分相補償裝置可以補償不平衡的無(wú)功電流，但是對于不平衡的有功電流無(wú)能為力。實(shí)際上，經(jīng)過(guò)恰當設計的無(wú)功補償裝置，不但可以將三相的功率因數均補償至1，而且可以將三相間的不平衡有功電流調整至平衡。

1、怎樣調整不平衡電流

在很久以前，電學(xué)奇才斯坦因梅茨（C.P.Steinmetz）就已經(jīng)找到了利用無(wú)功補償來(lái)平衡三相電流的解決辦法。在《電力系統無(wú)功功率控制》一書(shū)中有比較詳細的介紹，有興趣的讀者不妨一讀。

斯坦因梅茨的辦法有兩個(gè)缺點(diǎn)：其一是計算過(guò)程比較繁復，讀者很難從計算過(guò)程中領(lǐng)會(huì )這種調整不平衡電流方法的物理意義。其二是只能適用于三相三線(xiàn)系統，當應用于三相四線(xiàn)系統時(shí)，如果零線(xiàn)電流不為零，就會(huì )出現較大的誤差。

筆者在多年研究無(wú)功補償技術(shù)的基礎上，總結出了一套簡(jiǎn)明易懂的調整不平衡電流理論與計算方法，下面就進(jìn)行介紹。

2、調整不平衡電流的基本原理

要了解首調整不平衡電流的基本原理，首先要了解wangs定理，讀者可以參見(jiàn)本博客中的Wangs定理一文。

在了解wangs定理的前提下，這里具體介紹一下怎樣調整不平衡有功電流。

設有一個(gè)電阻連接在A(yíng)相與B相兩端，這是一個(gè)典型的不平衡負荷，調整不平衡電流的目標就是將這個(gè)電阻的電流平均分配到三相當中去，具體的方法如圖1所示：

利用wangs定理的基本概念，在A(yíng)相與C相之間接入一個(gè)適當的電感L將A相有功電流的1/3轉移到C相，這時(shí)電感L在A(yíng)相產(chǎn)生的感性無(wú)功電流恰好將電阻在A(yíng)相產(chǎn)生的容性無(wú)功電流抵消掉。在B相與C相之間接入一個(gè)適當的電容C將B相有功電流的1/3轉移到C相，這時(shí)電容C在B相產(chǎn)生的容性無(wú)功電流恰好將電阻在B相產(chǎn)生的感性無(wú)功電流抵消掉。電感L在C相產(chǎn)生的感性無(wú)功電流恰好將電容C在C相產(chǎn)生的容性無(wú)功電流抵消掉。這樣三相電流完全平衡，并且三相的功率因數全等于1。

設有一個(gè)電阻連接在A(yíng)相與零線(xiàn)之間，這是另一個(gè)典型的不平衡負荷，調整不平衡電流的目標就是將這個(gè)電阻的電流平均分配到三相當中去，具體的方法如圖2所示：

在A(yíng)相與C相之間接入一個(gè)適當的電感L1將A相有功電流的1/3轉移到C相，在A(yíng)相與B相之間接入一個(gè)適當的電容C1將A相有功電流的1/3轉移到B相，這時(shí)電感L1在A(yíng)相產(chǎn)生的感性無(wú)功電流恰好將電容C1在A(yíng)相產(chǎn)生的容性無(wú)功電流抵消掉。在B相與零線(xiàn)之間接入一個(gè)電感L2將電容C1在B相產(chǎn)生的容性無(wú)功電流抵消掉。在C相與零線(xiàn)之間接入一個(gè)電容C2將電感L1在C相產(chǎn)生的感性無(wú)功電流抵消掉。于是三相電流完全平衡，并且三相的功率因數全等于1。

一個(gè)實(shí)際的有功負荷系統相當于在各相與相之間以及各相與零線(xiàn)之間分別接有不同的電阻，在計算的時(shí)候將各電阻分別單獨計算，然后按疊加原理加在一起就可以確定各相與相之間以及各相與零線(xiàn)之間需要接入的電感和電容數量。在疊加的過(guò)程中，如果某一路既有電感又有電容，則進(jìn)行抵消處理，例如：計算得出A相與B相之間應接入15Kvar的電感和7Kvar的電容，則抵消處理之后僅剩8Kvar的電。

