農村低壓電網三相負荷不平衡,是一個常談常新的課題,過去我們從影響低壓線損的角度討論的較多。本文擬從農村低壓電網三相負荷不平衡的危害、形成和改善三個方面談一點認識,與各位從事農電工作的專家商榷,供各位同仁參考。
一、農村低壓電網三相負荷不平衡的危害
(一)危及隊伍穩定
農村低壓電網三相負荷不平衡,導致線損(低壓線損、配變損失和10kV線路損失)增加人人皆知,但如果說“危及農電工隊伍的穩定”聽起來好像有點嚇人。那么,我們如果看一看目前普遍實施的農村線損管理、考核辦法(低壓線損承包制或線損指標考核制),再看看農村電網現狀(自1998年農網改造至今已八年多,線路設備逐漸老化,導線半徑相對偏小普遍存在)和一味追求所謂的一流指標……,就不會覺得是夸大其詞了吧。
(二)危害電氣設備
1、降低配變壽命
大家知道當變壓器在三相平衡負載下運行時:Iu=Iv=Iw=I,Qu+Qv+Qw=3I2R;但變壓器在不平負衡負載下運行確存在諸多危害,對配變的危害主要有:
①假設變壓器在最大不平負衡負載下運行,即Iu=3I時,變壓器負荷相電流是在平衡負載下運行的3倍。此時,很可能造成變壓器繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,加速油質劣化,變壓器的絕緣性能迅速降低。隨之帶來的是配變壽命的降低(有資料顯示變壓器溫度每升高8℃,使用年限將縮短近50%),變壓器長期在不平負衡負載下運行還可能造成繞組燒毀。
②在三相負荷載不平衡條件下運行的變壓器,必然會產生較大零序電流,而變壓器內部零序電流,勢必在鐵心中產生零序磁通,零序磁通在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器的這些金屬構件均為非導磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常,嚴重時將導致變壓器運行事故。
2、導致6~10kV線路跳閘增加
我們知道6~10kV線路主保護多為過流保護,當低壓電網三相負荷嚴重不平衡時,將引起6~10kV某相電流過大,線路過流保護動作跳閘,導致停電次數增加,同時變電站的開關設備頻繁動作也將降低其使用壽命。
3、燒斷低壓導線或燒毀低壓設備
①燒斷低壓導線:在三相四線制系統中,理想狀態是負荷平均分配到三相上,即每相的電流為I,中性線電流為零。假設在最大不平衡時,即某相為3I,另外兩相為零時,中性線電流也為3I,也就是說線路在最大不平負衡載下運行時,線路的相電流是在平衡負載下運行的3倍。由發熱量Q=0.24I2Rt,知電流增為3倍,發熱量增9倍,最大電流相導線溫度直線上升,致使導線連接處、薄弱處燒斷,釀成線路斷線事故。同理,由于三相負荷嚴重不平衡造成中性線電流增大(中性線導線截面一般應按相線截面的50%~70%選擇),嚴重發熱,直至燒斷。
②燒毀低壓設備:我們知道低壓配電屏配置的電氣設備過載能力都較低,加上導線與設備的連接不規范,由于三相負荷不平衡造成空氣斷路器或交流接觸器動作造成停電,甚至重負荷相損傷、整機損壞等后果。
3、影響客戶的生產、生活質量
三相負荷不平衡,一旦一相或兩相畸重,必然引起線路中的電壓變化,降低電能質量,影響用戶的生產、生活質量。這些眾所周知的道理,在此就不必贅述了。
4、降低企業的效益 影響企業聲譽
供電企業“供電到戶,抄表到戶、收費到戶、服務到戶”后,農村低壓電網資產全部由供電企業運行維護、檢修和更換。由于農村低壓電網三相負荷不平衡造成線損電量增加、低壓配電裝置損壞和變壓器燒毀、線路燒斷等線路設備故障的發生,不但增加企業的供電成本,而且更換設備、停電檢修增加停電,既降低供電企業的經濟效益,又影響供電企業的聲譽,同時,隨著人們法律意識的增強,臨時停電給農村養殖戶造成較大的經濟損失時,一經訴訟至法庭,賠償少則十幾萬,多則幾十萬在所難免。
農村低壓電網三相負荷不平衡危害如此之嚴重,危及如此之廣,那么形成的原因有哪些呢?
