(1)三相不平衡的基本概念
三相(xiang)不平衡(heng)是指在電(dian)力(li)系(xi)統中三相(xiang)電(dian)流(或電(dian)壓)幅(fu)值(zhi)(zhi)不一(yi)致(zhi)(zhi),且幅(fu)值(zhi)(zhi)差超過規定(ding)范圍。由于(yu)各(ge)相(xiang)電(dian)源所加(jia)的(de)(de)(de)負(fu)荷(he)不均衡(heng)所致(zhi)(zhi),屬于(yu)基波(bo)負(fu)荷(he)配(pei)置問題。發生三相(xiang)不平衡(heng)即與(yu)用戶負(fu)荷(he)特(te)性有關,同(tong)時與(yu)電(dian)力(li)系(xi)統的(de)(de)(de)規劃、負(fu)荷(he)分配(pei)也有關。在電(dian)網系(xi)統中,三相(xiang)平衡(heng)主(zhu)要指的(de)(de)(de)是三相(xiang)的(de)(de)(de)電(dian)壓相(xiang)量(liang)的(de)(de)(de)大(da)小相(xiang)等,而且如果按(an)照(zhao)A、B、C的(de)(de)(de)順序進行排列,他(ta)們兩兩之間(jian)構成的(de)(de)(de)角度都為2n/3。
而三相不(bu)平衡(heng)就是指相量(liang)大小、角(jiao)度(du)(du)的不(bu)一致(zhi)。《電能質量(liang)三相電壓允許不(bu)平衡(heng)度(du)(du)》(GB/T15543-1995)適用于交流額定(ding)頻率為(wei) 50 赫茲。在電力系(xi)統正常運行方式(shi)下,由于負序分量(liang)而引起的 PCC 點(dian)連(lian)接點(dian)的電壓不(bu)平衡(heng)。該標準規定(ding):電力系(xi)統公共連(lian)接點(dian)正常運行方式(shi)下不(bu)平衡(heng)度(du)(du)允許值為(wei) 2%,短時間不(bu)得超過 4%。
圖例:
理想的(de)三相波形(xing)圖(tu)與不平(ping)衡時(shi)的(de)三相波形(xing)圖(tu)
三相電流不平衡度計算方法一般有以下常用的兩個公式:
不平衡度%=(MAX電(dian)(dian)流-MIN電(dian)(dian)流)/MAX電(dian)(dian)流×100%
不平衡度(du)%=(MAX相(xiang)電(dian)(dian)流-三相(xiang)平均電(dian)(dian)流)/三相(xiang)平均電(dian)(dian)流×100%
舉個例子:
三(san)(san)相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流分(fen)別(bie)為(wei)(wei)IA=9A IB=8A IC=4A,則三(san)(san)相(xiang)(xiang)平(ping)均(jun)電(dian)(dian)流為(wei)(wei)7A,相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流-三(san)(san)相(xiang)(xiang)平(ping)均(jun)電(dian)(dian)流分(fen)別(bie)為(wei)(wei)2A 1A 3A,取差(cha)值大那個,故MAX(相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流-三(san)(san)相(xiang)(xiang)平(ping)均(jun)電(dian)(dian)流)=3A,所以三(san)(san)相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流不平(ping)衡度=3/7。
(2)引起三相不平衡的原因有哪些?