以上介紹的方法需要使用電感，在實(shí)際的無(wú)功補償裝置中使用電感是不適合的，因為電感的價(jià)格高、損耗大、重量大。所幸的是，實(shí)際的電力系統負荷總是存在電感的，正因為負荷存在電感，才需要進(jìn)行無(wú)功補償，于是我們就可以利用負荷的電感來(lái)調整不平衡有功電流。理論計算與實(shí)踐經(jīng)驗均表明：只要在各相與相之間以及各相與零線(xiàn)之間恰當的接入不同數量的電容器，就可以在無(wú)功補償的同時(shí)調整不平衡有功電流。并且接入的電容器總Kvar數與分相補償裝置將各相功率因數補償至1所需要的總Kvar數相同。

由于調整不平衡有功電流需要利用負荷的電感，因此負荷的功率因數越低意味著(zhù)可以利用的電感越多，則調整不平衡有功電流的能力就越強。計算表明：如果負荷的功率因數為0.7，那么最大相電流是最小相電流2倍的情況可以調整到平衡。如果負荷的功率因數為0.85，那么最大相電流是最小相電流1.5倍的情況可以調整平衡。如果負荷的功率因數為1，那么意味著(zhù)沒(méi)有可以利用的電感，因此無(wú)法進(jìn)行不平衡調整。

下面舉一例說(shuō)明如何連接電容器來(lái)達到即補償功率因數又調整不平衡電流的目的。

設有一用電系統如圖3所示：

這是一個(gè)功率因數很低且三相嚴重不平衡的例子，三相的功率因數均為0.707。C相電流比A相電流大一倍。在這個(gè)例子里，由于負荷含有足夠多的電感，因此只要恰當地投入電容器，就可以使三相的功率因數均為1，并且三相電流平衡。電容器的接法如圖4所示：

由圖6中的數據可知，補償電容器的總容量恰好等于負荷中的電感總容量，補償后三相的功率因數均等于1，三相的有功電流雖然沒(méi)有完全平衡，但不平衡程度大大減輕，零線(xiàn)電流明顯減小。

 

從以上的例子可以看出，只要恰當地在系統的各相線(xiàn)與相線(xiàn)之間及各相線(xiàn)與零線(xiàn)之間接入不同數量的單相電容器，就可以達到即補償功率因數又調整不平衡有功電流的目的。并且投入的電容器總量與將三相的功率因數均補償至1所需的電容器總量相同。雖然計算方法十分復雜，但在計算機技術(shù)高度發(fā)達的今天，實(shí)現起來(lái)還是沒(méi)有問(wèn)題的。

 

3、幾種補償裝置的補償效果比較

在負荷平衡的情況下，各種形式補償裝置的使用效果從理論上都是一樣的，但是當負荷不平衡時(shí)，則使用效果就有很大的不同。

下面從理論上將幾種類(lèi)型的補償裝置進(jìn)行一下比較。設系統實(shí)際負荷情況如圖3所示。使用調整不平衡無(wú)功補償裝置的效果如圖4所示，這里不再重復。

如果使用三相電容器同時(shí)投切的補償裝置來(lái)進(jìn)行補償，由于三相的電感量不同，只能參照A相的電感量來(lái)進(jìn)行補償，否則A相就會(huì )產(chǎn)生過(guò)補償。補償后的結果示于圖7。從圖7與圖4的數據對比中可以看出，投入三相電容器后，雖然三相的電流都有所減小，但是三相間的不平衡程度反而有所加劇，未投電容器前C相與A相的電流比為2:1，投入電容器后C相與A相的電流比反而變成了2.24:1。投入電容器前后的零線(xiàn)電流沒(méi)有變化，這是因為零線(xiàn)電流是由不平衡電流引起的，三相電容器不接零線(xiàn)，所以零線(xiàn)電流不可能改變。從此例可以看出，三相電容器同時(shí)投切的補償裝置不適于在三相電流嚴重不平衡的系統中應用。

還以圖3所示實(shí)際負荷情況為例，如果使用單相電容器分相投切的補償裝置來(lái)進(jìn)行補償，補償后的結果示于圖8。從圖8與圖4的數據對比中可以看出，投入相應的單相電容器后，三相的電流都有所減小，三相間的不平衡程度沒(méi)有變化，未投電容器前C相與A相的電流比電容器為2:1，投入電容器后C相與A相的電流比仍然是2:1。投入電容器后的零線(xiàn)電流減小，這是因為零線(xiàn)中的不平衡無(wú)功電流被消除掉了，只剩下不平衡的有功電流部分。從此例可以看出，在三相電流嚴重不平衡的系統中應用時(shí)，單相電容器分相投切的補償裝置比三相電容器同時(shí)投切的補償裝置的使用效果要好一些。

從以上的介紹中可以看出，使用調整不平衡電流功率因數補償裝置可以取得最好的效果，并且零線(xiàn)電流最小。

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