三相不平衡源

三相不平衡源（通用9篇）

三相不平衡源 篇1

0引言

国际电工委员会关于电力系统不平衡负荷安装允许标准的技术报告IEC / TR 61000-3-13 — 2008颁布后[1],电力系统在正常运行状态下的三相不平衡现象引起了供用电部门日益广泛的关注[2,3,4]。 正常性的电压不平衡一般由供电环节和用电环节的不平衡共同造成。 供电环节即发、输、变、配电环节,其中涉及的三相元件均可导致电压不平衡;用电环节的不平衡主要由系统中的各类不平衡负荷引起,如电铁、 电弧炉以及家用单相负荷等[5,6]。 电力系统中单相负荷在各相之间的分布不均以及不对称传输线路的不完全换相是电压不平衡产生的2个主要因素[7,8]。

当电力系统处于三相不平衡运行状态时,电压和电流中所含的负序分量将对电气设备产生诸多不良影响[9],如引起电动机的附加发热、降低电动机效率;使变压器局部过热,缩短绝缘寿命;增加输电线路的附加功率损耗、降低电力系统运行的经济性等;另外,负序分量偏大还可导致电力系统的保护和自动装置误动作,威胁电力系统的安全运行。 我国 《 电能质量 三相电压 不平衡 》 的国家标 准GB / T 15543—2008对“三相电压不平衡”作了如下规定[10]: 电网正常运行时,负序电压不平衡度不超过2 %,短时不超过4%;接于公共耦合点PCC(Point of Common Coupling)的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%,短时不超过2.6%。 当系统在正常运行状态下的节点电压不平衡度超过国标规定时, 如何判定不平衡扰动源的位置,对采取进一步的治理措施尤为重要。

目前国内外在三相不平衡方面的研究,主要集中在不平衡问题的起因、影响以及相关的标准、定义和治理措施等方面。 例如,文献[11-13]研究了电力系统电压不平衡现象的原因、影响以及不平衡电压在系统中的传输;文献[13-15]对比了利用各种不平衡的计算方法(如NEMA定义、IEEE Std 141、IEEE Std 936以及IEEE Std 1159中提出的不平衡定义)计算出的电压不平衡度,并给出了各种计算方法适合的系统电压等级和接地情况;文献[16-18]对比了利用线电压和相电压计算出的不平衡度,并分别提出了不通过相量计算、只利用相电压或线电压的幅值计算出不平衡度的简易方法;文献[19]提出了利用测量点负序电流的流向定位不平衡源,方法简单实用,有效地推进了不平衡源定位研究的进展。 目前在各类电能质量问题中,谐波、电压暂降源的定位已有较多的研究[20,21,22,23],但对不平衡源的定位研究还较少。

基于相关研究的不足,本文提出了一种判定配电系统中三相不平衡源在系统PCC所处位置的新方法。 基于多相潮流程序分析了影响PCC电压不平衡的各原因;将PCC上游侧的负序不平衡因素等效为戴维南等值电路,建立了不平衡分析的数学模型, 并提出了判定PCC不平衡源所在位置的指标和方法;另外,针对PCC上游侧负序戴维南等值电路参数的估算,提出了一种不依赖于系统频率变化的估计方法。

1电压不平衡的影响因素分析

IEEE Std 141提出使用电压和电流的序分量,即系统正常运行情况下,电量的负序分量有效值与正序分量有效值之比来描述三相不平衡度[18]。

其中,εU、εI分别为三相电压不平衡度和三相电流不平衡度;U1、U2分别为电压正序、负序分量有效值;I1、 I2分别为电流正序、负序分量有效值。

以图1所示系统为例,研究在正常运行工况下影响PCC(P点)电压不平衡的各因素。 图1中ESA、ESB、 ESC分别为P点上游侧供电系统的三相等值电源; ZSub A、ZSub B、ZSub C分别为三相等值阻抗;ZLineiφ(i = 1,2,3; φ = A,B,C) 为各相输电线路阻抗 ;ZLoadi(i=1,2,3) 为各相分散式负荷阻抗。 图1中将来自于上游侧系统中其他不平衡负荷和不平衡元件的背景不平衡影响等值到戴维南电源中。 系统的基本参数如下。

a. 供电系统 :电压等级10 k V,频率50 Hz,三相三线。

b. 系统阻抗:自阻抗Zself= 0.480 6 + j 2.583 3 Ω,互阻抗Zmutual= - 0.207 6 + j 0.115 3 Ω。

c. 输电线路 :长度12 km,A、B、C相序下的单位长度线路阻抗矩阵为:

d. 负荷:各相的额定容量均为5 MV·A。

表1给出了A相负荷保持额定功率,B相和C相负荷分别从80%~120% 的额定容量(SN)变化时,P点的负序电压不平衡度,表中第2行为B相负荷。 可见,当一相负荷变化为 - 20 % 的额定容量而另一相变化为20% 额定容量时,P点的电压不平衡最严重; 然而当A、B、C三相负荷平衡时,P点仍有电压不平衡存在。 分析可知,这是由线路的不换相和上游侧的其他背景不平衡因素导致的。

除了负荷的不平衡会导致P点电压出现不平衡以外,供电系统中的背景不平衡、线路不完全换位等都会使系统中产生不平衡电压。 表2对比了背景不平衡、负荷不平衡、线路不换相以及是否考虑线路耦合等因素对系统中P点的负序电压不平衡度 εU的影响。

通过对比表2中的算例1和2,可发现线路不换相会加剧P点的电压不平衡度。 A、B、C三相导体是相同的,但它们在杆塔上的物理位置导致了各相之间的互感不同;若长距离输电时,各相线路之间不换相或者换相不完全则会使系统中产生不平衡电压[7]。 通过对比算例3和4的结果,可观察出各相线路耦合降低了电压的不平衡程度。 算例1是平衡负荷,而在同样的条件下,算例4是不平衡负荷,B相和C相的负荷不平衡分别为10%和-20%,可见负荷不平衡对PCC处的电压不平衡影响是较严重的。 同理,对比算例1和5或算例4和6可发现系统中背景电压不平衡时,P点的电压不平衡程度均将上升。

以上分析展示了系统中存在的正常性不平衡的主要因素,并结合算例研究了每类不平衡单独作用时在系统PCC产生的不平衡度。 但实际系统中的三相不平衡是各种不平衡源共同作用的结果,当P点不平衡度超标时,如何区分不平衡源所处的位置具有重要意义。

2不平衡源的定位

如图1所示,P点的不平衡电压由上游侧不平衡源和下游侧不平衡源共同作用产生。 上游侧的不平衡源包括供电系统中的不平衡(包含了供电系统各元件、不完全换相输电线路、其他不平衡负荷以及不平衡设备等的影响),是系统中的背景不平衡电压, 因此将其对负序的影响等效为戴维南等值电路ES2和ZS2。 下游侧的不平衡因素主要为三相不平衡负荷或者单相负荷在三相之间的分布不均。 仿照谐波源负荷等值电路的建模思路,可将不平衡负荷等值为负序电流源IL2与阻抗ZL2的并联。 不平衡分析的等值电路图如图2所示,图中变量的下标2表示负序。

当上游侧的不平衡源单独作用时,在P点所产生的负序不平衡电压Uupside2为:

P点的三相电压和电流可通过测量得到,根据对称分量法,可得零序、正序、负序分量的电压U0、U1、 U2和电流I0、I1、I2分别如式(4)和(5)所示。

其中,α=ej2π/ 3;UA、UB、UC和IA、IB、IC分别为三相电压和电流。 根据电压和电流的正序分量可计算出负荷的正序阻抗ZL1。

负荷的负序阻抗和正序阻抗近似相等[10],可根据PCC的电压和电流估算。

通过选择P点的电压和电流数据,可估算出P点上游侧 的负序戴 维南等值 电路参数ES2和ZS2(详细方法在第3节介绍),由式(3)可求出上游侧的不平衡源对P点负序电压的贡献Uupside2。 因P点的不平衡电压由上游侧不平衡源和下游侧不平衡源共同作用产生,因此利用式(8)可计算出下游侧不平衡源在P点产生的负序电压Udownside2。

根据Uupside2和Udownside2在U2上的投影可分别计算出上游侧和下游侧对P点负序不平衡电压的贡献,如图3所示。

根据相量的投影关系可建立计算负序电压贡献的不平衡指标:

根据式(9)和(10)可估计出上游侧不平衡源和下游侧不平衡源对P点负序电压的贡献,特别地:

a. 当Fupside>>Fdownside时,说明上游侧的不平衡污染源占主导地位,应从上游侧定位不平衡源并采取措施;

b. 当Fupside<<Fdownside时,说明下游侧不平衡源发挥主导作用,应从下游侧继续寻找不平衡源头并采取治理措施。

3系统负序戴维南等值电路参数的估计

从P点观测到的供电系统的等值电路如图4所示,根据KVL,t1时刻回路的电压方程为:

方程(11)中有7个变量,其中负荷节点的电压Ut1和电流It1可测量得到,因此功率因数角 φt1也为已知量。 将式(11)实部、虚部分开可得:

通过2次测量即可建立如式(12)所示的4个方程,将未知参数ES2、RS2、XS2求出,但要求使用同步测量装置,使得t1、t2时刻的时间基准相同(即 δ1= δ2), 因系统频率的持续变化,此要求在目前的电力系统中无法满足,为克服此缺点,可增加多个时刻的KVL方程。 n次测量可获得2n个如式(12)所示的方程, 建立如式(13)所示的估计方程,估算出系统侧的参数ES2、RS2和XS2。

其中,i=1,2,…,n;εx_ti和 εy_ti为估计误差,求解目标是使n次估计值的总误差最小。

其中,z=[ES2,RS2,XS2],通过高斯-牛顿迭代法求出z。

3.1数据的选择

以上分析中假设了系统侧的等值参数不变,因此应选择出系统侧不变而负荷侧有波动的数据。 对式(12)的实部、虚部取平方并相加后可得。

方程(15)中有3个未知量,为不失一般性,取t1、t2、t3这3个时刻的测量数据,均建立如(15)所示的方程。 联立3个方程,消去变量ES2、XS2, 可得 :

方程(16)为RS的二阶方程,有实数解的条件是 Δ≥0(Δ = b2- 4ac)。 Δ 为负值的情况会在系统参数变化或数据存在较大测量噪声时出现。 如果系统侧参数在测量过程中无变化,则 Δ 必为大于0的数。

以上算法利用了3个时刻的数据,因此称为三点法。 此三点法可用于为式(13)的多点估计法选择合理的数据。 如果方程(16)对于n次测量数据都有解,即可认为系统参数在此时间段内近似保持恒定, 此数据可用来估算系统的负序戴维南等值参数。

3.2负荷的波动率

在系统侧参数保持不变的前提下,负荷侧的功率需要有一定的波动幅度,才能求得式(14)的解。 提出基于负荷的负序电压和电流的波动率来选择合适的数据。 负荷波动率LFF(Load Fluctuation Factor) 定义为式(17)所示的有功功率P0和无功功率Q0的绝对偏差之和。

其中,下标t1、t2表示2个时间相邻的数据点。 因算法的输入数据多于2次测量值,波动指标是测量时间段内的最小加权和。 研究表明,在噪声条件下,通过提高负荷的波动水平,可以提高算法的精度。 为保证有效滤除实际中噪声和暂态的影响,建议的负荷波动指标大于0.5%。

3.3PCC上游侧系统的负序戴维南等值参数估算

步骤1:测量P点的三相电压和电流数据,采样频率12.8 k Hz,即每个周期采样256个点。

步骤2:对所采集的三相电压和电流数据进行傅里叶分析,求得各相电量的基频分量。

步骤3:利用对称分量法由三相电压和电流的相分量求得各序分量。

步骤4:根据3.1节所述方法选择出系统侧不变的数据,再利用3.2节所述方法选择出负荷侧有适量波动的电压和电流数据。

步骤5:基于所选择出的数据,利用式(13)和 (14)估算系统的负序戴维南等值电路参数。

4仿真验证

4.1系统的负序戴维南等值电路验证

以如图1所示的系统为例进行仿真,验证所提出的负序戴维南等值电路参数估计方法。 记录P点的三相电压和电流数据,根据第3节所述的步骤估算系统侧的负序戴维南等值电路参数。 利用多相潮流程序来对系统进行分析。 各相负荷设置了 ±10% 的随机波动。 系统侧在t为10 s、20 s、30 s、40 s时,等值参数发生变化。 各时间段系统的等值参数如表3所示。 利用所提算法估计出的系统参数如图5所示。 本算例中,系统额定频率为50 Hz,利用每6个周期的数据估计一次系统参数,即每0.12 s得到一组系统参数值。

4.2不平衡源的定位

利用多相潮流分析程序对图1所示的系统进行分析,通过改变下游侧各相负荷水平实现对负荷不平衡度的调整,改变上游侧戴维南等值电源各相电压的幅值不对称实现对上游侧不平衡度的调整,验证所提方法在判定系统不平衡源位置时的有效性, 以下给出3组典型算例的结果。

a. 算例1。

负荷的不平衡度:3个分散式负荷的B相都为1 / 2的额定功率,A相和C相负载均为额定功率。

电源的不平衡度:A相和C相的电压幅值均为100 % 的标幺值 ,B相为95 % 的标幺值 , 相角是平衡的,此时电源的各序分量为:U1=14.16∠0° V,U2= 0.24∠-60° V。 不平衡源定位结果如表4所示。

b. 算例2。

负荷的不平衡度:3个分散式负荷的B相不平衡加剧,变为10% 的额定功率,A相和C相负荷仍带额定负载;电源的不平衡度仍与算例1相同。 不平衡源定位结果如表5所示。

c. 算例3。

负荷的不平衡度同算例1。 电源的不平衡度:A相和C相电压的幅值均为100 % 的标幺值,B相为90 % 的标幺值 ,相角滞后A相110°,此时电源的各序分量为:U1=13.87∠3.10° V,U2= 0.93∠-113.97° V。 不平衡源定位结果如表6所示。

图6进一步通过图示的方法对比了所提方法计算出的上、下游侧的不平衡贡献与其实际值。 可见, 所提方法在判定不平衡源位置时有较高的准确度。

5结论

本文提出了确定配电系统中PCC不平衡扰动源位置的新方法。 通过负荷侧波动而系统侧基本不变的节点电压和电流数据估算PCC上游侧的负序戴维南等值电路参数,该等值电路表征了PCC上游侧的背景不平衡电压的影响。 提出了区分不平衡源责任的计算指标和判定系统不平衡源位于PCC上游侧还是下游侧的新方法。 算例结果表明所提负序等值电路参数估算方法和负序源判定方法均具有较高的准确度。 本文工作可为判定系统不平衡扰动源的位置奠定理论基础,为进一步的治理措施指明方向。 下一步将对PCC的多个不平衡负荷的责任进行划分。

三相不平衡源 篇2

摘要：配电变压器的三相不平衡运行是不可避免的，防止配电变压器三相不平衡运行是节能、提高电能质量的手段之一。本文分析造成配电变压器三相不平衡运行的原因，对配电变压器三相不平衡产生的影响进行了技术分析，并在此基础上，提出了相应的防止变压器三相不平衡的管理措施