1. 斷線故障
如果一(yi)相(xiang)斷(duan)(duan)(duan)線(xian)但(dan)未(wei)接(jie)地,或斷(duan)(duan)(duan)路(lu)器、隔離開關一(yi)相(xiang)未(wei)接(jie)通(tong),電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)互感(gan)器保險絲熔斷(duan)(duan)(duan)均造成三(san)相(xiang)參數不(bu)對稱。上一(yi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)等級線(xian)路(lu)一(yi)相(xiang)斷(duan)(duan)(duan)線(xian)時,下一(yi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)等級的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)表現為(wei)(wei)三(san)個相(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)都降低,其中一(yi)相(xiang)較低,另兩(liang)相(xiang)較高但(dan)二者電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)值接(jie)近。本級線(xian)路(lu)斷(duan)(duan)(duan)線(xian)時,斷(duan)(duan)(duan)線(xian)相(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)為(wei)(wei)零,未(wei)斷(duan)(duan)(duan)線(xian)相(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)仍為(wei)(wei)相(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。
2. 接地故障
當線路一相(xiang)(xiang)(xiang)斷線并單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)時(shi),雖(sui)引起三相(xiang)(xiang)(xiang)電壓不平衡,但接(jie)(jie)地(di)(di)(di)后(hou)電壓值(zhi)不改變(bian)。單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)分(fen)為(wei)金屬性接(jie)(jie)地(di)(di)(di)和非金屬性接(jie)(jie)地(di)(di)(di)兩種。金屬性接(jie)(jie)地(di)(di)(di),故障相(xiang)(xiang)(xiang)電壓為(wei)零或接(jie)(jie)近零,非故障相(xiang)(xiang)(xiang)電壓升高1.732倍,且持久不變(bian);非金屬性接(jie)(jie)地(di)(di)(di),接(jie)(jie)地(di)(di)(di)相(xiang)(xiang)(xiang)電壓不為(wei)零而是降低為(wei)某(mou)一數值(zhi),其(qi)他兩相(xiang)(xiang)(xiang)升高不到1.732倍。
3. 諧振原因
隨(sui)著工業(ye)的飛速(su)發(fa)展,非線性電(dian)力負荷大量增加,某些負荷不(bu)僅產生諧波,還引起(qi)供電(dian)電(dian)壓波動與閃變,甚至引起(qi)三相(xiang)電(dian)壓不(bu)平(ping)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(te)征類似于單相(xiang)(xiang)接地,即一相(xiang)(xiang)電壓降低,另兩相(xiang)(xiang)電壓升高,查找(zhao)故障原因(yin)時(shi)不易找(zhao)到故障點,此時(shi)可(ke)(ke)檢查特(te)殊用戶,若(ruo)不是接地原因(yin),可(ke)(ke)能就是諧振引(yin)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(zhu)意,空(kong)投母線切除部分(fen)線路或(huo)單相(xiang)接(jie)地故(gu)障(zhang)消失(shi)時,如出現接(jie)地信號,且一相(xiang)、兩相(xiang)或(huo)三相(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)超過(guo)線電(dian)(dian)壓(ya),電(dian)(dian)壓(ya)表(biao)指針打到(dao)頭(tou),并同(tong)時緩慢移動,或(huo)三相(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)輪流升(sheng)高超過(guo)線電(dian)(dian)壓(ya),遇到(dao)這種(zhong)情(qing)況,一般均屬(shu)諧(xie)振引(yin)起(qi)。
4. 三相負荷的不合理分配
很多(duo)的(de)(de)(de)(de)裝(zhuang)表接電(dian)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)人員(yuan)并(bing)沒有專業的(de)(de)(de)(de)對于三(san)(san)相(xiang)負荷(he)平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)知識概念,因此在(zai)接電(dian)的(de)(de)(de)(de)時候并(bing)沒有注意到要控制三(san)(san)相(xiang)負荷(he)平(ping)衡(heng),只是(shi)盲目和隨意的(de)(de)(de)(de)進行電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)接電(dian)荷(he)裝(zhuang)表,這在(zai)很大程度上造(zao)成(cheng)了三(san)(san)相(xiang)負荷(he)的(de)(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)。其次(ci),我國的(de)(de)(de)(de)大多(duo)數電(dian)路(lu)都是(shi)動力和照明混為一體(ti)的(de)(de)(de)(de),所以在(zai)使用(yong)單相(xiang)的(de)(de)(de)(de)用(yong)電(dian)設備時,用(yong)電(dian)的(de)(de)(de)(de)效率(lv)就(jiu)會降低,這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)差(cha)異進一步加劇了配電(dian)變壓器三(san)(san)相(xiang)負荷(he)的(de)(de)(de)(de)不(bu)平(ping)衡(heng)狀況。
5. 用電負荷的不斷變化
造成用電負荷不穩定的(de)原(yuan)因包括了地II經常出現的(de)拆(chai)遷,移(yi)表(biao)或者用電用戶的(de)增加;臨時(shi)用電和季節(jie)性(xing)用電的(de)不穩定性(xing)。這(zhe)樣在總量上和時(shi)間上的(de)不確(que)定和不集(ji)中性(xing)使得(de)(de)用電的(de)負荷也不得(de)(de)不跟隨實際(ji)情況而(er)變化。
6. 對于配變負荷的監視力度的削弱
在配(pei)電網的(de)管理上,經常會忽略三相負荷(he)分配(pei)中的(de)管理問題。在配(pei)電網的(de)檢測(ce)上,對配(pei)電變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)三相負荷(he)也沒有(you)(you)進行(xing)定期的(de)檢測(ce)和(he)調整(zheng)。除此之外,還有(you)(you)很多(duo)因(yin)素造成了三相不平(ping)衡(heng)的(de)現象(xiang),例(li)如線路的(de)影(ying)響以及三相負荷(he)矩(ju)的(de)不相等等。
(3)三相不平衡有哪些危害?
