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                              如何判斷和解決三相不平衡

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                              如何判斷和解決三相不平衡

                              發布日期:2019-11-17 作者: 點擊:

                                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:單相接地、斷線諧振等,運行管理人員只有將其正確區分開來,才能快速處理。

                                1. 斷線故障

                                如果一相斷線但未接地,或斷路器、隔離開關一相未接通,電壓互感器保險絲熔斷均造成三相參數不對稱。上一電壓等級線路一相斷線時,下一電壓等級的電壓表現為三個相電壓都降低,其中一相較低,另兩相較高但二者電壓值接近。本級線路斷線時,斷線相電壓為零,未斷線相電壓仍為相電壓。

                                2. 接地故障

                                當線路一相斷線并單相接地時,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

                                隨著工業的飛速發展,非線性電力負荷大量增加,某些負荷不僅產生諧波,還引起供電電壓波動與閃變,甚至引起三相電壓不平衡。

                                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題。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關。在電網系統中,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|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 點連接點的電壓不平衡。該標準規定:電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為 2%,短時間不得超過 4%。

                                三相電流不平衡度計算方法一般有以下常用的兩個公式:

                                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,故MAX(相電流-三相平均電流)=3A,所以三相電流不平衡度=3/7。

                                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,查找故障原因時不易找到故障點,此時可檢查特殊用戶,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升高。

                                另外,還要注意,空投母線切除部分線路或單相接地故障消失時,如出現接地信號,且一相、兩相或三相電壓超過線電壓,電壓表指針打到頭,并同時緩慢移動,或三相電壓輪流升高超過線電壓,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有專業的對于三相負荷平衡的知識概念,因此在接電的時候并沒有注意到要控制三相負荷平衡,只是盲目和隨意的進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力和照明混為一體的,所以在使用單相的用電設備時,用電的效率就會降低,這樣的差異進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經常出現的拆遷,移表或者用電用戶的增加;臨時用電和季節性用電的不穩定性。這樣在總量上和時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

                                在配電網的管理上,經常會忽略三相負荷分配中的管理問題。在配電網的檢測上,對配電變壓器的三相負荷也沒有進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、增加線路的電能損耗

                                在三相四線制供電網絡中,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,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。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發熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化,導致設備壽命降低。同時,零序電流的存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。由于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后,負序電壓產生旋轉磁場與正序電壓產生的旋轉磁場相反,起到制動作用。但由于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。而由于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。

                                為什么要治理三相不平衡?

                                一、對配電變壓器的影響

                                1、三相負荷不平衡將增加變壓器的損耗:變壓器的損耗包括空載損耗和負荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變,即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化,且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時,變壓器的負荷損耗可看成三只單相變壓器的負荷損耗之和。

                                從數學定理中我們知道:假設a、b、c 3個數都大于或等于零,那么a+b+c≥33√abc 。當a=b=c時,代數和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。因此我們可以假設變壓器的三相損耗分別為:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分別為變壓器二次負荷相電流,R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達式如下:Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)] 由此可知,變壓器的在負荷不變的情況下,當Ia=Ib=Ic時,即三相負荷達到平衡時,變壓器的損耗最小。

                                則變壓器損耗:

                                當變壓器三相平衡運行時,即Ia=Ib=Ic=I時,Qa+Qb+Qc=3I2R;

                                當變壓器運行在最大不平衡時,即Ia=3I,Ib=Ic=0時,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);即最大不平衡時的變損是平衡時的3倍。

                                2、三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重后果:上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍),超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組。

                                3、三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件溫升增高:在三相負荷不平衡運行下的變壓器,必然會產生零序電流,而變壓器內部零序電流的存在,會在鐵芯中產生零序磁通,這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴重時將導致變壓器運行事故。

                                二、對高壓線路的影響

                                1、增加高壓線路損耗:低壓側三相負荷平衡時,6~10k V高壓側也平衡,設高壓線路每相的電流為I,其功率損耗為:ΔP1 = 3I2R 低壓電網三相負荷不平衡將反映到高壓側,在最大不平衡時,高壓對應相為1.5I,另外兩相都為0.75 I,功率損耗為:ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R);即高壓線路上電能損耗增加12.5%。

                                2、增加高壓線路跳閘次數、降低開關設備使用壽命:我們知道高壓線路過流故障占相當比例,其原因是電流過大。低壓電網三相負荷不平衡可能引起高壓某相電流過大,從而引起高壓線路過流跳閘停電,引發大面積停電事故,同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命。

