三相電不平衡的危害及解決措施

1、三相電不平衡的危害及解決措施第一頁(yè)，共18頁(yè)。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(gè)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(hào))和星形接法(符號(hào)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(duì)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(duì)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（220V）3（p=UI3）第二頁(yè)，共18頁(yè)。第三頁(yè)，共18頁(yè)。二、三相電不平

2、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(guò)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(shí)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(huì)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(huì)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?jì)量損失。第四頁(yè)，共18頁(yè)。2.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(guò)線路導(dǎo)線時(shí)，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗

3、，其損耗與通過(guò)電流的平方成正比,當(dāng)相電流平衡的時(shí)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?jiàn)不平衡度愈嚴(yán)重，所造成損耗越大。第五頁(yè)，共18頁(yè)。2降低配變變壓

4、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?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運(yùn)行工況設(shè)計(jì)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?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，其輸出的容量就無(wú)法達(dá)到額定值，其備用容量亦相應(yīng)減少，過(guò)載能力也降低。假如配變?cè)谶^(guò)載工況下運(yùn)行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐膳渥儫龘p。配變產(chǎn)生零序電流。配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡工況下運(yùn)行，將產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三

5、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?，則其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。 第六頁(yè)，共18頁(yè)。 高壓側(cè)沒(méi)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(guò)，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過(guò)鋼構(gòu)件時(shí)，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(guò)熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。同時(shí)，零序電流的存也會(huì)增加配變的損耗。3 3電動(dòng)機(jī)效率降低電動(dòng)機(jī)效率降低 配變?cè)谌嘭?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(gè)電壓分量，當(dāng)這種不平衡的電壓輸入電動(dòng)機(jī)后，負(fù)序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與正序電壓

6、產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反，起到制動(dòng)作用。但由于正序磁場(chǎng)比負(fù)序磁場(chǎng)要強(qiáng)得多，電動(dòng)機(jī)仍按正序磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。而由于負(fù)序磁場(chǎng)的制動(dòng)作用，必將引起電動(dòng)機(jī)輸出功率減少，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升和無(wú)功損耗，也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動(dòng)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。 第七頁(yè)，共18頁(yè)。4 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(huì)因重負(fù)荷相超載過(guò)多，可能造成某相導(dǎo)線燒斷、開(kāi)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(jì)的，其每相繞組的電阻

7、、漏抗和激磁阻抗基本一致。當(dāng)配變?cè)谌嘭?fù)載平衡時(shí)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?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)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(shí)，配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會(huì)有電流通過(guò)。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。 第八頁(yè)，共18頁(yè)。 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(wú)法使用。所以三相負(fù)載不平

8、衡運(yùn)行時(shí)，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)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(duì)稱，中性點(diǎn)電位就會(huì)發(fā)生偏移，線路壓降和功率損失就會(huì)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(wèn)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(duì)動(dòng)力用戶來(lái)說(shuō)，三相電壓不平衡，會(huì)引起電機(jī)過(guò)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。第九頁(yè)，共18頁(yè)。6. 影響電能計(jì)量影響影響電能計(jì)量影響 根據(jù)對(duì)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(gè)分量。負(fù)序和零序電流分量的存在必然會(huì)對(duì)計(jì)量?jī)x

9、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器內(nèi)環(huán)流，不會(huì)向系統(tǒng)傳遞，但負(fù)序電流分量可以豪無(wú)阻礙地向系統(tǒng)傳遞，因此仍然會(huì)對(duì)計(jì)量?jī)x表的精度產(chǎn)生影響。 第十頁(yè)，共18頁(yè)。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(duì)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(wú)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(duì)一個(gè)客觀的問(wèn)題，各個(gè)用戶的負(fù)荷量不一致且用電時(shí)間不一致，又不能人為控制，因此不能從根本上解決問(wèn)題。2 、增加短路容量、增加短路容量 將不對(duì)稱負(fù)荷接到更高的電壓的級(jí)上供電

10、，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。此方法改善了三相不平衡的用電環(huán)境，但沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的解決三相不平衡問(wèn)題，且同樣存在一個(gè)客觀問(wèn)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(jí)供電的方法不是很實(shí)際。 第十一頁(yè)，共18頁(yè)。3、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(shuō)電網(wǎng)中大多數(shù)負(fù)載為感性，可利用其中的電感，

11、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)濟(jì)性、簡(jiǎn)易性角度此方法還需考慮。第十二頁(yè)，共18頁(yè)。（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(shí)又能補(bǔ)償無(wú)功，那么這在電能質(zhì)量治理領(lǐng)域會(huì)是很具性價(jià)比的一款產(chǎn)品。 盛弘有源濾波器（APF）及靜止無(wú)功器（SVG）便是一款兼具三相不平衡及無(wú)功補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)品，它們可以在補(bǔ)償無(wú)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(guò)CT實(shí)時(shí)檢測(cè)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(dòng)功

12、率電路、和利用內(nèi)部?jī)?chǔ)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)，具體原理如下(以SVG為例)：第十三頁(yè)，共18頁(yè)。 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(shí)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1第十四頁(yè)，共18頁(yè)。 盛弘SVG在運(yùn)行時(shí)，會(huì)通過(guò)外接電流互感器（CT）實(shí)時(shí)檢測(cè)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(guò)控制器分析之后， SVG就會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電流不平衡狀態(tài)，同時(shí)計(jì)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

13、增加5A的電流，B相電流正好為10A無(wú)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(jì)算完成之后，控制器就會(huì)通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT動(dòng)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(jì)算及控制動(dòng)作都是在很短的時(shí)間內(nèi)完成的，并且，在這一過(guò)程中 SVG只是起到一個(gè)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(kāi)關(guān)器件的能量消耗）。第十五頁(yè)，共18頁(yè)。 正如通常我們所說(shuō)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

14、在一定時(shí)間內(nèi)的有效值。而實(shí)際上SVG補(bǔ)償三相不平衡時(shí)開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)作都是瞬時(shí)的。 在某一個(gè)瞬時(shí)，C相的IGBT動(dòng)作，將C相的交流電整流為直流電之后儲(chǔ)存在SVG內(nèi)部的母線電容中，如圖2所示。圖2第十六頁(yè)，共18頁(yè)。 而在另一個(gè)瞬時(shí)，A相的IGBT動(dòng)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3第十七頁(yè)，共18頁(yè)。 盛弘 SVG的動(dòng)作是瞬時(shí)的，而在某一段時(shí)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(dòng)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(gè)平衡狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)三相電流都偏離平衡點(diǎn)時(shí)，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多出來(lái)