1、增加線路的電能損耗
在(zai)三相(xiang)四(si)線(xian)(xian)(xian)制(zhi)供電(dian)網(wang)絡中,電(dian)流(liu)(liu)通過(guo)(guo)線(xian)(xian)(xian)路導線(xian)(xian)(xian)時(shi),因存在(zai)阻抗(kang)必(bi)將產生電(dian)能損(sun)耗(hao)(hao),其損(sun)耗(hao)(hao)與通過(guo)(guo)電(dian)流(liu)(liu)的(de)平方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)。當低(di)壓電(dian)網(wang)以三相(xiang)四(si)線(xian)(xian)(xian)制(zhi)供電(dian)時(shi),由于有(you)單相(xiang)負載存在(zai),造成(cheng)三相(xiang)負載不(bu)平衡(heng)在(zai)所難免。當三相(xiang)負載不(bu)平衡(heng)運行時(shi),中性(xing)(xing)線(xian)(xian)(xian)即(ji)有(you)電(dian)流(liu)(liu)通過(guo)(guo)。這樣不(bu)但相(xiang)線(xian)(xian)(xian)有(you)損(sun)耗(hao)(hao),而且中性(xing)(xing)線(xian)(xian)(xian)也產生損(sun)耗(hao)(hao),從而增加了電(dian)網(wang)線(xian)(xian)(xian)路的(de)損(sun)耗(hao)(hao)。
2、增加配電變壓器的電能損耗
配(pei)電變(bian)壓(ya)器是低(di)壓(ya)電網的(de)供電主設備,當其在三(san)相負載(zai)不平(ping)衡工(gong)況下運行時(shi),將會造成(cheng)配(pei)變(bian)損耗的(de)增加。因為(wei)配(pei)變(bian)的(de)功率損耗是隨負載(zai)的(de)不平(ping)衡度(du)而變(bian)化的(de)。
3、配變出力減少
配(pei)變設計時(shi),其(qi)繞組結構是按(an)負(fu)載(zai)平(ping)衡運(yun)行工(gong)況(kuang)設計的(de),其(qi)繞組性能(neng)基本(ben)一(yi)致,各相(xiang)(xiang)額定容量(liang)相(xiang)(xiang)等。配(pei)變的(de)MAX允許出力(li)要受(shou)到(dao)每相(xiang)(xiang)額定容量(liang)的(de)限(xian)制。假如(ru)當配(pei)變處于三相(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)不平(ping)衡工(gong)況(kuang)下(xia)運(yun)行,負(fu)載(zai)輕的(de)一(yi)相(xiang)(xiang)就有(you)富(fu)余容量(liang),從而使配(pei)變的(de)出力(li)減(jian)(jian)(jian)少(shao)。其(qi)出力(li)減(jian)(jian)(jian)少(shao)程度與三相(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)的(de)不平(ping)衡度有(you)關。三相(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)不平(ping)衡越(yue)大,配(pei)變出力(li)減(jian)(jian)(jian)少(shao)越(yue)多。為此,配(pei)變在三相(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)不平(ping)衡時(shi)運(yun)行,其(qi)輸出的(de)容量(liang)就無(wu)法達到(dao)額定值(zhi),其(qi)備用(yong)容量(liang)亦相(xiang)(xiang)應減(jian)(jian)(jian)少(shao),過載(zai)能(neng)力(li)也降低。假如(ru)配(pei)變在過載(zai)工(gong)況(kuang)下(xia)運(yun)行,即極(ji)易引發配(pei)變發熱,嚴重(zhong)時(shi)甚至會造成配(pei)變燒損。
4、配變產生零序電流
配變在(zai)三(san)相(xiang)負載(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)工況(kuang)下運行(xing),將(jiang)產(chan)生(sheng)零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu),該電(dian)流(liu)(liu)(liu)將(jiang)隨三(san)相(xiang)負載(zai)不平(ping)(ping)衡(heng)的程度(du)而變化(hua),不平(ping)(ping)衡(heng)度(du)越大,則(ze)零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)也(ye)越大。運行(xing)中(zhong)的配變若存在(zai)零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu),則(ze)其鐵芯中(zhong)將(jiang)產(chan)生(sheng)零(ling)(ling)(ling)序(xu)磁(ci)通(tong)。(高壓側(ce)沒有零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu))這迫使零(ling)(ling)(ling)序(xu)磁(ci)通(tong)只能以油箱(xiang)壁及鋼構(gou)件(jian)作(zuo)為(wei)通(tong)道通(tong)過(guo),而鋼構(gou)件(jian)的導磁(ci)率較低,零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)通(tong)過(guo)鋼構(gou)件(jian)時(shi),即要產(chan)生(sheng)磁(ci)滯和渦流(liu)(liu)(liu)損耗,從而使配變的鋼構(gou)件(jian)局部(bu)溫(wen)度(du)升高發熱。配變的繞組(zu)絕緣因過(guo)熱而加快老化(hua),導致設備壽命降低。同(tong)時(shi),零(ling)(ling)(ling)序(xu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)的存也(ye)會增加配變的損耗。
5、影響用電設備的安全運行