0引言

国标GB50052《变压器运行规程》、《供配电设计规范》中都规定了Y/Yn0接线的配电变压器运行时中线电流不能超过变压器相、线电流的25%，这是由变压器的结构所决定的。一般要求电力变压器低压电流的不平衡度不得超过10%，低压干线及主变支线始端的电流不平衡度不得超过20%。我国农村低压配电网中配电变压器为Y/Yn0接线，并大量采用了三相四线制接线方式，存在很多的单相负载，这就不可避免地存在配电变压器的三相不平衡运行。作者在分析及了变压器三相负荷不平衡的原因、定量分析了三相负荷不平衡影响的基础上，提出了防止变压器负荷不平衡的措施。1变压器三相不平衡的原因

1.1管理上存在薄弱环节缺乏运行管理具体考核管理办法，对配电变压器三相负荷不平衡的运行管理的重视程度不够，带有随 意性，盲目性、导致很多在三相负荷不平衡状态下对配电变压器长期运行。

1.2单项用电设备影响由于单项用电设备的同时使用率较低，线路大多为照明、动力混载，经常会造成对配电变压器三相负荷的不平衡，并给管理带来了难度。

1.3电网格局不合理的影响低压电网结构薄弱，运行时间较长，改造投入不彻底，单相低压线路是台区的主网架问题，一直得不 到有效根治。其次，居民用电大多为单相供电，负荷发展时无序延伸，造成台区三相电流不平衡无法调整。1.4临时用电及季节性用电临时用电及季节性用电都有一定的时间性，用电增容不收费后，大量的单项设备应用较多，而分布极为分散，用电时间不好掌握。同时，由于在管理上未考虑其三相负荷的分配问题，又未能及时监控、调整配电变压器的三相负荷，它的使用和停电，对配电变压器三相负荷的平衡都有较大的影响，特别是单项用电设备容量较大时，影响更大。1.5设备故障影响由于运行维护及管理不当或外力破坏等原因，低压导致断线、变压器缺相运行、修理不及时或现场运行处理，都可能造成某一相长时间甩掉部分负荷，使配电变压器处于不平衡状态下运行。

2变压器三相负荷不平衡的影响

2.1增加配电变压器的损耗配电变压器的功率损耗包括空载损耗（铁损）和负载损耗（铜损）。在三相负荷不平衡状态下运行时容易在低压侧产生零序电流。Y/Yn0接线的配电变压器采用三铁芯柱结构，其一次侧无零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通不能在铁芯中闭合，需通过油箱壁闭合，从而在铁箱等附件中发热产生铁损。当铁心柱中的磁通密度为1.4T时，油箱壁中的损耗为铁心中损耗的10%；当铁心柱中的磁通密度增加到1.65T时，油箱壁中的损耗将达到铁心中 损耗的50%以上[1]。

中线电流的增加还会引起配电变压器绕组铜损的增加。

配电变压器三相不平衡运行时三相绕组的总损耗（单位为kW）可计算为：Pf1=（I2 a+I2 b+I2 c）R1×10-3 式中Ia，Ib，Ic为三相负荷电流；R1为变压器二次侧绕组电阻。三 相平衡时每相绕组电流为（I觶a+I觶b+I觶c）/3，三相绕组总损耗为：Pf2=3[（Ia+Ib+Ic）/3]2R1×10-3 三相不平衡是带来的附加损耗为： ΔPf=Pf1-Pf2=（Ia-Ib）2 +（Ia-Ic）2 +（Ib-Ic）2

3·R1×10-3当配电变压器三相负荷不平衡状态下运行时，变压器负荷高的

那项时常出现故障，如缺项、接点过热、个别密封胶垫劣化等。同时，附加损耗造成配电变压器散热条件降低，金属构件的温度升高，严重时损坏变压器绝缘，烧坏配电变压器。2.2降低配电变压器的出力配电变压器每相线圈结构性能均是一样的，故其允许最大出力，只能按三相负荷重最大一相不超过额定容量为限。因此，当配电变压器在三相负载不平衡状况下运行时，其出力将受到限制。其出力减少程度与三相负荷的不平衡度有关。三相负荷不平衡度越大，配电变压器出力减少越多。为此，配电变压器在三相负荷不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，且备用容量亦相应减少，过载能力降低[2]。例如，若接线电压的单相用电设备的额定电流与三相变压器的额定电流相同，则三相变压器的利用率仅为该变压器额定容量的58%。又如，一台100kVA变压器，其二次侧额定电流为144A。若三相负荷电流分别为144A、72A，则变压器额定容量的利用率就只有67%。

2.3三相输出电压不平衡配电变压器是按三相负载对称情况进行设计和制造的，故其每相线圈的电阻、漏抗、激磁阻抗基本一样。当三相负载对称时，每相电流大小一样，配电变压器内部压降是相同的，所以，输出电压也是对称的。当配电变压器的三相负载不对称时，由于Y/Yn0接线的变压器一次侧没有零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通重叠在主磁通上，感应出零序电动势，造成中性点电压偏移，负荷重的相电压降低，负荷轻的相电压上升。偏移严重时单相变压器可能升到线电压。如果线路接地保护不好，中性线电流产生的电压严重危及人生安全。同时，由于变压器绕组压降不同，电流不平衡会造成单相设备不能正常使用，或过电压损坏用户设备[3]。例如，型号为SJ-315kVA，10kV/0.4kV变压器的零序电阻，零序电抗，绕组电阻R0= 0.122Ω，零序电抗X0=0.174Ω，绕组电阻R1=0.00849Ω。Ia=100A，Ib=200A，Ic=300A，cosφa=cosφb=cosφc=0.7。经过计算得到：零序电流I0= 173A；零序电流损耗功率P0=I2 0R=3.65kW；附加铜损ΔPf=0.17kW；总损耗功率ΔP=P0+ΔPf=3.82kW；一年内损耗电量W=3.82×8760kWh=33463kWh；中性点偏移电压E觶0=I觶0·Z觶0=36.6V；Z0=R2 0+X2 0姨=0.212Ω；为零序阻抗。

由上述分析可知，Y/Yn0接线方式的配电变压器不平衡运行带来的损耗与电压偏移不容忽视。

2.4线路损耗增加配电变压器的电流输送时，导线的电阻就 产生功率损耗，其损耗与导线中通过的电流的平方成正比。当配电变压器以三相四线制线路输送电流时，其有功功率损耗按下式计算：ΔP1=I2 aRa+I2 bRb+I2 cRc+I2 oRo。式中：Io为中性线电流；Ra，Rb，Rc为各 相导线的电阻；

Ro为中性线电阻。当三相负载平衡时Ia=Ib=Ic=I，Io=0，线路损耗为ΔP2=3I2 R。

应用上式试计算三相四线制线路在负载对称与不对称时的功率损耗，通过两种损耗数值对比，表明配电变压器在负载不平衡运行时的线路损耗大于对称时的线路损耗。

2.5电动机效率降低广大农村中大量使用电动机作为动力进行生产加工，当配电变压器处于三相负载不平衡运行时，则会产生输 出电压不平衡，即存在着正序、负序、零序三个电压分量。在通入电动机之后，负序电压就会产生与正序电压相反的旋转磁场，起到一定的制动作用。通常电动机运行中，正序电压磁场要比负序电压旋转磁场大得多，所以电动机仍以正序电压磁场旋转，方向一致。只有在严重不对称电压情况下，负序磁场制动作用，客观上或多或少会导致电动 机输出功率的减少。

