三相不平衡的基本概念
三相不平衡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(guò)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(wèn)題。
發(fā)生三相不平衡即與用戶(hù)負荷特性有關(guān),同時(shí)與電力系統的規劃、負荷分配也有關(guān)。在電網(wǎng)系統中,三相平衡主要指的是三相的電壓相量的大小相等,而且如果按照A、B、C的順序進(jìn)行排列,他們兩兩之間構成的角度都為2n/3。
而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。《電能質(zhì)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(diǎn)連接點(diǎn)的電壓不平衡。
該標準規定:電力系統公共連接點(diǎn)正常運行方式下不平衡度允許值為 2%,短時(shí)間不得超過(guò) 4%。
圖例:
不平衡度%=(最大電流-最小電流)/最大電流×100%
不平衡度%=(MAX相電流-三相平均電流)/三相平均電流×100%
舉個(gè)例子:
三相電流分別為IA=9A IB=8A IC=4A,則三相平均電流為7A,相電流-三相平均電流分別為2A 1A 3A,取差值最大那個(gè),故MAX(相電流-三相平均電流)=3A,所以三相電流不平衡度=3/7。
引起三相不平衡的原因有哪些?
1. 斷線(xiàn)故障
如果一相斷線(xiàn)但未接地,或斷路器、隔離開(kāi)關(guān)一相未接通,電壓互感器保險絲熔斷均造成三相參數不對稱(chēng)。上一電壓等級線(xiàn)路一相斷線(xiàn)時(shí),下一電壓等級的電壓表現為三個(gè)相電壓都降低,其中一相較低,另兩相較高但二者電壓值接近。本級線(xiàn)路斷線(xiàn)時(shí),斷線(xiàn)相電壓為零,未斷線(xiàn)相電壓仍為相電壓。
2. 接地故障
當線(xiàn)路一相斷線(xiàn)并單相接地時(shí),雖引起三相電壓不平衡,但接地后電壓值不改變。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地,故障相電壓為零或接近零,非故障相電壓升高1.732倍,且持久不變;非金屬性接地,接地相電壓不為零而是降低為某一數值,其他兩相升高不到1.732倍。
3. 諧振原因
隨著(zhù)工業(yè)的飛速發(fā)展,非線(xiàn)性電力負荷大量增加,某些負荷不僅產(chǎn)生諧波,還引起供電電壓波動(dòng)與閃變,甚至引起三相電壓不平衡。
諧振引起三相電壓不平衡有兩種:
(1)基頻諧振
基頻諧振,特征類(lèi)似于單相接地,即一相電壓降低,另兩相電壓升高,查找故障原因時(shí)不易找到故障點(diǎn),此時(shí)可檢查特殊用戶(hù),若不是接地原因,可能就是諧振引起的。
(2)分頻諧振
另一種是分頻諧振或高頻諧振,特征是三相電壓同時(shí)升高。
另外,還要注意,空投母線(xiàn)切除部分線(xiàn)路或單相接地故障消失時(shí),如出現接地信號,且一相、兩相或三相電壓超過(guò)線(xiàn)電壓,電壓表指針打到頭,并同時(shí)緩慢移動(dòng),或三相電壓輪流升高超過(guò)線(xiàn)電壓,遇到這種情況,一般均屬諧振引起。
4. 三相負荷的不合理分配
很多的裝表接電的工作人員并沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的對于三相負荷平衡的知識概念,因此在接電的時(shí)候并沒(méi)有注意到要控制三相負荷平衡,只是盲目和隨意的進(jìn)行電路的接電荷裝表,這在很大程度上造成了三相負荷的不平衡。其次,我國的大多數電路都是動(dòng)力和照明混為一體的,所以在使用單相的用電設備時(shí),用電的效率就會(huì )降低,這樣的差異進(jìn)一步加劇了配電變壓器三相負荷的不平衡狀況。
5. 用電負荷的不斷變化
造成用電負荷不穩定的原因包括了地II經(jīng)常出現的拆遷,移表或者用電用戶(hù)的增加;臨時(shí)用電和季節性用電的不穩定性。這樣在總量上和時(shí)間上的不確定和不集中性使得用電的負荷也不得不跟隨實(shí)際情況而變化。
6. 對于配變負荷的監視力度的削弱
在配電網(wǎng)的管理上,經(jīng)常會(huì )忽略三相負荷分配中的管理問(wèn)題。在配電網(wǎng)的檢測上,對配電變壓器的三相負荷也沒(méi)有進(jìn)行定期的檢測和調整。除此之外,還有很多因素造成了三相不平衡的現象,例如線(xiàn)路的影響以及三相負荷矩的不相等等。
三相不平衡有哪些危害?
1、增加線(xiàn)路的電能損耗
在三相四線(xiàn)制供電網(wǎng)絡(luò )中,電流通過(guò)線(xiàn)路導線(xiàn)時(shí),因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗,其損耗與通過(guò)電流的平方成正比。當低壓電網(wǎng)以三相四線(xiàn)制供電時(shí),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(shí),中性線(xiàn)即有電流通過(guò)。這樣不但相線(xiàn)有損耗,而且中性線(xiàn)也產(chǎn)生損耗,從而增加了電網(wǎng)線(xiàn)路的損耗。
2、增加配電變壓器的電能損耗
配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設備,當其在三相負載不平衡工況下運行時(shí),將會(huì )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。
3、配變出力減少
配變設計時(shí),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(guān)。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(shí)運行,其輸出的容量就無(wú)法達到額定值,其備用容量亦相應減少,過(guò)載能力也降低。假如配變在過(guò)載工況下運行,即極易引發(fā)配變發(fā)熱,嚴重時(shí)甚至會(huì )造成配變燒損。
4、配變產(chǎn)生零序電流
配變在三相負載不平衡工況下運行,將產(chǎn)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(chǎn)生零序磁通。(高壓側沒(méi)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(guò),而鋼構件的導磁率較低,零序電流通過(guò)鋼構件時(shí),即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗,從而使配變的鋼構件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過(guò)熱而加快老化,導致設備壽命降低。同時(shí),零序電流的存也會(huì )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(shí)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(shí)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(shí),配變在三相負載不平衡時(shí)運行,三相輸出電流不一樣,而中性線(xiàn)就會(huì )有電流通過(guò)。因而使中性線(xiàn)產(chǎn)生阻抗壓降,從而導致中性點(diǎn)漂移,致使各相相電壓發(fā)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(hù)用電設備燒壞,而電壓低的一相接帶的用戶(hù)用電設備則可能無(wú)法使用。所以三相負載不平衡運行時(shí),將嚴重危及用電設備的安全運行。
6、電動(dòng)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(zhù)正序、負序、零序三個(gè)電壓分量,當這種不平衡的電壓輸入電動(dòng)機后,負序電壓產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)與正序電壓產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)相反,起到制動(dòng)作用。但由于正序磁場(chǎng)比負序磁場(chǎng)要強得多,電動(dòng)機仍按正序磁場(chǎng)方向轉動(dòng)。而由于負序磁場(chǎng)的制動(dòng)作用,必將引起電動(dòng)機輸出功率減少,從而導致電動(dòng)機效率降低。同時(shí),電動(dòng)機的溫升和無(wú)功損耗,也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動(dòng)機在三相電壓不平衡狀況下運行,是非常不經(jīng)濟和不安全的。
如何改進(jìn)三相不平衡?
01
注重對三相負荷的合理分配
02
對三相負荷中不平衡電流的治理方法
03
增設對三相負荷的檢測調整