三相電不平衡危害及解決措施

1、1三相電不平衡的危害及解決措施三相電不平衡的危害及解決措施一、三相電二、三相電不平衡的危害 三、三相電不平衡的解決措施 2一、三相電1.概念 三相電是一組幅值相等、頻率相等、相位互相差120的三相交流電，由有三個繞組的三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。2.三相電負(fù)載的接法分為三角形接法(符號)和星形接法(符號Y)。 三角形接法的負(fù)載引線為三條火線和一條地線，三條火線之間的電壓為380V，任一火線對地線的電壓為220V； Y形接法的負(fù)載引線為三條火線、一條零線和一條地線，三條火線之間的電壓為380V，任一火線對零線或?qū)Φ鼐€的電壓為220V。 三相電電器的總功率等于每相電壓乘以每相電流再乘于3，即總功率=電流電壓（

2、220V）3（p=UI3）34二、三相電不平衡的危害1.概述 三相電不平衡是指在電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。各相負(fù)載分布不均、單相負(fù)載用電的不同時性、以及單相大功率負(fù)載接入是導(dǎo)致三相不平衡的主要原因，由于城市民用電網(wǎng)及農(nóng)用電網(wǎng)中存在大量單相負(fù)載，使得當(dāng)今三相不平衡現(xiàn)象普遍存在且尤為嚴(yán)重。電網(wǎng)中的三相不平衡會增加線路及變壓器的銅損，增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，會造成因三相電壓不平衡而降低供電質(zhì)量，甚至?xí)绊戨娔茏兊木榷斐捎嬃繐p失。52.危害1 1增加線路的電能損耗增加線路的電能損耗 在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過線路導(dǎo)線時

3、，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比,當(dāng)相電流平衡的時候，系統(tǒng)的電能損耗最小。 例如設(shè)某系統(tǒng)的三相線路、變壓器繞組每相的總阻抗為Z(暫不記中性線)，如果三相電流平衡，IA=100A，IB=100A,IC=100A, 總損耗=100Z+100Z+100Z=30000Z。如果三相電流不平衡，IA=50A，IB=100A,IC=150A，總損耗=50Z+100Z+150Z=35000Z。比平衡狀態(tài)的損耗增加了17%。在最嚴(yán)重的狀態(tài)下，如果IA=0A，IB=0A,IC=300A，總損耗=300Z =90000Z。比平衡狀態(tài)的損耗增加了3倍?？梢姴黄胶舛扔鷩?yán)重，所造成損耗越大。62

4、降低配變變壓器出力以及增加鐵損降低配變變壓器出力以及增加鐵損 配變設(shè)計時，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運(yùn)行工況設(shè)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(dāng)配變處于三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行，負(fù)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(fù)載的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負(fù)載不平衡時運(yùn)行，其輸出的容量就無法達(dá)到額定值，其備用容量亦相應(yīng)減少，過載能力也降低。假如配變在過載工況下運(yùn)行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時甚至?xí)斐膳渥儫龘p。配變產(chǎn)生零序電流。配變在三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行，將產(chǎn)生零序電流，

5、該電流將隨三相負(fù)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(yùn)行中的配變?nèi)舸嬖诹阈螂娏鳎瑒t其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。 7 高壓側(cè)沒有零序電流這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過鋼構(gòu)件時，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。同時，零序電流的存也會增加配變的損耗。3 3電動機(jī)效率降低電動機(jī)效率降低 配變在三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)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(fù)序、零序三個電壓分量，當(dāng)這種不平衡的電壓輸入電動機(jī)后，負(fù)序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生

6、的旋轉(zhuǎn)磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負(fù)序磁場要強(qiáng)得多，電動機(jī)仍按正序磁場方向轉(zhuǎn)動。而由于負(fù)序磁場的制動作用，必將引起電動機(jī)輸出功率減少，從而導(dǎo)致電動機(jī)效率降低。同時，電動機(jī)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(jī)在三相電壓不平衡狀況下運(yùn)行，是非常不經(jīng)濟(jì)和不安全的。 84 4影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行 三相負(fù)荷平衡是安全供電的基礎(chǔ)。三相負(fù)荷不平衡，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會因重負(fù)荷相超載過多，可能造成某相導(dǎo)線燒斷、開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴(yán)重后果。由于配變是根據(jù)三相負(fù)載平衡運(yùn)行工況設(shè)計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本

7、一致。當(dāng)配變在三相負(fù)載平衡時運(yùn)行，其三相電流基本相等，配變內(nèi)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。當(dāng)配變在三相負(fù)載不平衡時運(yùn)行，其各相輸出電流就不相等，其配變內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在三相負(fù)載不平衡時運(yùn)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(chǎn)生阻抗壓降，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高。 9 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(shè)備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無法使用。所以三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)

8、行。5. 影響用戶用電質(zhì)量影響用戶用電質(zhì)量 當(dāng)三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱，中性點(diǎn)電位就會發(fā)生偏移，線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏低，電燈不亮、電器效能降低、小水泵易燒毀等問題。而接在輕負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏高，可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。對動力用戶來說，三相電壓不平衡，會引起電機(jī)過熱現(xiàn)象。所以只有三相負(fù)荷平衡才能保證用戶的電能質(zhì)量。106. 影響電能計量影響影響電能計量影響 根據(jù)對稱分量法，三相不平衡電流可以分解為三相平衡的正序、負(fù)序、和零序三個分量。負(fù)序和零序電流分量的存在必然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。即使在高壓側(cè)，雖然零序電流在變壓