其效率是随电压不对称程度的加大而下降的。为此，配电变压器的不对称运行，对电动机是不安全不经济的。

3防止变压器三相不平衡的措施

3.1加强负荷不平衡管理定期进行三相不平衡电流测试，负荷每月至少进行一次测量，特殊情况下如负荷变化较大时，可增加测量次数，对负荷状况做到心中有数。掌握配电设计时三相不平衡度的科学计算方法和三相不平衡的采集方法，为配电变压器负荷提供可靠的数据。文献[4]设计的三相不平度采集系统在采集三相电流时，使用以C8051F单片机作为主控制芯的硬件设备挂接在变压器出口端，每隔1h实时采集和存储三相电流，以供计算三相不平衡度

使用。通过通用串行总线

（USB）口，将历史采样数录入后台计算系统便可自行进行完成三相不平衡度的计算。3.2改造配电网，加强对三相负荷分布控制结合农网线路改造，合理设计电网改造方案。配电变压器设置于负荷中心，供电半径不大于500米，主干线、分支干线均采用三相四线制供电，同时制定台区负荷分配接线图，做到任何一个用户的用电改造接入系统，都受三相负荷平衡度的限制，避免改造的随意性。

3.3加强用户管理，确保变压器负荷平衡用电与配电应密切配合，根据不同季节用电的特点和运行参数，合理制定电网、季度运行方式,及时配电变压器的调整运行方式，平衡有功无功功率,改善电能质量,组织定期的负荷实测和理论计算。用电的临时用户，季节性用户，配电变压器运行人员都要及时掌握。尤其对单项设备申请用电，要进行合理搭配。

3.4加强无功补偿，促进三相负荷就地平衡由于单相感性设备增多，三相电流不平衡，导致电压质量下降、零相电流增大[5]。进行就地无功补偿，安排减少无功远距离输送，对线损计算制定合理的补偿方式，不但可以降低零相电流，提高电压质量而且补偿后使得变压器利用率提高。

3.5线损分相管理，保证三相负荷平衡开展线损分项管理的首要条件是保证配电台区的计量总表必须是三只单相电能表分开计量，或安装具备单相电量计量功能的三相四线电能表。然后，按照每条线路出线所带的低压用户进行分类统计，定期定时抄表。通过线损分相报表的三相电量平衡分析，可以及时判定该配电台区三相线路电流平衡情况，结合线损分相报表与该相低压线路日常所带的用户负荷差距参照比情况，分析该台区、该线路运行是否处于最佳状态，及时跟踪、反馈、调整，保证每相线路负荷均衡分布，确保变压器三相负荷平衡。采用线损分相管理，还可以对配电台区电能计量装置的自身故障进行监测。参考文献：

三相不平衡源 篇3

【关键词】农村；配电变压器；三相负荷不平衡；危害；管理措施

随着我国经济的快速发展，以及国家家电下乡等一系列惠农政策的实施，农村居民的家用电器迅速增加，电冰箱、电磁炉、空调等各类高档家电纷纷进入农民家中，农村村庄配变的用电量中在整个农村电网中所占比例也越来越大。农村公用配变普遍采用三相四线供电方式，由于农村村庄单相负荷居多其开关的随意性，加上三相负荷分配不均。因此，存在着不同程度的配变三相负荷不平衡状况。三相负荷不平衡产生的损耗在低压电网部损耗中占有一定比例，不平衡度越大，损耗越严重，还会影响配变和用电设备的安全运行以及电压质量，造成配变烧毁及居民电器烧毁事件屡有发生。所以，采取有效措施，降低配电变压器三相负荷的不平衡度，将不平衡控制在一定范围，是农村低压配电网络降低电能损耗的有效措施之一。下面笔者就如何进行农村村庄配变三相不平衡问题的管理谈一些个人看法：

1.农村配电变压器三相负荷不平衡情况的分析

（1）在一天时间内三相负荷持续不平衡情况，负荷大的相总是大，负荷小的相总是小，相差的比例在一天的各个时段没有多大变化，这类负荷三相动力很小，基本上都是单相用电，负荷在三相上分配不均。

（2）在白天时段，三相负荷基本平衡，晚上用电高峰时段，负荷不平衡相当严重。这类负荷的特点是三相动力，单相生活用电量都很大。白天主要是动力用电负荷，三相负荷基本平衡。在中午空调或晚上单相用电高峰时，单相生活用电在三相上分配不均形成三相电流相差很大。

（3）配电变压器三相负荷不平衡随季节变化，这是因为各种三相动力用电和单项生活用电的比例在变化，而单项负荷在三相上分配不均匀造成的。

2.三相负荷不平衡的危害

（1）增加了线路损耗。电流通过导线时，由于导线的电阻作用，将在导线上产生功率损耗。配变三相负荷平衡时

Iu=Iv=Iw=I， Io=0

线路损耗为

△ Pp=3I2R

配变三相负荷不平衡时，中性线有电流通过，中性线也在产生功率损耗。这时，线路损耗

△Pbp=（I2u+I2v+I2w）R+I2oRo

式中，△Pp—三相负荷不平衡时的线路损耗；

△Pbp—三相负荷不平衡时的线路损耗；

Iu、Iv、Iw—三相负荷不平衡时，配变各相负荷电流；

I—三相负荷平衡时的相线电流；

Io—配变中性线电流；

R—相线电阻截

Ro—中性线电阻。

显然，△Pbp大于△Pp，不平衡度越大，线路损耗也越大。

如果把三相负荷接在一相上，其实质就是单相供电。此时，导线上的功率损耗。

△Pbp=（3I）2R*2=18I2R

18I2R∕3I2R=6，是三相负荷平衡时的6倍，增大5倍，大大增加了低压线路的损耗，运行极不经济。

（2）增加了变压器的有功损耗。配电变压器的功率损耗包括空载损耗（也叫铁损）和负载损耗（也叫铜损）。空载损耗基本上是个恒量，负荷损耗是随变压器所带负荷变化而变化的，并与负荷电流平方成正比。三相负荷平衡时的功率损耗为：

Pp=△Pk+Pd（Ip∕Ie）2

三相负荷不平衡时的功率损耗为

Pbp=△Pk+Pd〔（Iu∕Ie）2+（Iv∕Ie）2+（Iw∕Ie）2〕∕3

式中，Pp—三相负荷平衡时配变的功率损耗；

Pbp—三相负荷不平衡时配变的功率损耗；

△Pk—配变空载损耗；

Pd—配变短路损耗；

Ie—配变额定电流；

Ip—三相负荷平衡时，配变负荷电流；

Iu、Iv、Iw—三相负荷不平衡时，配变各相负荷电流。

如果在这两种负荷情况下，变压器输出容量相等，则有：

Ip=（Iu+Iv+Iw）/3

三相负荷不平衡与平衡时配变功率损耗之差为

△ P=Pd〔（Iu-Iv）2+（Iv-Iw）2+（Iw-Iu）2〕/3I2e>0

从中可以以看出，在配变输出容量相同的情况下，三相符合不平衡增加了配变的有功功率损耗。

（3）降低了配变压器的出力。在配变容量的设计和制造是按三相负荷平衡条件确定的，其三相绕组的结构和性能是一致的，每相额定容量相等，最大允许出力受每项额定容量限制。三相负荷不平衡时，变压器的出力将受到限制，配变的最大出力只能按三相负荷中最大一相不超过额定容量为限，负荷轻的相就有富裕容量，从而使配变出力降低。由于输出容量降低，变压器备用容量亦相应减少。出力降低程度与不平衡度有关，不平衡度越大，出力降低程度越大。同时，配变的过载能力亦降低。当运行中的变压器过载，就可能引起变压器过热，甚至烧毁变压器。