配(pei)(pei)變(bian)(bian)是根據三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)負(fu)載平(ping)衡運行工(gong)況設計的(de)(de)(de)(de),其每(mei)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)繞組(zu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)阻、漏抗和激磁阻抗基(ji)(ji)本一致。當配(pei)(pei)變(bian)(bian)在三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)負(fu)載平(ping)衡時運行,其三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)流基(ji)(ji)本相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)等,配(pei)(pei)變(bian)(bian)內部每(mei)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)壓降也基(ji)(ji)本相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同,則配(pei)(pei)變(bian)(bian)輸(shu)出的(de)(de)(de)(de)三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)壓也是平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)。假如配(pei)(pei)變(bian)(bian)在三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)負(fu)載不平(ping)衡時運行,其各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)輸(shu)出電(dian)流就不相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)等,其配(pei)(pei)變(bian)(bian)內部三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)壓降就不相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)等,這(zhe)必將導致配(pei)(pei)變(bian)(bian)輸(shu)出電(dian)壓三相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不平(ping)衡。
同時(shi),配變在(zai)三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)不(bu)平衡時(shi)運(yun)(yun)行(xing)(xing),三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)輸出電(dian)(dian)(dian)流不(bu)一樣,而(er)中性線就(jiu)會(hui)有電(dian)(dian)(dian)流通過。因而(er)使中性線產生(sheng)阻抗壓(ya)(ya)(ya)(ya)降,從而(er)導(dao)致(zhi)中性點漂移,致(zhi)使各相(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)發生(sheng)變化。負(fu)載(zai)重的一相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)降低,而(er)負(fu)載(zai)輕的一相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)升高(gao)。在(zai)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)不(bu)平衡狀況下供電(dian)(dian)(dian),即容易造成電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)高(gao)的一相(xiang)(xiang)(xiang)接帶(dai)的用戶用電(dian)(dian)(dian)設備燒壞,而(er)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)低的一相(xiang)(xiang)(xiang)接帶(dai)的用戶用電(dian)(dian)(dian)設備則可能(neng)無(wu)法使用。所以三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)不(bu)平衡運(yun)(yun)行(xing)(xing)時(shi),將嚴重危及用電(dian)(dian)(dian)設備的安(an)全運(yun)(yun)行(xing)(xing)。
6、電動機效率降低
配(pei)變(bian)在(zai)三(san)(san)相(xiang)負載不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)工況下運行,將(jiang)引(yin)(yin)起輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)三(san)(san)相(xiang)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)。由于(yu)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)存在(zai)著正(zheng)(zheng)序(xu)(xu)(xu)、負序(xu)(xu)(xu)、零序(xu)(xu)(xu)三(san)(san)個電(dian)(dian)壓(ya)(ya)分量(liang),當這(zhe)種不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)輸(shu)入電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)后,負序(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)產(chan)生旋轉(zhuan)磁(ci)(ci)場與正(zheng)(zheng)序(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)產(chan)生的(de)旋轉(zhuan)磁(ci)(ci)場相(xiang)反,起到制動(dong)(dong)作用。但由于(yu)正(zheng)(zheng)序(xu)(xu)(xu)磁(ci)(ci)場比負序(xu)(xu)(xu)磁(ci)(ci)場要強(qiang)得多(duo),電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)仍按正(zheng)(zheng)序(xu)(xu)(xu)磁(ci)(ci)場方向轉(zhuan)動(dong)(dong)。而由于(yu)負序(xu)(xu)(xu)磁(ci)(ci)場的(de)制動(dong)(dong)作用,必將(jiang)引(yin)(yin)起電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)輸(shu)出(chu)功率(lv)減少,從而導致電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)效率(lv)降(jiang)低。同(tong)時(shi),電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)的(de)溫升(sheng)和(he)(he)無功損耗,也(ye)將(jiang)隨三(san)(san)相(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)度而增大(da)。所以(yi)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)在(zai)三(san)(san)相(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)不(bu)(bu)平(ping)衡(heng)(heng)狀況下運行,是非常不(bu)(bu)經濟(ji)和(he)(he)不(bu)(bu)安全的(de)。
(4)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
增設對三相負荷的檢測調整
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