這些因素都需要運行管理人員正確區(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，若出現(xiàn)接地信號，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，或三相電壓輪流升高超過線電壓，這通常是由諧振引起的。

三相負荷的不合理分配

許多裝表接電的工作人員缺乏對三相負荷平衡的專業(yè)知識，導致在接電時未能有效控制三相負荷平衡，往往盲目和隨意地進行電路接荷和裝表，從而造成三相負荷的不平衡。此外，我國多數(shù)電路為動力和照明混合使用，單相用電設(shè)備的使用效率較低，進一步加劇了配電變壓器三相負荷的不平衡。

用電負荷的不斷變化

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

配變負荷監(jiān)控力度不足

在配電網(wǎng)管理上，往往忽視了對三相負荷分配的監(jiān)控。配電網(wǎng)檢測時，缺乏對配電變壓器三相負荷的定期檢測和調(diào)整。同時，線路影響和三相負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，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，導致三相電壓的相位關(guān)系發(fā)生變化。

產(chǎn)生的原因為：

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

負載側(cè)原因：三相負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，照明負載等單相負載如果大多集中在某一相或兩相上，就會使三相負載電流不平衡，從而引起三相電壓不平衡。此外，負載中存在大容量的單相負載，如大型電焊機、單相電動機等，也會造成三相電壓不平衡。還有，當負載出現(xiàn)故障，如某相負載短路或開路，也會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導致電壓不平衡。例如，線路過長、導線截面選擇不當、線路存在接觸不良等情況，會使三相線路的電阻、電感、電容等參數(shù)不一致，從而引起三相電壓降不同，導致電壓不平衡。

電壓不平衡，怎么查才能查得準?

很多人只會測一下電壓，然后說：“電網(wǎng)問題!”

其實，有很多“內(nèi)部原因”才是罪魁禍首。我們來教你三種精準定位法!

方法一：萬用表法——初步識別是哪一路電壓偏離

工具：數(shù)字萬用表

步驟：

分別測量 A、B、C 三相對地電壓

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

判斷標準：

相電壓相差 >10%，屬于不平衡

相電壓接近，但對地偏離明顯，可能是接地不良或中性點漂移

適合用于：初步診斷，快速鎖定問題相位

方法二：鉗形表法——查出負載不平衡的主因

工具：鉗形電流表

步驟：

帶電運行狀態(tài)下，用鉗表測量三相電流(A/B/C)

觀察是否有一相明顯偏大或偏小

若某一相負載遠高于其他兩相，很可能就是電壓不穩(wěn)的直接原因!

適合判斷：是否因“負載分配不均”引起電壓不平衡

優(yōu)化負荷分配

可以使用三相平衡監(jiān)測儀，定期檢測各相負荷情況，并動態(tài)調(diào)整單相負載分配，必要時可以加裝自動換相裝置或三相平衡裝置，從根本上改善負荷不均問題。

檢查電源側(cè)質(zhì)量

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

線路整改和設(shè)備維護

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，應(yīng)定期對變壓器進行直流電阻檢測和變比測試，對存在異常的繞組要迅速送返廠家維修，以確保設(shè)備始終維持良好運行狀態(tài)。

安裝補償裝置與諧波治理

在實際應(yīng)用中，靜態(tài)補償如三相共補電容器組可用于調(diào)整功率因數(shù);而動態(tài)補償如靜止無功發(fā)生器則可實時補償不平衡電流。

另外，針對諧波問題，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)合無人機巡線技術(shù)，快速定位故障點。

同時，定期巡檢和部署在線監(jiān)測系統(tǒng)，將電壓、電流不平衡度數(shù)據(jù)實時上傳，實現(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)化負荷分配、強化設(shè)備維護、安裝補償裝置以及實施預(yù)防性管理，可以將電壓不平衡控制在國標范圍內(nèi)，既保障供電可靠性，也延長設(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)備選型和維護時做出更明智的決策。