（4）使配变变压器运行温度升高。三相负荷不平衡时产生的零序电流，在铁芯中产生零序磁通，而高压测没有零序电流，不能由高压侧的零序磁通来抵消低压侧的零序磁通，这就迫使零序磁通只能从变压器的油箱壁和钢构件中通过，由于这些材料的导磁率很低，所以磁滞损耗和涡流损耗都比较大，造成油箱壁和钢构件发热，从而使配变运行温度升高，使变压器内部绝缘老化加快，导致变压器寿命缩短，增加了变压器的自身损耗。不平衡度越大，零序电流越大，对变压器的危害越严重。在一次夜巡中，巡视人无意碰触到一台配变外壳，热得烫手，测量其三相电流，两相为0，负荷接在一相上，该相电流并不太大，在额定电流范围之内，可见其对配变危害之大。

（5）中性点产生位移，造成三相电压不对称。配电变压器是按三相对称运行设计制造的，各相绕组的电阻、漏抗和激阻抗基本一致，三相负荷平衡时变压器内部压降相同，其输出电压是对称的。三相负荷不平衡时，各相电流不一致，中性线有电流通过，三相四线制线路中，中性线截面一般比较小，具有较大的阻抗压降，从而使中性点位移，各相电压发生变化；负荷大的相压降大，负荷小的相压降小，造成三相电压不平衡，三相负荷不平衡度越大，三相电压不平衡程度越严重。如果此时中性线因故断路，所接负荷小的相电压就会异常升高，接在此相上的用电设备和家用电器将被烧毁，给用户造成损失。

（6）影响电动机输出功率，并使其绕组温度升高。三相负荷不平衡造成的三相电压不对称，将在感应电动机定子中产生逆序旋转磁场，电动机在正、逆两序旋转磁场的作用下运行，由于正序旋转磁场比逆序旋转磁场大，所以电动机旋转方向不变，但由于转子逆序阻抗小，因此逆序电流大。逆序磁场、逆序电流将产生较大的制动力矩，使电动机输出功率降低，绕组温度升高，影响电动机的安全运行。

3.三相负荷不平衡的管理

（1）加强对配变三相负荷不平衡度的管理，供电管理部门应把降低不平衡度做为一项经济指标列入考核，并制定奖惩措施，以提高管理人员降低三相负荷不平衡度的自觉性和积极性。

（2）定期观察、测量三相负荷电流，检查三相负荷不平衡情况。测量应在白天和夜晚用电高峰时进行，测量后计算三相负荷的不平衡度。三相电流不平衡计算公司如下：

K=Io∕Ipj*100%=Io∕〔（Iu+Iv+Iw）/3〕*100%

式中，K—配变三相负荷不平衡度；

Io—配变中性线电流（A）；

Ipj—配变三相负荷平均电流（A）。

规程规定，配变变压器出口处三相负荷不平衡度小于或等于10%，其它地点小于或等于20%，中性线电流不应超过配变额定电流的25%。如计算或测量结果大于此标准，应做好单项负荷的调整工作，力争一天中大部分时间和用电高峰时三相负荷基本平衡，不平衡度越小越好。

（3）调整三相不平衡负荷要做到“四平衡”，即计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡。在这四个平衡当中，重点是计量点平衡和各支路平衡，可把用户月平均用电量作为调整依据，把用电量大致相同的作为一类，分别均匀地调整到三相上。为了达到计量点三相负荷平衡，最好将三相电源同时引入计量点，减少单相干线的线路长度。

（4）注意农村配电变压器供电范围内大的三相四线制用户（如学校和幼儿园等）内部的三相负荷平衡问题。此类用户对配变的三相负荷不平衡度有较大的影响，因此应协助他们调整本单位（用户）三相负荷不平衡度，这对用户本身是有好处的。

（5）做好新增单相负荷的功率分配，将同时运行的和功率因数不同的单相设备，分别均匀分配到三相电路上。

三相不平衡源 篇4

末端负荷不均衡是三相负荷不平衡率高的主要原因, 一般采用调整负荷的方式进行解决。由于从低压主干线、分支线连接到电能表箱的接户线采用的是单相两线制模式, 原始的调整方法只能使主干线路达到三相负荷均衡, 而接户线部分的中性线电流一直存在且很大, 造成接户线电能损耗严重, 不能彻底解决线路损耗高的问题。

针对上述情况, 笔者建议采用三级负荷平衡法:主干线路、分支线路到表箱的接户线均采用三相四线制模式接线, 根据表箱内各客户用电负荷情况, 将电能表合理分配, 使负荷均匀分布到各相, 从而实现配电盘总负荷一级平衡、低压分路出线二级平衡、表箱三级平衡, 彻底解决三相负荷不平衡带来的各种问题。

除此之外, 为保持台区三相负荷的平衡, 还应定期对配电变压器进行负荷电流的现场测量, 发现负荷不平衡情况严重时, 及时调整各表箱所带负荷, 尽量使三相负荷就地平衡。

浅谈低压电网的三相不平衡 篇5

近十年来，由于农网改造及加强供用电管理，使供电企业的经济和社会效益有了明显提高。但一些单位在加强管理、降损节能的同时，只看到了许多表面化现象，而对有关技术改进方面缺少足够的重视。

低压电网的三相平衡一直就是困扰供电单位的主要问题之一，低压电网大多是经10/0.4 KV变压器降压后，以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。在装接单相用户时，供电部门应该将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上。但在实际工作及运行中，线路的标志、接电人员的疏忽再加上由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等，都造成了三相负载的不平衡。低压电网若在三相负荷不平衡度较大情况下运行，将会给低压电网与电气设备造成不良影响。

1 低压电网三相平衡的重要性

1）三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。

2）三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三相电压不平衡，会引起电机过热现象。

3）三相负荷保持平衡是节约能耗、降损降价的基础。三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而增大线路损耗。实践证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高2%～10%，三相负荷不平衡度若超过10%，则线损显著增加。

4）只有三相阻抗平衡，才能保证低压漏电总保护良好运行，防止人身触电伤亡事故。

2 三相负载不平衡的影响

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。

3 如何实现三相负载平衡

综上所述，调整三相负载使之趋于平衡，这是无需增加设备投资的最佳降损措施。把单相用户均衡地接在A、B、C三相上，减少中性线电流，降低损耗。同时要减少单相负载接户线的总长度。如果单相用户功率因数较低，就应进行无功补偿。也可以装置三相断相保护器，当任何一相断相时，能立即切断电源以消除三相不平衡。

实际中，每相的用电负荷比较直观：动力线路三相平衡，而单相用户负荷有较大差异。每相的对地阻抗又由什么决定呢？三相动力线路一般质量较好，对地绝缘阻抗较高；而涉及到职明等单相负荷则用电线路情况复杂、质量低劣、绝缘程度差，使该相的对地阻抗显著降低，且用电户数越多，线路越密杂，则绝缘程度越差，使接带该类用户多相的对地阻抗降低越显著。因此，在正常漏电 (总漏电电流由各处微小的漏电流汇集组成) 情况下，每相对地阻抗的高低主要由接在该相上的单相负荷用电户的多少来决定。

因此，只要把单相负荷用电户均衡地分配到三相上，就能实现三相平衡。但必须要注意，均衡分配用户不仅仅是形式上看来每相接单相负荷用户总数的三分之一，而是要把其中用电负荷、漏电情况在同一等级的用户也均衡地分配到三相上。例如，某村单相用户，其中用电水平一般户，负荷较小，日用电时间较短，线路质量较差；用电水平较高户，负荷较大，日用电时间较长，线路质量较好；地埋线户，泄露电流较大，则每相上应尽量接这三类用户的各三分之一。