二、形成三相負荷不平衡的原因
農村低壓電網三相負荷失衡的原因,站在不同的角度,可能會找出不同的原因,但歸結起來主要原因有三。
首先是農網改造規劃設計的原因。回過頭來看,“兩改一同價”主要是解決農村農民“用上電、用好電、用起電”的問題,因當時起步快、規模大、任務重、時間緊,加上資金有限,為了解決某一自然村的用電問題,一般多采用單相兩線供電,尤其是在村民居住比較分散區域的臺區,單相兩線線路總長度大于400V線路總長度的現象屢見不鮮,農村低壓電網三相負荷平衡問題基本沒有考慮,或者說就沒有考慮,從改造后臺區投運的那一刻起,就或多或少的存在著農村低壓電網三相不平衡的問題。
其次是運行管理理念滯后造成的。經過農村電網改造,農村低壓線路雖然仍多為三相四線制,但單相兩線線路的增加了,這一看似簡單的變化,沒有被足夠重視,更談不上運行管理理念更新,在運行管理中,仍然沿襲網改前的管理經驗或方法。如:為了完成低壓線損考核指標,對于只有單相負荷且較小的三相四線線路,采用單相兩線供電,進一步加重了三相不平衡度。
第三是農村負荷構成發生巨變帶來的。近年來,黨的惠農政策不斷增加和落實,農村經濟飛速發展,使得農民生活普遍提高,農村用電負荷發生巨大的變化,主要表現在兩個方面。
1、單相負荷成為農村村鎮用電的主要負荷
隨著農村經濟的發展及種地“一免兩補”和義務教育“兩免一補”政策的落實,農民手頭寬裕了,除家庭照明、視聽、小水泵等常規電器增多外,大量的中、高檔、大功率(多在800~2000kW)的空調、電暖器、電磁灶、微波爐、電熱水器、電水壺等,已進入尋常百姓家,單相負荷激增;另一方面,隨著人們對新的生活方式的追求,方便食品(如方便面、掛面)在農村銷售量增多,饅頭加工、面條面皮加工專業化了,農副業加工減少了,農村用電單相負荷已成為農村村鎮用電的主要負荷。據調查,農村用電單相負荷:在經濟欠發達農村占到50%~60%,一般地區占總負荷的70%以上,個別富裕村鎮高達到90%。在單相負荷急劇增長的情況下,若仍沿襲“單相負荷中間接(三相四線接中間兩根)、下線方便不出錯”的接線方式,不注意三相平衡,勢必造成低壓電網的三相不平衡度更大,低壓電網技術狀況更差。
2、農村村鎮用電負荷不再是電阻性負荷的家天下
我們知道負荷分電阻性、電感性和電容性三種,但幾乎所有的家用電器上標注都是有功功率,單按銘牌功率去接線,就很難實現理想的三相平衡,即中性線電流接近零。
如某三相四線供電線路,測得相電壓UU=UV=UW=220V,IU=IV=4A,IW=3.2A,IN=4.2A。
為了驗證IN的值,測得各相負荷的相位|ΦU|=|ΦV|=40°,ΦW=0°,則ZU和ZV中必有一相為感性,一相為容性。設ZU為感性,ZV為容性,向量圖如圖1所示。
|IU+IV|=2cos20°IU=7.5A
則IN=|IU+IV+IW|=4.3A,理論計算和儀表測量結果基本吻合,說明中性線電流大確因三相負荷的性質不同所引起。
以上,我們分析了農村低壓電網三相負荷不平衡原因,尤其是管理意識滯后和負荷巨變,是我們需要進一步探討和解決的問題。經驗告訴我們:“找出問題產生的原因,問題就解決了50%。”相信各位同仁有許多行之有效的方法,筆者在此談談一點不成熟的想法與諸位探討。
三、平衡低壓三相負荷
(一)發揚過去行之有效的做法
1、堅持就地平衡或就近平衡,向精細化管理要平衡:
(1)把單相用電戶分類,均衡地分配到三相上;
(2)對較大戶(如學校、村委等),要實現客戶內部三相平衡;
(3)摸清客的單相動力負荷接在哪一相,參與調整;
(4)認真調查、收齊(全)資料、圖表結合,規劃調平三相負荷。
2、勤觀察、多測量。在做好就地、就近平衡的基礎上,勤觀察臺區負荷的變化,多測量并做好記錄,從中找出規律性的東西,擬訂平衡方案,調整負荷分布以期達到:配電變壓器出口三相電流不平衡度小于10%,中性線電流不超過低壓側額定電流的25%,低壓主干線及主要分支線的首端三相電流不平衡度小于20%。
3、關注負荷突變、關注用電節變化。隨著用戶負荷增加或季節變化,及時調查、規劃、調平,不斷提高三相平衡度。
(二)用兩只眼睛看平衡
過去我們在強調三相平衡時,中性線電流大小一般較少關注。這里所說的“用兩只眼睛看平衡”,就是說在調整三相負載平衡時,既要著眼三相功率平衡又要重視中性線電流。
(三)充分調動農電工的積極因素
解決農村低壓電網三相負荷平衡問題說到底,首先要解決人的問題。就是要把農電工從低壓線損指標考核的巨大壓力下解脫出來,就是要提高農電工解決問題的能力——把農電工的技能培訓工作提到重要議事日程上來。讓他們有精力、有能力把農村低壓電網三相負荷平衡問題解決好,把線損穩定住、把損失降下來,不斷提高供電可靠性,更好的服務好社會主義新農村建設。