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電能質(zhì)量
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解析——配電網(wǎng)三相不平衡

返回列表來源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2016-11-16分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂2

  三相不平衡是電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，雖然影響電力系統(tǒng)的因素有很多，但正常性不平衡的情況大多是因為三相云件、線路參數(shù)或負(fù)荷不對稱。由于三相負(fù)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(xiàn)不平衡的現(xiàn)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(wǎng)可以承受的范圍，那么整體的電力系統(tǒng)的安全運行就會受到影響。

  1、配電網(wǎng)三相不平衡的概況
  根據(jù)電工中的專業(yè)理論，多相系統(tǒng)可以分為兩大類，一個是對稱，一個是不對稱。在電網(wǎng)系統(tǒng)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(gòu)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。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，三相不平衡主要是包括：電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不可超過4%。三相電壓允許不平衡度可以作為一個電能質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

  2、配電網(wǎng)三相不平衡的原因
  第一個原因是三相負(fù)荷的不合理分配。很多的裝表接電的工作人員并沒有專業(yè)的對于三相負(fù)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(fù)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(fù)荷的不平衡。其次，我國的大多數(shù)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(shè)備時，用電的效率就會降低，這樣的差異進(jìn)一步加劇了配電變壓器三相負(fù)荷的不平衡狀況。

  第二個原因是用電負(fù)荷的不斷變化。造成用電負(fù)荷不穩(wěn)定的原因包括了地II經(jīng)常出現(xiàn)的拆遷，移表或者用電用戶的增加；臨時用電和季節(jié)性用電的不穩(wěn)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(fù)荷也不得不跟隨實際情況而變化。

  第三個原因是對于配變負(fù)荷的監(jiān)視力度的削弱。在配電網(wǎng)的管理上，經(jīng)常會忽略三相負(fù)荷分配中的管理問題。在配電網(wǎng)的檢測上，對配電變壓器的三相負(fù)荷也沒有進(jìn)行定期的檢測和調(diào)整。除此之外，還有很多因素造成了三相不平衡的現(xiàn)象，例如線路的影響以及三相負(fù)荷矩的不相等等。

  3、三相不平衡的危害
  （1）增加線路的電能損耗
  在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過線路導(dǎo)線時，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)以三相四線制供電時，由于有單相負(fù)載存在，造成三相負(fù)載不平衡在所難免。當(dāng)三相負(fù)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(chǎn)生損耗，從而增加了電網(wǎng)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(wǎng)的供電主設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)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(fù)載的不平衡度而變化的。

  （3）配變出力減少
  配變設(shè)計時，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的Z大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當(dāng)配變處于三相負(fù)載不平衡工況下運行，負(fù)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(fù)載的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負(fù)載不平衡時運行，其輸出的容量就無法達(dá)到額定值，其備用容量亦相應(yīng)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(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時甚至?xí)斐膳渥儫龘p。

  （4）配變產(chǎn)生零序電流
  配變在三相負(fù)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(fù)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?nèi)舸嬖诹阈螂娏鳎瑒t其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。(高壓側(cè)沒有零序電流)這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過鋼構(gòu)件時，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過
熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)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(shè)備的安全運行
  配變是根據(jù)三相負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當(dāng)配變在三相負(fù)載平衡時運行，其三相電流基本相等，配變內(nèi)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(fù)載不平衡時運行，其各相輸出電流就不相等，其配變內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在三相負(fù)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(chǎn)生阻抗壓降，從而導(dǎo)致中性點漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)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(shè)備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無法使用。所以三相負(fù)載不平衡運行時，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運行。

  （6）電動機效率降低
  配變在三相負(fù)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(fù)序、零序三個電壓分量，當(dāng)這種不平衡的電壓輸入電動機后，負(fù)序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負(fù)序磁場要強得多，電動機仍按正序磁場方向轉(zhuǎn)動。而由于負(fù)序磁場的制動作用，必將引起電動機輸出功率減少，從而導(dǎo)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(jīng)濟和不安全的。