具体实施为：

(1) 从公用变出线至进户表电源侧的低压干线、分支线应尽量采用三相四线制，减少迂回，避免交叉跨越。

(2) 无论架空或电缆线路，相线与零线应按A、B、C、O采用不同颜色的导线或标识，并按一定顺序排列。

(3) 在低压线路架好、下线集装各户电能表前，要把配变下的单相负荷用电户统一规划，均衡地分配到低压线路的三相上，并记录在册。下线集表施工时要查对无误。表箱编号要注明相位，如“***线路A相**号”。

(4) 下线集表完工后，要看一下低压电网实际运行三相负载是否在平衡度范围内，必要时可做些调整。

(5) 在以后发展用户或变更用户时，要顾及三相平衡问题，在实际工作中形成常态机制，不断完善提高。

4 结语

三相不平衡的危害及解决措施 篇6

1. 三相不平衡的基本概念

根据电工理论, 多相正弦系统可分为对称的和不对称的两大类。所谓对称的m相系统, 是指各相电量 (电动势、电压或电流) 大小相等、彼此的相位差均等于2π/m。多相系统又可分为平衡的与不平衡的, 前者功率瞬时值与时间无关, 而后者功率瞬时值随时间变代的。

可以证明, 相数m>2的正弦对称系统一定是平衡的。就是说, m>2的对称多相正系统的功率瞬时值与时间无关, 因此, 这样的多相系统是平衡的。若电压是对称的, 但多相电路参数不对称, 则一般说整个多相系统的功率瞬时值是随时间变化的, 并且以角频率两倍脉动。

一个多相正弦系统的不对称性并不表明它一定是不平衡的。例如由两个大小相等而互成角的电动势组成的不对称二相系统, 在电路对称时就是平衡的。但单相系统可算是不平衡系统的典型例子, 其功率在p (1+1/cosφ) 和p (1-1/cosφ) 之间波动, 其中p代表系统的有功功率。本文关于不平衡的论述均是针对三相正弦电力系统的, 因此, 对“不平衡”和“不对称”的术语使用上不必作严格的区分, 两者是同义的。

2. 三相不平衡的危害及解决措施

在电力系统中, 产生三相不平衡的原因主要有两方面。第一, 在装接单相用户时, 供电部门应该将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上。但在实际操作及运行中, 由于线路的标志、接电工作人员的疏忽以及单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入和单相负载用电不同时性等因素的存在, 都会造成三相负载的不平衡。第二, 随着国民经济的发展, 电力系统中出现了许多大容量不对称负荷, 例如电气化铁路和交流电弧炉。我国交流电气化铁路是由电力系统110k V (或220k V) 经牵引变压器降压为27.5kv (或55kv) 后向牵引网及电力机车单相供电。牵引变压器对电力机车的这种不对称供电方式, 在电力系统中会产生负序电流和负序电压。因此, 对于电力系统来说, 电气化铁路是影响面较大的非线性不平衡动态干扰性负荷;交流电弧炉炼钢由于技术经济上的优越性, 发展很快。单台容量己由过去的几吨发展到300一400吨。相应的电炉变压器容量也由几MVA增大到100一200MVA。电弧炉工作时也会对电网产生许多不利的影响, 包括有功功率和无功功率冲击引起的电压波动和闪变, 电弧电阻的非线性导致的大量谐波注入电网以及三相负荷不对称引起的动态不平衡 (负序) 干扰等等。

在电力系统中, 三相电压或电流不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害, 主要有:

l) 引起旋转电机的附加发热和振动, 危及其安全运行和正常出力。发电机在不对称运行时负序电流会在气隙中产生逆旋转磁场, 给转子带来额外的损耗。

2) 引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作。特别是当电网中同时存在谐波时, 这对电网安全运行时有严重威胁。

3) 电压不平衡使半导体变流设备产生附加的谐波电流非特征谐波, 而这种设备在一般设计上只允许2%的电压不平衡度。

4) 电压不平衡使发电机容量利用率下降。由于不平衡时最大相电流不能超过额定值, 在极端情况下, 只带单相负荷时则设备利用率仅为0.577。

5) 变压器的三相负荷不平衡, 不仅使负荷较大的一相绕组过热导致其寿命缩短, 而且还会由于磁路不平衡, 大量漏磁通过箱壁、夹件等使其严重发热, 造成附加损耗。

6) 在低压配电线路中, 三相不平衡会影响计算机正常工作, 还会引起照明电灯寿命缩短, 电压过高或照度不足, 电压过低以及电视机的损坏等。

7) 三相不平衡时, 将引起电网损耗的增加。

8) 对于通信系统, 电力三相不平衡时, 会增大对其干扰, 影响正常通信质量。不对称负荷引起的三相不平衡, 可以采取下列措施, 主要有:

(1) 将不对称负荷分散接到不同的供电点, 以减小集中连接造成的不平衡度超标。

(2) 使不对称负荷分散接到不同的供电点, 以减少集中连接造成的不平衡度超标。这种方法无需增加任何设备投资, 只要尽可能地把单相用户均衡地接在A、B、C三相上就可以改善三相不平衡。

(3) 将不对称负荷接到更高的电压级上供电, 以使连接点的短路容量足够大。

(4) 采用三相平衡化装置。为了使SVC可以补偿系统的三相不平衡, 需要其具有分相调节能力。

摘要：随着三相不对称负荷的不断增加, 电力系统中三相不平衡问题日益严重, 电力系统的安全稳定运行也越来越受到威胁。针对这一现状, 本文将谈谈几点看法。

关键词：三相不平衡,解决措施

参考文献

[1]李鑫, 曾光等.基于瞬时无功理论的SVC无功电流检测方法[J].电力电子技术, 2006.

[2]丁仁杰, 刘健等.一种基于瞬时无功功率理论的SVC控制方法[J].电工技术学报, 2006.

[3]王茂海, 孙元章.通用瞬时功率理论在三相不平衡负荷补偿中的应用[J].中国电机工程学报, 2003.

配电台区三相不平衡的危害与对策 篇7

在低压电网中, 配电变压器是该网络的中心枢纽, 而三相负荷的平均分配则是确保电能质量、提供安全可靠供电与体现管理水平的重要环节。农网改造中采取了诸如配电变压器放置在负荷中心、增添配电变压器数量、缩短供电半径、加大导线直径、增加低压线路、集中安装用电户电能表等措施, 极大地改变了农村低压电网状况, 使配电台区的供电能力大大增强, 电压质量明显提高。即使这样, 若配套不好, 尤其是三相负荷不平衡, 仍将导使低压电网的可靠性与稳定性低、电能质量差、线损率与故障率高。

1 三相不平衡的原因

(1) 虽然低压电网三相负荷不平衡要增加损耗, 但在农网改造前, 线损水平高而降损的压力不大, 且农村照明等单相负荷很小, 只占总用电负荷的5%~20%左右, 低压整改多采用把配电变压器移到负荷中心、改造低压线路、整改户内线路等措施, 三相负荷不平衡是较次要的因素, 因此没有提出调整三相负荷平衡度的具体方法。

(2) 农网改造由于规模大、任务重、时间紧, 加之改造资金有限, 为了降低费用, 架设了一定数量的单相两线线路, 尤其是低压分支线路中, 单相两线线路占一定比例;在下户线接火施工中, 没有考虑三相负荷平衡, 施工中随意接单相负荷, 或为了不接成380V, 把单相负荷都接到中间两根线上。这些在一定程度上都加重了三相不平衡度。

