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如何判断和解决三相不平衡

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如何判断和解决三相不平衡

来源:ag国际亚游登录平台 发布日期:2019-11-17 作者: 点击:

  引起三相不平衡的原因有哪些?

  引起三相电压不平衡的原因有多种,如:单相接地、断线谐振等,运行管理人员只有将其正确区分开来,才能快速处理。

  1. 断线故障

  如果一相断线但未接地,或断路器、隔离开关一相未接通,电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。上一电压等级线路一相断线时,下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低,其中一相较低,另两相较高但二者电压值接近。本级线路断线时,断线相电压为零,未断线相电压仍为相电压。

  2. 接地故障

  当线路一相断线并单相接地时,虽引起三相电压不平衡,但接地后电压值不改变。单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地,故障相电压为零或接近零,非故障相电压升高1.732倍,且持久不变;非金属性接地,接地相电压不为零而是降低为某一数值,其他两相升高不到1.732倍。

  3. 谐振原因

  随着工业的飞速发展,非线性电力负荷大量增加,某些负荷不仅产生谐波,还引起供电电压波动与闪变,甚至引起三相电压不平衡。

  三相不平衡的基本概念

  三相不平衡是指在电力系统中三相电流(或电压)幅值不一致,且幅值差超过规定范围。由于各相电源所加的负荷不均衡所致,属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关,同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。在电网系统中,三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等,而且如果按照A、B、C的顺序进行排列,他们两两之间构成的角度都为2n/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为 50 赫兹。在电力系统正常运行方式下,由于负序分量而引起的 PCC 点连接点的电压不平衡。该标准规定:电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为 2%,短时间不得超过 4%。

  三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式:

  不平衡度%=(最大电流-最小电流)/最大电流×100%

  不平衡度%=(MAX相电流-三相平均电流)/三相平均电流×100%

  举个例子:

  三相电流分别为IA=9A IB=8A IC=4A,则三相平均电流为7A,相电流-三相平均电流分别为2A 1A 3A,取差值最大那个,故MAX(相电流-三相平均电流)=3A,所以三相电流不平衡度=3/7。

  谐振引起三相电压不平衡有两种:

  (1)基频谐振

  基频谐振,特征类似于单相接地,即一相电压降低,另两相电压升高,查找故障原因时不易找到故障点,此时可检查特殊用户,若不是接地原因,可能就是谐振引起的。

  (2)分频谐振

  另一种是分频谐振或高频谐振,特征是三相电压同时升高。

  另外,还要注意,空投母线切除部分线路或单相接地故障消失时,如出现接地信号,且一相、两相或三相电压超过线电压,电压表指针打到头,并同时缓慢移动,或三相电压轮流升高超过线电压,遇到这种情况,一般均属谐振引起。

  4. 三相负荷的不合理分配

  很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念,因此在接电的时候并没有注意到要控制三相负荷平衡,只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表,这在很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次,我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的,所以在使用单相的用电设备时,用电的效率就会降低,这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。

  5. 用电负荷的不断变化

  造成用电负荷不稳定的原因包括了地II经常出现的拆迁,移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。

  6. 对于配变负荷的监视力度的削弱

  在配电网的管理上,经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检测上,对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外,还有很多因素造成了三相不平衡的现象,例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。

  三相不平衡有哪些危害?

  1、增加线路的电能损耗

  在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时,因存在阻抗必将产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。

  2、增加配电变压器的电能损耗

  配电变压器是低压电网的供电主设备,当其在三相负载不平衡工况下运行时,将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

  3、配变出力减少

  配变设计时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能基本一致,各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行,负载轻的一相就有富余容量,从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大,配变出力减少越多。为此,配变在三相负载不平衡时运行,其输出的容量就无法达到额定值,其备用容量亦相应减少,过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行,即极易引发配变发热,严重时甚至会造成配变烧损。

  4、配变产生零序电流

  配变在三相负载不平衡工况下运行,将产生零序电流,该电流将随三相负载不平衡的程度而变化,不平衡度越大,则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流,则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过,而钢构件的导磁率较低,零序电流通过钢构件时,即要产生磁滞和涡流损耗,从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化,导致设备寿命降低。同时,零序电流的存也会增加配变的损耗。

  5、影响用电设备的安全运行

  配变是根据三相负载平衡运行工况设计的,其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行,其三相电流基本相等,配变内部每相压降也基本相同,则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行,其各相输出电流就不相等,其配变内部三相压降就不相等,这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时,配变在三相负载不平衡时运行,三相输出电流不一样,而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降,从而导致中性点漂移,致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低,而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电,即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏,而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时,将严重危及用电设备的安全运行。

  6、电动机效率降低

  配变在三相负载不平衡工况下运行,将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量,当这种不平衡的电压输入电动机后,负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反,起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多,电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用,必将引起电动机输出功率减少,从而导致电动机效率降低。同时,电动机的温升和无功损耗,也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行,是非常不经济和不安全的。

  为什么要治理三相不平衡?

