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電能質量
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解析——配電網(wǎng)三相不平衡

返回列表來源：領步電能質量發(fā)布時間：2016-11-16分享加入收藏關注：-

專家講堂2

  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(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(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。根據(jù)國家標準，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量的衡量標準。

  2、配電網(wǎng)三相不平衡的原因
  第一個原因是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。

  第二個原因是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。

  第三個原因是對于配變負荷的監(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。

  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)絡中，電流通過線路導線時，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Z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(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。運行中的配變若存在零序電流，則其鐵芯中將產(chǎn)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(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構件局部溫度升高發(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(jù)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(chǎn)生阻抗壓降，從而導致中性點漂移，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(chǎn)生旋轉磁場與正序電壓產(chǎn)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(jīng)濟和不安全的。

  4、改進配電網(wǎng)三相不平衡的技術
  ①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(shù)據(jù)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(tài)。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(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，而且也可以調整不平衡有功電流的作用。另外，根據(jù)實際情況中負荷矩的不同情況，適當?shù)恼{整接線方式也對合理分配三相負荷有一定的影響。

  ②對三相負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(lián)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(shù)，一個是調節(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，應當采用全容性的治理方式，與電感補償相區(qū)分，避免出現(xiàn)嚴重過補償?shù)那闆r。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(jù)負荷的
變化進行適當?shù)恼{整。第四點表現(xiàn)在裝置開關和補償設備的投切次數(shù)的限制，要在設計時將全天的優(yōu)化方案進行策略的管理?？傊谶M行比例調節(jié)系數(shù)額設置時，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(yè)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(fā)現(xiàn)一些三相的不平衡狀況。當在檢測過程中發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jù)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
  配電網(wǎng)的三相不平衡的問題不僅會干擾配電網(wǎng)其他設備的工作的正常運行，而且容易增加故障，縮短電力設備的壽命，進而產(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，更是整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益以及用戶的用情況。因此從根本上改進配電網(wǎng)三相不平衡的問題是非常必要的，我們要進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整，每一個環(huán)節(jié)都應當努力做到認真細致，并且開拓新的技術來服務于配電網(wǎng)的發(fā)展。

三相不平衡原理圖

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