(3) 运行管理中, 农村低压线路虽多为三相四线, 但没有考虑把单相负荷均衡分配到三相上的问题, 造成某相或某两相负荷过多。更有甚者, 对于只有单相负荷且量值较小的三相四线线路, 某些地方供电所采用停用两根相线、只用单相两线供电的措施, 加重了三相不平衡度。

(4) 有的各相负荷看上去较接近, 各相电流也较相近, 但中性线电流却很大, 甚至超过最大相电流, 其原因是三相负荷的性质不同。

(5) 近年来, 随着农村经济地飞速发展, 尤其是农网改造完成及“同网同价”实施后, 农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面。在单相负荷用电量极大增长的情况下, 若不注意三相平衡, 将使低压电网的三相不平衡度很大, 电网技术状况很差。

2 三相不平衡的对策

2.1 安装三相负荷不平衡自动调节系统

由于配电台区普遍存在三相负荷不平衡现象, 特别是季节性、时段性用户用电时间不统一, 造成的配变三相负荷不平衡通过人工调整很难得以解决, 因此必须采用自动调节方法。三相不平衡自动调节系统是通过调整三相负荷分配、降低三相负荷不平衡率, 来有效平衡低压线路电流, 解决偏负荷相电流大压降高的问题, 从而提高末端电压、降低线损。三相不平衡自动调节系统示意图如图1所示。

智能监控终端在线监测台区配变的负荷和三相不平衡调节开关负荷运行状况, 当台区电网出现三相负荷不平衡时, 终端进行换算并选择适配的三相不平衡调节装置 (一个或若干个) 发出相线换相指令, 三相不平衡自动调节装置通过换相动作实现在线平衡负荷, 并且配网后台计算机能及时显示调整结果。三相不平衡自动调节系统需具有如下基本功能。

(1) 配置微功率无线通信模块, 通过上位机指令进行自动换相, 有效通信距离可达500m, 也可本地手动换相操作。

(2) 额定控制电流可按需设定, 过电流动作特性按设定电流调整保护值。

(3) 漏电动作值分档可调, 可按实际线路的漏电流来选择合理的漏电动作保护档位。

(4) 具有特定电击保护功能, 即电击保护功能不受线路漏电流大小的影响。大多数情况下, 人和哺乳动物触电在50mA以下跳闸保护。

(5) 具有欠电压、过电压保护功能。

(6) 实时采集电压、电流、剩余电流运行数据。

(7) 存储最近30次故障动作并记录, 便于查询、检修。

2.2 调整三相电压不平衡

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中, 由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用, 负荷大小和用电时间不同, 因此电网中三相间的不平衡电流是客观存在的, 且这种用电不平衡状况无规律性, 也无法事先预知, 导致了低压供电系统三相负荷的长期性不平衡。对于这种不对称负荷引起的三相电压不平衡可以采用以下解决办法。

(1) 将不对称负荷分散接在不同的供电点, 以减少集中连接造成的不平衡度严重超标问题。

(2) 使用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相, 尽量使其平衡化。

(3) 加大负荷接入点的短路容量, 如改变网络或提高供电电压级别以提高系统承受不平衡负荷的能力。

(4) 电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损, 还会增加变压器的铁损, 降低变压器的出力, 甚至影响变压器的安全运行, 最终会造成三相电压的不平衡。调整不平衡电流无功补偿装置可有效解决这个难题, 该装置具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的功能。实际应用表明, 调整不平衡电流无功补偿装置可使三相功率因数补偿到0.95以上, 使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。

2.3 电源污染的治理

对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况, 通常的解决方法有两个:一是局部重组电网结构, 分离或隔离产生电力污染的设备;二是使用电源净化滤波设备进行治理, 通常电压谐波是由电流谐波产生的, 有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。国内外已开始重视电源污染的治理, 投资安装电源净化滤波装置, 取得了提高电源品质和节能的双重效果。电源污染的治理主要有以下几种方法。

(1) 安装串联电抗器。

(2) 有源滤波补偿。

(3) 无源滤波补偿。

(4) 增加整流设备的相数。

(5) 安装突波吸收保护装置, 如避雷器等。

目前, 无源滤波补偿是实际应用最多、效果较好、价格较低的解决方案, 它包括串联滤波、并联滤波和低通滤波 (串并混合) 。其中, 串联滤波主要适用于3次谐波的治理;低通滤波主要适用于高次谐波的治理;并联滤波是一种综合装置, 它可滤除多次谐波, 同时提供系统的无功功率, 是应用最广泛的电源净化滤波装置。近年来, 随着电力电子技术的发展, 有源滤波补偿技术日益成熟, 较传统的无源滤波补偿系统, 具有功能多、适应性好及响应速度快等优点, 随着价格的不断下降, 应用将日益普遍。

2.4 采取组织措施加强管理与考核

台区管理人员对三相负荷不平衡管理观念淡薄, 未对三相负荷不平衡进行治理。针对新增、移表、迁址等容易造成台区负荷分布发生变化的用电业务流程, 在现场查勘环节中, 增加台区三相负荷分布、客户负荷等查勘内容情况;在《供电方案》中, 增加客户接线相序意见;在装表接电时严格按查勘意见进行施工, 并在验收环节中核对实际接线相序是否与查勘意见一致。

农村负荷构成变化造成三相负荷不平衡的情况在所有台区均会出现, 可依据研究经验, 制定《配变低压三相负荷测试及调整管理办法》, 通过建立常态管理机制, 规范配变三相负荷的管理与考核制度, 加强对配变负荷的日常监测、分析, 有针对性地制定技改计划和三相负荷调整计划, 对客户接线相序进行调整, 确保配变三相负荷不平衡度的可控、能控、在控。客户内部负荷不平衡导致台区三相负荷不平衡时, 应加强与客户的沟通协调, 向客户说明达到三相负荷平衡后的安全性和经济性, 取得客户的支持, 帮助客户对内部进行三相负荷调整。

3 结束语

三相不平衡源 篇8

在10 k V配电变压器理想的三相四线制低压供电系统中, 三相电流有同样的数值, 且相位按顺序互成120°, 这样的系统就叫做三相平衡系统。在三相四线低压网络中, 当三相负荷完全平衡时, 中性线电流为零, 这是供电最理想的状态, 但在实际运行中是难以实现的。因为系统中有大量单相负荷存在, 而且, 负荷是动态的, 因此一般三相负荷是不平衡的。有关规程规定配电变压器三相负荷电流不平衡率不允许超过20%, 并规定配电变压器中性点电流不能超过其额定电流的25%, 即100 k VA配电变压器中性线电流不超过36A, 200 k VA配电变压器中性线电流不超过72 A, 315k VA配电变压器中性线电流不超过113 A。

2 三相负荷不平衡的原因

(1) 在台区建设或改造完成配电变压器投入运行时, 没有对用电户数、用户用电负荷进行统计, 然后合理地给三相分配负荷。

(2) 在日常的10 k V配电变压器管理工作中, 三相负荷的平衡问题在大部分县供电公司都是处于一种无序管理状态, 较少人为主动进行监测调整。而且存在台区负责人不了解所管辖区用户的负荷状况以及用户用电负荷增长情况的现象, 台区内的用电负荷大户、大功率电器用户没有合理地分配到低压三相线路上。

(3) 大部分的配电台区负责人, 由于平时工作时图省事、图方便, 在用户新装时, 往往都是哪儿接电源方便就在哪儿接线, 没有把新增用户合理地分配到低压三相线路上。