  一、对配电变压器的影响

  1、三相负荷不平衡将增加变压器的损耗:变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变,即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化,且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时,变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

  从数学定理中我们知道:假设a、b、c 3个数都大于或等于零,那么a+b+c≥33√abc 。当a=b=c时,代数和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流,R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下:Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)] 由此可知,变压器的在负荷不变的情况下,当Ia=Ib=Ic时,即三相负荷达到平衡时,变压器的损耗最小。

  则变压器损耗:

  当变压器三相平衡运行时,即Ia=Ib=Ic=I时,Qa+Qb+Qc=3I2R;

  当变压器运行在最大不平衡时,即Ia=3I,Ib=Ic=0时,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

  2、三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果:上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多,可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热,绝缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的绝缘性能,减少变压器寿命(温度每升高8℃,使用年限将减少一半),甚至烧毁绕组。

  3、三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大,局部金属件温升增高:在三相负荷不平衡运行下的变压器,必然会产生零序电流,而变压器内部零序电流的存在,会在铁芯中产生零序磁通,这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件,则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热,致使变压器局部金属件温度异常升高,严重时将导致变压器运行事故。

  二、对高压线路的影响

  1、增加高压线路损耗:低压侧三相负荷平衡时,6~10k V高压侧也平衡,设高压线路每相的电流为I,其功率损耗为:ΔP1 = 3I2R 低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧,在最大不平衡时,高压对应相为1.5I,另外两相都为0.75 I,功率损耗为:ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R);即高压线路上电能损耗增加12.5%。

  2、增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命:我们知道高压线路过流故障占相当比例,其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大,从而引起高压线路过流跳闸停电,引发大面积停电事故,同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

  三、对配电屏和低压线路的影响

  1、三相负荷不平衡将增加线路损耗:三相四线制供电线路,把负荷平均分配到三相上,设每相的电流为I,中性线电流为零,其功率损耗为:ΔP1 = 3I2R 在最大不平衡时,即某相为3I,另外两相为零,中性线电流也为3I,功率损耗为:ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍,换句话说,若最大不平衡时每月损失1200 kWh,则平衡时只损失200 kWh,由此可知调整三相负荷的降损潜力。

  2、三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果:上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多。由于发热量Q=0.24I2Rt,电流增为3倍,则发热量增为9倍,可能造成该相导线温度直线上升,以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%,但在选择时,有的往往偏小,加上接头质量不好,使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。同理在配电屏上,造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏,因而整机损坏等严重后果。

  四、对供电企业的影响

  供电企业直管到户,低压电网损耗大,将降低供电企业的经济效益,甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损,线损高农电工奖金被扣发,甚至连工资也得不到,必然影响农电工情绪,轻则工作消极,重则为了得到钱违法犯罪。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,一方面增大供电企业的供电成本,另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电,少供电量,既降低供电企业的经济效益,又影响供电企业的声誉。

  五、对用户的影响

  三相负荷不平衡,一相或两相畸重,必将增大线路中的电压降,降低电能质量,影响用户的电器使用。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,影响用户供电,轻则带来不便,重则造成较大的经济损失,如停电造成养殖的动植物死亡,或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。

  如何改进三相不平衡?

  01、注重对三相负荷的合理分配

  在对三相负荷的分配问题上,电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录,达到能够在一定程度上预测用电负荷的状态。其次,可以通过装设平衡装置的方式来达到更好三相平衡的分配问题。在一些采用低压三相四线制的地g,可以增设调整不平衡电流无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统无功,而且也可以调整不平衡有功电流的作用。另外,根据实际情况中负荷矩的不同情况,适当的调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。

  02、对三相负荷中不平衡电流的治理方法

  根据不平衡电流电纳的补偿原理,在任何一个可以确定的时刻,主要出现了三相不接地的不平衡负载,那么他们中的每一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此,在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下,可以将不同性质符合的等效进行分析,确定相间和相对地的无功补偿量。当配电变压器要进行不平衡电流的补偿时,应该满足一下的几点原则。一是需要注意到电流的治理应当有两个内容,一个是补偿功率因数,一个是调节三相电流不平衡,这两者共同确定了补偿所需要的无功功率。第二点,在实际的工程施工时,应当采用全容性的治理方式,与电感补偿相区分,避免出现严重过补偿的情况。第三点是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的,基于这种特性,补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整。第四点表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制,要在设计时将全天的优化方案进行策略的管理。总之,在进行比例调节系数额设置时,需要同时考虑功率因数的限制条件以及过补偿限制的条件。

  03、增设对三相负荷的检测调整

  定期开设对三相负荷的检测工作也是非常必要的。在对三相符合的合理分配以及控制后,相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的,只能是尽力做到相对的平衡,在实际的检测工作中,各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准,将检测的结果进行专业的记录和分析,对各相的负荷电流进行定期的检测,以便于及时发现一些三相的不平衡状况。当在检测过程中发现有安全隐患的部位,要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位,也应当提高瞽惕。在检测结束以后,不仅需要进行数据的整理和分析,还要进行及时的反馈。这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整,以及对于新技术在三相中运用的可能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析,我们可以在最大程度上避免不平衡现象的出现,降低用电事故的出现。

  三相不平衡是电能质量的一个重要指标,虽然影响电力系统的因素有很多,但正常性不平衡的情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的,所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象,损耗线路。

  不仅如此,其对供电点上的电动机也会造成不利的影响,危害电动机的正常运行。因此,如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围,那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。


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