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三相負荷不平衡的定義、危害及解決辦法

點擊率:0 發布時間:2017-6-5 13:32:12 信息來源:本站

三相不平衡的定義:

是指在電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規定范圍。由于各相電源所加的負荷不均衡所致,屬于基波負荷配置問題。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關?!峨娔苜|量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)適用于交流額定頻率為 50 赫茲。在電力系統正常運行方式下,由于負序分量而引起的 PCC 點連接點的電壓不平衡。該標準規定:電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為 2%,短時間不得超過 4%。

三相不平衡的危害:

1、增加線路的電能損耗。

在三相四線制供電網絡中,電流通過線路導線時,因存在阻抗必將產生電能損耗,其損耗與通過電流的平方成正比。當低壓電網以三相四線制供電時,由于有單相負載存在,造成三相負載不平衡在所難免。當三相負載不平衡運行時,中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗,而且中性線也產生損耗,從而增加了電網線路的損耗。  

三相四線制結線方式,當三相負荷平衡時線損最??;當一相負荷重,兩相負荷輕的情況下線損增量較??;當一相負荷重,一相負荷輕,而第三相的負荷為平均負荷的情況下線損增量較大;當一相負荷輕,兩相負荷重的情況下線損增量最大。當三相負荷不平衡時,無論何種負荷分配情況,電流不平衡度越大,線損增量也越大。

2、增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓電網的供電主設備,當其在三相負載不平衡工況下運行時,將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負載的不平衡度而變化的。 

在生產、生活用電中,三相負載不平衡時,使變壓器處于不對稱運行狀態。造成變壓器的損耗增大(包括空載損耗和負載損耗)。根據變壓器運行規程規定,在運行中的變壓器中性線電流不得超過變壓器低壓側額定電流的 25%。此外,三相負載不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件升溫增高,甚至會導致變壓器燒毀。

3、配變出力減少。

配變設計時,其繞組結構是按負載平衡運行工況設計的,其繞組性能基本一致,各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當配變處于三相負載不平衡工況下運行,負載輕的一相就有富余容量,從而使配變的出力減少。

其出力減少程度與三相負載的不平衡度有關。三相負載不平衡越大,配變出力減少越多。為此,配變在三相負載不平衡時運行,其輸出的容量就無法達到額定值,其備用容量亦相應減少,過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行,即極易引發配變發熱,嚴重時甚至會造成配變燒損。 

4、配變產生零序電流。

配變在三相負載不平衡工況下運行,將產生零序電流,該電流將隨三相負載不平衡的程度而變化,不平衡度越大,則零序電流也越大。運行中的配變若存在零序電流,則其鐵芯中將產生零序磁通。(高壓側沒有零序電流)這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道通過,而鋼構件的導磁率較低,零序電流通過鋼構件時,即要產生磁滯和渦流損耗,從而使配變的鋼構件局部溫度升高發熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化,導致設備壽命降低。同時,零序電流的存也會增加配變的損耗。 

5、影響用電設備的安全運行。

配變是根據三相負載平衡運行工況設計的,其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當配變在三相負載平衡時運行,其三相電流基本相等,配變內部每相壓降也基本相同,則配變輸出的三相電壓也是平衡的。 

假如配變在三相負載不平衡時運行,其各相輸出電流就不相等,其配變內部三相壓降就不相等,這必將導致配變輸出電壓三相不平衡。同時,配變在三相負載不平衡時運行,三相輸出電流不一樣,而中性線就會有電流通過。因而使中性線產生阻抗壓降,從而導致中性點漂移,致使各相相電壓發生變化。負載重的一相電壓降低,而負載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電,即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設備燒壞,而電壓低的一相接帶的用戶用電設備則可能無法使用。所以三相負載不平衡運行時,將嚴重危及用電設備的安全運行。 

