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造成三相不平衡的原因
三相不平衡是指在電力系統(tǒng)中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規(guī)定范圍。各相負(fù)載分布不均、單相負(fù)載用電的不同時性、以及單相大功率負(fù)載接入是導(dǎo)致三相不平衡的主要原因。由于城市民用電網(wǎng)及農(nóng)用電網(wǎng)中存在大量單相負(fù)載,使得當(dāng)今三相不平衡現(xiàn)象普遍存在且尤為嚴(yán)重。 電網(wǎng)中的三相不平衡會增加線路及變壓器的銅損,增加變壓器的鐵損,降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\行,會造成因三相電壓不平衡而降低供電質(zhì)量,甚至?xí)绊戨娔茏兊木榷斐捎嬃繐p失。
三相不平衡的危害
1.增加線路及配電變壓器電能損耗
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)相電流平衡的時候,系統(tǒng)的電能損耗Z小。
例如設(shè)某系統(tǒng)的三相線路、變壓器繞組每相的總阻抗為Z(暫不記中性線),如果三相電流平衡,IA=100A,IB=100A,IC=1OOA,則:
總損耗=100²Z+100²Z+100²Z=30000Z。
如果三相電流不平衡,IA=50A,IB=100A,IC=15OA,則:
總損耗=50²Z+100²Z+150²Z=35000Z。比平衡狀態(tài)的損耗增加了17%。
在Z嚴(yán)重的狀態(tài)下,如果IA=0A,IB=0A,IC=30OA,則; 總損耗=300²Z =90000Z。比平衡狀態(tài)的損耗增加了3倍。 可見不平衡度愈嚴(yán)重,所造成損耗越大。
2.降低配變變壓器出力以及增加鐵損
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。
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?,則其鐵芯中將產(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。
3.電動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)輸出功率減少,從而導(dǎo)致電動機(jī)效率降低。同時,電動機(jī)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(jī)在三相電壓不平衡狀況下運行,是非常不經(jīng)濟(jì)和不安全的。
4.影響用電設(shè)備的安全運行
三相負(fù)荷平衡是安全供電的基礎(chǔ)。三相負(fù)荷不平衡,輕則降低線路和配電變壓器的供電效率,重則會因重負(fù)荷相超載過多,可能造成某相導(dǎo)線燒斷、開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴(yán)重后果。
由于配變是根據(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。當(dāng)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。
5.影響用戶用電質(zhì)量
當(dāng)三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱,中性點電位就會發(fā)生偏移,線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏低,電燈不亮、電器效能降低、小水泵易燒毀等問題。而接在輕負(fù)荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏高,可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。對動力用戶來說,三相電壓不平衡,會引起電機(jī)過熱現(xiàn)象。所以只有三相負(fù)荷平衡才能保證用戶的電能質(zhì)量。
6. 影響電能計量精度
根據(jù)對稱分量法,三相不平衡電流可以分解為三相平衡的正序、負(fù)序、和零序三個分量。負(fù)序和零序電流分量的存在必然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。即使在高壓側(cè),雖然零序電流在變壓器內(nèi)環(huán)流,不會向系統(tǒng)傳遞,但負(fù)序電流分量可以豪無阻礙地向系統(tǒng)傳遞,因此仍然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。
三相不平衡的解決方法
(一)傳統(tǒng)解決方法
1、均勻分布負(fù)荷
將不對稱負(fù)荷分散到不同的供電點,減少集中連接導(dǎo)致的不平衡度超標(biāo),此種方法無需任何設(shè)備投資,只需將單相負(fù)載均勻分布到A、B、C三相就可以改善三相不平衡,但我們需要面對一個客觀的問題,各個用戶的負(fù)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
將不對稱負(fù)荷接到更高的電壓的級上供電,使連接點的短路容量足夠大,以提高系統(tǒng)承受不平衡的負(fù)荷能力。此方法改善了三相不平衡的用電環(huán)境,但沒有實質(zhì)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(shè)備都有自己的額定電壓,一般正常運行所允許的電壓偏差范圍并不大,所以將負(fù)荷接到更高電壓等級供電的方法不是很實際。
3、電感與電容組合調(diào)整
此種方法是在不平衡的三相中、選擇在相與相之間跨接電容與電阻,可提高每相的功率因數(shù),轉(zhuǎn)移相間有功功率,以平衡三相電流,但此方法需要投入電感,在調(diào)節(jié)不平衡電流裝置中安裝電感式件很麻煩的事情,電感又大又重,成本也高,損耗也大,雖說電網(wǎng)中大多數(shù)負(fù)載為感性,可利用其中的電感,只需接入電容,但接入電容很講究方法,稍有不合理便不能達(dá)到理想的治理效果,所以從經(jīng)濟(jì)性、簡易性角度此方法還需考慮。
(二)新型三相平衡技術(shù)
三相不平衡智能調(diào)節(jié)器:三相不平衡智能調(diào)節(jié)器(Smart Three-phaseUnbalanced Regulator,簡稱 STUR),北京領(lǐng)步公司研發(fā)成功的LBSTUR系列三相不平衡智能調(diào)節(jié)器是一種用于動態(tài)治理電網(wǎng)三相不平衡、補償無功的新型電力電子裝置, 它能夠根據(jù)電網(wǎng)用戶由于不同時間段或不同負(fù)荷導(dǎo)致的電網(wǎng)三相不平衡電流, 利用先進(jìn)控制算法分離出不平衡電流的正負(fù)零序及無功,通過觸發(fā)功率器件 IGBT,使逆變器發(fā)出與之相反的抵消電流,達(dá)到消除不平衡及補償無功的作用。獲取產(chǎn)品更多信息,請點擊下圖:
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