                                三、對配電屏和低壓線路的影響

                                1、三相負荷不平衡將增加線路損耗:三相四線制供電線路,把負荷平均分配到三相上,設每相的電流為I,中性線電流為零,其功率損耗為:ΔP1 = 3I2R 在最大不平衡時,即某相為3I,另外兩相為零,中性線電流也為3I,功率損耗為:ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍,換句話說,若最大不平衡時每月損失1200 kWh,則平衡時只損失200 kWh,由此可知調整三相負荷的降損潛力。

                                2、三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果:上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍),超載過多。由于發熱量Q=0.24I2Rt,電流增為3倍,則發熱量增為9倍,可能造成該相導線溫度直線上升,以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的50%,但在選擇時,有的往往偏小,加上接頭質量不好,使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。同理在配電屏上,造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞,因而整機損壞等嚴重后果。

                                四、對供電企業的影響

                                供電企業直管到戶,低壓電網損耗大,將降低供電企業的經濟效益,甚至造成供電企業虧損經營。農電工承包臺區線損,線損高農電工獎金被扣發,甚至連工資也得不到,必然影響農電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,一方面增大供電企業的供電成本,另一方面停電檢修、購貨更換造成長時間停電,少供電量,既降低供電企業的經濟效益,又影響供電企業的聲譽。

                                五、對用戶的影響

                                三相負荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質量,影響用戶的電器使用。變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經濟損失,如停電造成養殖的動植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。

                                如何改進三相不平衡?

                                01、注重對三相負荷的合理分配

                                在對三相負荷的分配問題上,電力工作人員應當在實際的工作中將相關的數據進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。其次,可以通過裝設平衡裝置的方式來達到更好三相平衡的分配問題。在一些采用低壓三相四線制的地g,可以增設調整不平衡電流無功補償裝置來解決經常出現的電網中的不平衡電流現象造成的各類后果。這樣的裝置不僅可以補償系統無功,而且也可以調整不平衡有功電流的作用。另外,根據實際情況中負荷矩的不同情況,適當的調整接線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,在任何一個可以確定的時刻,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相負載都可以同一個電阻和電容形成并聯的形式。因此,在不平衡電流治理電納補償理論的指導下,可以將不同性質符合的等效進行分析,確定相間和相對地的無功補償量。當配電變壓器要進行不平衡電流的補償時,應該滿足一下的幾點原則。一是需要注意到電流的治理應當有兩個內容,一個是補償功率因數,一個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功功率。第二點,在實際的工程施工時,應當采用全容性的治理方式,與電感補償相區分,避免出現嚴重過補償的情況。第三點是需要考慮到負荷是會隨著時間的變化而變化的,基于這種特性,補償量也應該根據負荷的變化進行適當的調整。第四點表現在裝置開關和補償設備的投切次數的限制,要在設計時將全天的優化方案進行策略的管理??傊?,在進行比例調節系數額設置時,需要同時考慮功率因數的限制條件以及過補償限制的條件。

                                03、增設對三相負荷的檢測調整

                                定期開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,相關部門應當開設檢測工作。電力的平衡不能是絕對的,只能是盡力做到相對的平衡,在實際的檢測工作中,各部門應當以國家和相關部門制定的平衡度的衡量指標作為一個標準,將檢測的結果進行專業的記錄和分析,對各相的負荷電流進行定期的檢測,以便于及時發現一些三相的不平衡狀況。當在檢測過程中發現有安全隱患的部位,要及時的進行調整和修改。對于檢測過程中未發現問題的部位,也應當提高瞽惕。在檢測結束以后,不僅需要進行數據的整理和分析,還要進行及時的反饋。這里的反饋主要是指根據檢測結果推斷出的三相需要進行的調整,以及對于新技術在三相中運用的可能性預測。通過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。

                                三相不平衡是電能質量的一個重要指標,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、線路參數或負荷不對稱。由于三相負荷的因素是不一定的,所以供電點的三相電壓和電流極易出現不平衡的現象,損耗線路。

                                不僅如此,其對供電點上的電動機也會造成不利的影響,危害電動機的正常運行。因此,如果三相不平衡超過了配電網可以承受的范圍,那么整體的電力系統的安全運行就會受到影響。


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                              關鍵詞:三相不平衡

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