  4、改進(jìn)配電網(wǎng)三相不平衡的技術(shù)
  ①注重對三相負(fù)荷的合理分配
  在對三相負(fù)荷的分配問題上，電力工作人員應(yīng)當(dāng)在實際的工作中將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的采集和記錄，達(dá)到能夠在一定程度上預(yù)測用電負(fù)荷的狀態(tài)。其次，可以通過裝設(shè)平衡裝置的方式來達(dá)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(shè)調(diào)整不平衡電流無功補償裝置來解決經(jīng)常出現(xiàn)的電網(wǎng)中的不平衡電流現(xiàn)象造成的各類后果。這樣的裝置不僅可以補償系統(tǒng)無功，而且也可以調(diào)整不平衡有功電流的作用。另外，根據(jù)實際情況中負(fù)荷矩的不同情況，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整接線方式也對合理分配三相負(fù)荷有一定的影響。

  ②對三相負(fù)荷中不平衡電流的治理方法
  根據(jù)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(xiàn)了三相不接地的不平衡負(fù)載，那么他們中的每一個相負(fù)載都可以同一個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(dǎo)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功補償量。當(dāng)配電變壓器要進(jìn)行不平衡電流的補償時，應(yīng)該滿足一下的幾點原則。一是需要注意到電流的治理應(yīng)當(dāng)有兩個內(nèi)容，一個是補償功率因數(shù)，一個是調(diào)節(jié)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(yīng)當(dāng)采用全容性的治理方式，與電感補償相區(qū)分，避免出現(xiàn)嚴(yán)重過補償?shù)那闆r。第三點是需要考慮到負(fù)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(yīng)該根據(jù)負(fù)荷的
變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。第四點表現(xiàn)在裝置開關(guān)和補償設(shè)備的投切次數(shù)的限制，要在設(shè)計時將全天的優(yōu)化方案進(jìn)行策略的管理?？傊?，在進(jìn)行比例調(diào)節(jié)系數(shù)額設(shè)置時，需要同時考慮功率因數(shù)的限制條件以及過補償限制的條件。

  ③增設(shè)對三相負(fù)荷的檢測調(diào)整
  定期開設(shè)對三相負(fù)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)部門應(yīng)當(dāng)開設(shè)檢測工作。電力的平衡不能是全面的，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(yīng)當(dāng)以國家和相關(guān)部門制定的平衡度的衡量指標(biāo)作為一個標(biāo)準(zhǔn)，將檢測的結(jié)果進(jìn)行專業(yè)的記錄和分析，對各相的負(fù)荷電流進(jìn)行定期的檢測，以便于及時發(fā)現(xiàn)一些三相的不平衡狀況。當(dāng)在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有安全隱患的部位，要及時的進(jìn)行調(diào)整和修改。對于檢測過程中未發(fā)現(xiàn)問題的部位，也應(yīng)當(dāng)提高瞽惕。在檢測結(jié)束以后，不僅需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析，還要進(jìn)行及時的反饋。這里的反饋主要是指根據(jù)檢測結(jié)果推斷出的三相需要進(jìn)行的調(diào)整，以及對于新技術(shù)在三相中運用的可能性預(yù)測。通過合理的檢測和對檢測結(jié)果的深入分析，我們可以在充分上避免不平衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低用電事故的出現(xiàn)。

  ④總結(jié)
  配電網(wǎng)的三相不平衡的問題不僅會干擾配電網(wǎng)其他設(shè)備的工作的正常運行，而且容易增加故障，縮短電力設(shè)備的壽命，進(jìn)而產(chǎn)生對通信系統(tǒng)干擾等較大的影響。它不僅影響的是配電網(wǎng)的安全運轉(zhuǎn)，更是整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益以及用戶的用情況。因此從根本上改進(jìn)配電網(wǎng)三相不平衡的問題是非常必要的，我們要進(jìn)行不斷的探索和研究。無論是在對三相的分配，還是管理以及后期的檢測調(diào)整，每一個環(huán)節(jié)都應(yīng)當(dāng)努力做到認(rèn)真細(xì)致，并且開拓新的技術(shù)來服務(wù)于配電網(wǎng)的發(fā)展。

三相不平衡原理圖

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