三相電壓不平衡的發生將導致達到數倍電流不平衡的發生。誘導電動機中逆扭矩增加,從而使電動機的溫度上升,效率下降,能耗增加,發生震動,輸出虧耗等影響。各相之間的不平衡會導致用電設備使用壽命縮短,加速設備部件更換頻率,增加設備維護的成本。斷路器允許電流的余量減少,當負載變更或交替時容易發生超載、短路現象。中性線中流入過大的不平衡電流,導致中性線增粗。 

6、電動機效率降低

配變在三相負載不平衡工況下運行,將引起輸出電壓三相不平衡。由于不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量,當這種不平衡的電壓輸入電動機后,負序電壓產生旋轉磁場與正序電壓產生的旋轉磁場相反,起到制動作用。但由于正序磁場比負序磁場要強得多,電動機仍按正序磁場方向轉動。而由于負序磁場的制動作用,必將引起電動機輸出功率減少,從而導致電動機效率降低。同時,電動機的溫升和無功損耗,也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行,是非常不經濟和不安全的。 

7、對供電企業的影響

供電企業直管到戶,低壓電網損耗大,將降低供電企業的經濟效益,甚至造成供電企業虧損經營。農電工承包臺區線損,線損高農電工獎金被扣發,甚至連工資也得不到,必然影響農電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,一方面增大供電企業的供電成本,另一方面停電檢修、購貨更換造成長時間停電,少供電量,既降低供電企業的經濟效益,又影響供電企業的聲譽。

8、對用戶的影響

三相負荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質量,影響用戶的電器使用。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經濟損失,如停電造成養殖的動植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒的事故。

 

三相不平衡自動補償裝置

 

三相不平衡的解決辦法

由不對稱負荷引起的電網三相電壓不平衡可以采取的解決辦法:

1、將不對稱負荷分散接在不同的供電點,以減少集中連接造成不平衡度嚴重超標的問題。 

2、使用交叉換相等辦法使不對稱負荷合理分配到各相,盡量使其平衡化。  

3、加大負荷接入點的短路容量,如改變網絡或提高供電電壓級別提高系統承受不平衡負荷的能力。 

4、裝設平衡裝置。簡要列出以上幾種解決三相電壓或電流不平衡對電網及電能質量危害的技術措施。

具體應該采取哪一種措施更為合理有效,還要根據實際情況,經過技術和經濟比較后確定實施。 

在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中:由于用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用,并且負荷大小不同和用電時間的不同。所以,電網中三相間的不平衡電流是客觀存在的,并且這種用電不平衡狀況無規律性,也無法事先預知。導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。對于三相不平衡電流,電力部門除了盡量合理地分配負荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。  

電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損,還會增加變壓器的鐵損,降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行,最終會造成三相電壓的不平衡。 

調整不平衡電流無功補償裝置,有效地解決了這個難題,該裝置具有在補償系統無功的同時調整不平衡有功電流的作用。其理論結果可使三相功率因數均補償至 1,三相電流調整至平衡。實際應用表明,可使三相功率因數補償到 0.95 以上,使不平衡電流調整到變壓器額定電流的 10%以內。  

根據 wangs 定理(王氏定理)研制的低壓三相不平衡自動調節裝置(RWSPC-SVG)能有效解三相不平衡問題。低壓三相不平衡自動調節裝置就是利用 wangs 定理來進行設計的,在各相與相之間以及各相與零線之間恰當地接入不同數量的電容器,不但可以使各相都得到良好的補償,而且可以調整不平衡有功電流。
低壓三相不平衡自動調節裝置(RWSPC-SVG)的原理:

低壓三相不平衡自動調裝置開啟后,通過處接電流互感器(CT)實時檢測系統電流,并將系統電流信息發送給內部控制器進行處理分析,以判斷系統是否處于不平衡狀態,同時計算出達到平衡狀態時各相所需轉換的電流值,然后將信號發送給內部IGBT并驅動其動作,將不平衡電流從電流大的相轉移到電流小的相,最后達到三相平衡狀態,如圖所示。

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