三相不平衡

三相不平衡

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,且幅值差超過規定範圍。配電變壓器是低壓電網的供電主設備,當其在三相負載不平衡工況下運行時,將會造成配變損耗的增加。當配變在三相負載平衡時運行,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。由於不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量,當這種不平衡的電壓輸入電動機後,負序電壓產生鏇轉磁場與正序電壓產生的鏇轉磁場相反,起到制動作用。

解決辦法

由不對稱負荷引起的電網三相電壓不平衡可以採取的解決辦法:

1、將不對稱負荷分散接在不同的供電點,以減少集中連線造成不平衡度嚴重超標的問題。

2、使用交叉換相等辦法使不對稱負荷合理分配到各相,儘量使其平衡化。

3、加大負荷接入點的短路容量,如改變網路或提高供電電壓級別提高系統承受不平衡負荷的能力。

4、裝設平衡裝置。 簡要列出以上幾種解決三相電壓或電流不平衡對電網及電能質量危害的技術措施。

具體應該採取哪一種措施更為合理有效,還要根據實際情況,經過技術和經濟比較後確定實施。

在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中:由於用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用,並且負荷大小不同和用電時間的不同。所以,電網中三相間的不平衡電流是客觀存在的,並且這種用電不平衡狀況無規律性,也無法事先預知。導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。對於三相不平衡電流,電力部門除了儘量合理地分配負荷之外幾乎沒有什麼行之有效的解決辦法。

電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損,還會增加變壓器的鐵損,降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行,最終會造成三相電壓的不平衡。

調整不平衡電流無功補償裝置-自動調補電容器組,有效地解決了這個難題,該裝置具有在補償系統無功的同時調整不平衡有功電流的作用。其理論結果可使三相功率因數均補償至1,三相電流調整至平衡。實際套用表明,可使三相功率因數補償到0.95以上,使不平衡電流調整到變壓器額定電流的10%以內。

根據wangs定理(王氏定理),在相間跨接的電容可以在相間轉移有功電流。調整不平衡電流無功補償裝置就是利用wangs定理來進行設計的,在各相與相之間以及各相與零線之間恰當地接入不同數量的電容器,不但可以使各相都得到良好的補償,而且可以調整不平衡有功電流。

換相開關通過智慧型化邏輯判斷自動選擇供電相,自動調整三相負荷的不平衡。降低電能在傳輸過程中的損耗,最大化的提高電能利用率的同時增強了電網供電的可靠性

危害

1.增加線路的電能損耗。在三相四線制供電網路中,電流通過線路導線時,因存在阻抗必將產生電能損耗,其損耗與通過電流的平方成正比。當低壓電網以三相四線制供電時,由於有單相負載存在,造成三相負載不平衡在所難免。當三相負載不平衡運行時,中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗,而且中性線也產生損耗,從而增加了電網線路的損耗。

2.增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓電網的供電主設備,當其在三相負載不平衡工況下運行時,將會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,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。假如當配變處於三相負載不平衡工況下運行,負載輕的一相就有富餘容量,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。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運行,其輸出的容量就無法達到額定值,其備用容量亦相應減少,過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行,即極易引發配變發熱,嚴重時甚至會造成配變燒損。

4.配變產生零序電流。配變在三相負載不平衡工況下運行,將產生零序電流,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,則其鐵芯中將產生零序磁通。(高壓側沒有零序電流)這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道通過,而鋼構件的導磁率較低,零序電流通過鋼構件時,即要產生磁滯和渦流損耗,從而使配變的鋼構件局部溫度升高甚至發熱。配變的繞組絕緣也可能因過熱而加快老化,導致設備壽命降低。同時,零序電流的存在也會增加配變的損耗。

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,配變在三相負載不平衡時運行,三相輸出電流不一樣,而中性線就會有電流通過。因而使中性線產生阻抗壓降,從而導致中性點漂移,致使各相相電壓發生變化。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用電設備燒壞,而電壓低的一相接帶的用戶用電設備則可能無法使用。所以三相負載不平衡運行時,將嚴重危及用電設備的安全運行。

6.電動機效率降低。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。由於不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量,當這種不平衡的電壓輸入電動機後,負序電壓產生鏇轉磁場與正序電壓產生的鏇轉磁場相反,起到制動作用。但由於正序磁場比負序磁場要強得多,電動機仍按正序磁場方向轉動。而由於負序磁場的制動作用,必將引起電動機輸出功率減少,從而導致電動機效率降低。同時,電動機的溫升和無功損耗,也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行,是非常不經濟和不安全的。

三相不平衡的治理方式

傳統治理方式:
(1)、均勻分布負荷
方法:將不對稱負荷分散到不同的供電點,減少集中連線導致的不平衡度超標。
缺點:各個用戶的負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
方法:將不對稱負荷接到更高的電壓的級上供電,使連線點的短路容量足夠大,以提高系統承受不平衡的負荷能力。
缺點:改善了三相不平衡的用電環境,但沒有實質性的解決三相不平衡問題,且同樣存在一個客觀問題,用電設備都有自己的額定電壓,一般正常運行所允許的電壓偏差範圍並不大,所以將負荷接到更高電壓等級供電的方法不是很實際。
(3)、三相負荷自動平衡調整系統和電力電子自動倒閘裝置(三相不平衡治理設備)
原理:實現負荷接入相序的自動切改解決負荷接入相位更改的裝置,從根本上改變三相負荷不平衡。
缺點:受地區配電網結構、接入場地及發展時間等限制,在行業內還沒有統一的標準,其推廣套用也受到了各地方獨特情況的影響。
三相不平衡自動調節裝置(NADSPC):
通過外接電流互感器(CT)實時檢測系統電流,並將系統電流信息傳送給內部控制器進行處理分析,以判斷系統是否處於不平衡狀態,同時計算出達到平衡狀態時各相所需轉換的電流值,然後將信號傳送給內部IGBT並驅動其動作,將不平衡電流從電流大的相轉移到電流小的相,最後達到三相平衡狀態。

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