三相不平衡的基本概念
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。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(fā)生三相不平衡即與用戶負荷特性有關(guān),同時與電力系統(tǒng)的規(guī)劃、負荷分配也有關(guān)。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。《電能質(zhì)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(tǒng)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(guī)定:電力系統(tǒng)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%。
圖例:
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。
引起三相不平衡的原因有哪些?
1. 斷線故障
如果一相斷線但未接地,或斷路器、隔離開關(guān)一相未接通,電壓互感器保險絲熔斷均造成三相參數(shù)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(xiàn)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(shù)值,其他兩相升高不到1.732倍。
3. 諧振原因
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,非線性電力負荷大量增加,某些負荷不僅產(chǎn)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。
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(xiàn)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(yè)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(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(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荷也不得不跟隨實際情況而變化。
6. 對于配變負荷的監(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荷也沒有進行定期的檢測和調(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(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?shù)蛪弘娋W(wǎng)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(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(shè)計時,其繞組結(jié)構(gòu)是按負載平衡運行工況設(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(guān)。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(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,嚴重時甚至會造成配變燒損。
4、配變產(chǎn)生零序電流
配變在三相負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。當配變在三相負載平衡時運行,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(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。所以三相負載不平衡運行時,將嚴重危及用電設(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(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。
如何改進三相不平衡?
01
注重對三相負荷的合理分配
02
對三相負荷中不平衡電流的治理方法
03
增設(shè)對三相負荷的檢測調(diào)整