9、器內(nèi)環(huán)流，不會向系統(tǒng)傳遞，但負(fù)序電流分量可以豪無阻礙地向系統(tǒng)傳遞，因此仍然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。 11三、三相電不平衡的解決措施（一）傳統(tǒng)解決方法（一）傳統(tǒng)解決方法 1、均勻分布負(fù)荷、均勻分布負(fù)荷 將不對稱負(fù)荷分散到不同的供電點(diǎn)，減少集中連接導(dǎo)致的不平衡度超標(biāo)，此種方法無需任何設(shè)備投資，只需將單相負(fù)載均勻分布到A、B、C三相就可以改善三相不平衡，但我們需要面對一個客觀的問題，各個用戶的負(fù)荷量不一致且用電時間不一致，又不能人為控制，因此不能從根本上解決問題。2 、增加短路容量、增加短路容量 將不對稱負(fù)荷接到更高的電壓的級上供電，使連接點(diǎn)的短路容量足夠大，以提高系統(tǒng)承受不平衡的負(fù)荷能力。此方

10、法改善了三相不平衡的用電環(huán)境，但沒有實(shí)質(zhì)性的解決三相不平衡問題，且同樣存在一個客觀問題，用電設(shè)備都有自己的額定電壓，一般正常運(yùn)行所允許的電壓偏差范圍并不大，所以將負(fù)荷接到更高電壓等級供電的方法不是很實(shí)際。 123、電感與電容組合調(diào)整、電感與電容組合調(diào)整 此種方法是在不平衡的三相中、選擇在相與相之間跨接電容與電阻，可提高每相的功率因數(shù)，轉(zhuǎn)移相間有功功率，以平衡三相電流，但此方法需要投入電感，在調(diào)節(jié)不平衡電流裝置中安裝電感式件很麻煩的事情，電感又大又重，成本也高，損耗也大，雖說電網(wǎng)中大多數(shù)負(fù)載為感性，可利用其中的電感，只需接入電容，但接入電容很講究方法，稍有不合理便不能達(dá)到理想的治理效果，所以從經(jīng)

11、濟(jì)性、簡易性角度此方法還需考慮。13（二）新型三相平衡技術(shù)（二）新型三相平衡技術(shù)1、APFSVG 一般出現(xiàn)三相不平衡的電力系統(tǒng)功率因數(shù)都比較低，這就形成了一種需求，要是能有一款產(chǎn)品能在治理三相不平衡的同時又能補(bǔ)償無功，那么這在電能質(zhì)量治理領(lǐng)域會是很具性價比的一款產(chǎn)品。 盛弘有源濾波器（APF）及靜止無功器（SVG）便是一款兼具三相不平衡及無功補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)品，它們可以在補(bǔ)償無功提高功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，解決三相不平衡電流。其原理是通過CT實(shí)時檢測電流信息，然后將采集信息發(fā)給DSP數(shù)字控制處理器分析，之后驅(qū)動功率電路、和利用內(nèi)部儲能電容將系統(tǒng)三相不平衡電流轉(zhuǎn)移、均勻分配，使三相電流達(dá)到平衡狀態(tài)，具體原理如

12、下(以SVG為例)：14 如圖1所示，假設(shè)A、B、C三相負(fù)載電流分別為：5A、10A、15A，這時候我們就認(rèn)為此系統(tǒng)的三相電流出現(xiàn)了不平衡，三相電流完全平衡的狀態(tài)應(yīng)該是A、B、C三相電流全部為10A。圖115 盛弘SVG在運(yùn)行時，會通過外接電流互感器（CT）實(shí)時檢測系統(tǒng)電流，然后將CT采集到的電流信息發(fā)給內(nèi)部控制器進(jìn)行處理，經(jīng)過控制器分析之后， SVG就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電流不平衡狀態(tài)，同時計算出三相電流達(dá)到平衡狀態(tài)所需轉(zhuǎn)換的電流值。以圖1為例，A相電流想達(dá)到平衡狀態(tài)則需要增加5A的電流，B相電流正好為10A無需調(diào)整，C相電流想達(dá)到平衡狀態(tài)則需要減少5A的電流。計算完成之后，控制器就會通過IGBT驅(qū)

13、動電路來驅(qū)動IGBT動作，從而使得電流從系統(tǒng)C相流入SVG 5A，從SVG內(nèi)部流出5A到系統(tǒng)A相。從而使得A、B、C三相電流全部重新分配為10A，而系統(tǒng)的三相總電流保持不變。當(dāng)然，這一系列的計算及控制動作都是在很短的時間內(nèi)完成的，并且，在這一過程中 SVG只是起到一個重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量（如風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)、控制器件的能量消耗、開關(guān)器件的能量消耗）。16 正如通常我們所說的電流值的大小是電流有效值一樣，我們前文所述的SVG分流電流的大小也是在一定時間內(nèi)的有效值。而實(shí)際上SVG補(bǔ)償三相不平衡時開關(guān)器件的動作都是瞬時的。 在某一個瞬時，C相的IGBT動作，將C相的交流電整流為直流電之后儲存在SVG內(nèi)部的母線電容中，如圖2所示。圖217 而在另一個瞬時，A相的IGBT動作，裝SVG內(nèi)部的母線電容（A、B、C公用同一組母線電容）上的直流電進(jìn)行逆變，然后釋放到系統(tǒng)A相上，如圖3所示。圖318 盛弘 SVG的動作是瞬時的，而在某一段時間內(nèi)其收發(fā)電流的有效值卻是平衡的，因此可以將其動作的結(jié)果理解為分流作用，使得系統(tǒng)三相電流的有效值達(dá)到一個平衡狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)三相電流都偏離平衡點(diǎn)時，補(bǔ)償原理與以上所述的兩相偏離平衡點(diǎn)的狀況類似。其根本原則就是將某相