三相不平衡是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標,雖然影響電力系統的因素有很多,但正常性不平衡的情況大多是因為三相元件、線(xiàn)路參數或負荷不對稱(chēng)。由于三相負荷的因素是不一定的,所以供電點(diǎn)的三相電壓和電流極易出現不平衡的現象,損耗線(xiàn)路。不僅如此,其對供電點(diǎn)上的電動(dòng)機也會(huì )造成不利的影響,危害電動(dòng)機的正常運行。因此,如果三相不平衡超過(guò)了配電網(wǎng)可以承受的范圍,那么整體的電力系統的安全運行就會(huì )受到影響。
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?!峨娔苜|(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:
理想的三相波形圖與不平衡時(shí)的三相波形圖
三相電流不平衡度計算方法一般有以下常用的兩個(gè)公式:
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?
引起三相電壓不平衡的原因有多種,如:?jiǎn)蜗嘟拥?、斷線(xiàn)諧振等,運行管理人員只有將其正確區分開(kāi)來(lái),才能快速處理。
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
在對三相負荷的分配問(wèn)題上,電力工作人員應當在實(shí)際的工作中將相關(guān)的數據進(jìn)行認真的采集和記錄,達到能夠在一定程度上預測用電負荷的狀態(tài)。其次,可以通過(guò)裝設平衡裝置的方式來(lái)達到更好三相平衡的分配問(wèn)題。在一些采用低壓三相四線(xiàn)制的地g,可以增設調整不平衡電流無(wú)功補償裝置來(lái)解決經(jīng)常出現的電網(wǎng)中的不平衡電流現象造成的各類(lèi)后果。這樣的裝置不僅可以補償系統無(wú)功,而且也可以調整不平衡有功電流的作用。另外,根據實(shí)際情況中負荷矩的不同情況,適當的調整接線(xiàn)方式也對合理分配三相負荷有一定的影響。
02
對三相負荷中不平衡電流的治理方法
根據不平衡電流電納的補償原理,在任何一個(gè)可以確定的時(shí)刻,主要出現了三相不接地的不平衡負載,那么他們中的每一個(gè)相負載都可以同一個(gè)電阻和電容形成并聯(lián)的形式。因此,在不平衡電流治理電納補償理論的指導下,可以將不同性質(zhì)符合的等效進(jìn)行分析,確定相間和相對地的無(wú)功補償量。當配電變壓器要進(jìn)行不平衡電流的補償時(shí),應該滿(mǎn)足一下的幾點(diǎn)原則。一是需要注意到電流的治理應當有兩個(gè)內容,一個(gè)是補償功率因數,一個(gè)是調節三相電流不平衡,這兩者共同確定了補償所需要的無(wú)功功率。第二點(diǎn),在實(shí)際的工程施工時(shí),應當采用全容性的治理方式,與電感補償相區分,避免出現嚴重過(guò)補償的情況。第三點(diǎn)是需要考慮到負荷是會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變化而變化的,基于這種特性,補償量也應該根據負荷的變化進(jìn)行適當的調整。第四點(diǎn)表現在裝置開(kāi)關(guān)和補償設備的投切次數的限制,要在設計時(shí)將全天的優(yōu)化方案進(jìn)行策略的管理??傊?,在進(jìn)行比例調節系數額設置時(shí),需要同時(shí)考慮功率因數的限制條件以及過(guò)補償限制的條件。
03
增設對三相負荷的檢測調整
定期開(kāi)設對三相負荷的檢測工作也是非常必要的。在對三相符合的合理分配以及控制后,相關(guān)部門(mén)應當開(kāi)設檢測工作。電力的平衡不能是絕對的,只能是盡力做到相對的平衡,在實(shí)際的檢測工作中,各部門(mén)應當以國家和相關(guān)部門(mén)制定的平衡度的衡量指標作為一個(gè)標準,將檢測的結果進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的記錄和分析,對各相的負荷電流進(jìn)行定期的檢測,以便于及時(shí)發(fā)現一些三相的不平衡狀況。當在檢測過(guò)程中發(fā)現有安全隱患的部位,要及時(shí)的進(jìn)行調整和修改。對于檢測過(guò)程中未發(fā)現問(wèn)題的部位,也應當提高瞽惕。在檢測結束以后,不僅需要進(jìn)行數據的整理和分析,還要進(jìn)行及時(shí)的反饋。這里的反饋主要是指根據檢測結果推斷出的三相需要進(jìn)行的調整,以及對于新技術(shù)在三相中運用的可能性預測。通過(guò)合理的檢測和對檢測結果的深入分析,我們可以在最大程度上避免不平衡現象的出現,降低用電事故的出現。
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