3 三相负荷不平衡的危害

(1) 三相负荷不平衡, 使磁路不平衡, 会造成配电变压器本身和线路附加损耗增加, 增大10 k V线路和0.4 k V线路的线损率, 从而增大配电网线损率。

(2) 影响配电变压器本身的出力, 使重负荷相的绕组过载, 而轻负荷相绕组轻载, 使配电变压器容量不能被充分利用。

(3) 引起用户电动机附加损耗和振动, 危及电动机安全运行, 影响其正常出力, 使电动机利用率下降。有关规程规定, 配电变压器中性点电流不能超过其额定电流的25%。根据这一规定, 一般配电变压器的电压偏移不会超过5%。美国全国电气制造商协会做过试验, 3.5%的电压不平衡将使电动机温升增加25%。我国也有试验数据说明:当三相电压不平衡达到5.34%时, 电动机空载损耗增加为平衡时的2.41倍。

(4) 使照明电灯寿命缩短 (电压过高) 或照明度不足 (电压过低) 。试验数据说明, 当运行电压比额定电压高5%时, 使白炽灯寿命减少30%;当运行电压比额定电压高10%时, 使白炽灯寿命减少一半;当运行电压比额定电压低5%时, 使白炽灯照明度减少18%;当运行电压比额定电压低10%时, 使白炽灯照明度减少30%。

(5) 配电变压器三相负荷不平衡, 使负荷较大的一相绕组过热而使其寿命缩短, 导致整台配电变压器的寿命缩短。研究表明, 配电变压器在额定负荷下, 电流不平衡度为10%时, 其绝缘寿命约缩短16%。因此长时间严重负荷不平衡时, 很容易烧毁配电变压器。

(6) 配电变压器三相负荷不平衡严重时, 中性线电流就会增大, 长时间运行, 极易烧断中性线, 造成用户用电设备损坏事故。

4 调整平衡三相负荷的方法

(1) 首先要取得配电变压器低压侧各相电流数据, 可在配电变压器上安装监测仪表取得电流数据, 也可用钳形电流表卡测各相负荷电流。测量电流要在负荷高峰时进行, 因为这时的电流数据最具有参考价值。当然, 如果能在不同的负荷时段进行多次测量, 会更有利于调整负荷。

(2) 一定要分清配电变压器哪一相电流大, 哪一相电流小。所谓调整平衡就是从电流大的相往电流小的相调整转移部分负荷。如某配电变压器在运行时实测三相电流数据分别为L1相140 A, L2相180 A, L3相220 A, 那么该配电变压器就需要从L3相往L1相上转移40 A电流的负荷, 也就是8.8 k W的单相负荷。

5 注意事项

(1) 配电变压器 (台区) 负责人在管理配电变压器时, 要有三相负荷平衡观念。平时就应注意做到:各相电能表实抄电能量大致相同;各相所带的照明用户数大致相同;用电大户平均接在三相上;将大功率电器, 如单相电焊机分别接在不同相上, 禁止集中接在同一相上。

三相不平衡电流补偿控制器的设计 篇9

随着电力电子技术的发展,电网中冲击性、非线性负载不断增加,使得电网功率因数低、三相不平衡、高次谐波放大等电能质量问题日益严重[1]。系统三相不平衡度如果超过一定范围,将会影响系统的安全运行,产生的负序电压和负序电流将导致旋转电机发热和振动,变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大及各种保护和自动装置误动等等。不平衡电流可以分解为正序、负序和零序的电流分量,因此会对计量仪表的精度产生影响。对于三相不平衡电流,通常采取的解决办法是尽量合理地分配负荷,但是由于各用户的负荷量不一致且用电的时间不一致,因此不能从根本上解决问题。

本文专为三相四线的低压供电系统设计的不平衡补偿装置不但可以将三相的功率因数均补偿到0.9以上,而且可以将三相间的不平衡有功电流校正到合理范围内。

1 不平衡补偿算法

设系统各相的有功功率和无功功率分别为Pa、Pb、Pc和Qa、Qb、Qc,实际系统负荷部分是由∆接线形式和Y接线形式组合而成,其有功功率和无功功率是由两部分联合产生的,但各自的实际比例并不确定[2]。

假定参数Qx,得到如下的补偿公式:

公式中QΔab表示A相与B相间的无功补偿值,QbΔc表示C相与B相间的无功补偿值,QcΔa表示A相与C相间的无功补偿值,aQY表示A相与零线间的无功补偿值,bQY表示B相与零线间的无功补偿值,cQY表示C相与零线间的无功补偿值。

不平衡无功补偿的原则是[3,4]:

(1)只补偿电容;

(2)尽量使三相功率因数接近1,三相有功电流平衡;

(3)在满足上述条件基础上,尽量减小电容的使用数量。

在满足上面三个条件下,根据实际电容分布情况调节Qx,达到无论在补偿效果上还是电容器配置上都是最优。

2 控制器硬件设计

2.1 系统主控芯片Freescale 56F807的功能

Freescale 56800系列DSP是16位定点的DSP芯片,集实时信号处理能力和控制外设功能于一身,关键部分采用双哈佛结构,支持并行处理,在80 MHz时钟频率下可达到40兆条指令/s(MIPS)的指令执行速度,JTAG/On CE程序调试接口,允许在系统设计过程中随时进行调试,并可对软件进行实时调试。

2.2 硬件设计

硬件设计上从实际情况出发,采用点阵式的液晶显示器、全中文和图形化的界面,控制器内部的高精度实时时钟保证在断电的情况下正常走时10年,交流电和电池两种供电模式能够保证在停电的情况下控制器正常工作3~4个小时。硬件电路主体分为三个部分:控制板、通讯板和驱动板。

控制板提供人机界面处理、读取实时时钟、校时、控制信号输出以及电容器智能控制等功能,控制板原理框图见图2所示。

通信板提供对控制器远程控制的GPRS模块,RS485接口,以及本地的RS232接口,通信板原理框图见图3所示。

驱动板提供驱动输出,通过控制板的控制信号驱动智能复合开关,控制电容器组的投切。驱动板的原理框图见图4所示。

3 控制器软件设计

软件代码采用C语言和DSP芯片相关汇编语言混合编写,控制器软件主要包括下面几个功能模块:底层驱动模块,计算模块,保护模块,电容器投切控制模块,A/D模块,人机交互模块和通信模块等。其中A/D模块采用的是抗谐波电能计量芯片ADE7758。

电容器的分组的具体方法比较灵活,一般希望能组合产生的电容级数越多越好,但是综合考虑到系统复杂性以及经济性问题,可以采用二进制的方案,即采用k-1个电容值均为C的电容和一个电容值为C/2的电容,这样的分组法可以组合成的电容值为2k级[5]。

主程序是整合几个模块进行处理及响应中断,主程序流程图见图5。

4 控制器的测试

对控制器性能进行测试。测试的内容包括:

(1)控制器是否能够将电力系统中的电压、电流、功率因数和无功功率等参数正确显示和测量。

(2)验证控制器是否能够正常的对电力系统状况进行判断,正确地投切电容器。

(3)验证控制器的其他功能是否正常,如通信、时钟等功能。

5 实验数据分析

(1)功率因数:补偿前功率因数平均值为0.6,补偿后功率因数均上升为0.9以上。

(2)不平衡度:补偿前三相不平衡度为13.7%,补偿后三相不平衡度为0.03%。

表1所示为采集到的补偿前与补偿之后的两组数据。

从图6,7中可以看出恰当的选择电容器的接法,就可以达到既补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。

6 结束语

使用调整不平衡电流功率因数补偿装置可以取得较好的节能效果,并且零线电流很小,完全符合国家标准关于零线电流不超过变压器额定电流25%的要求,因此在三相严重不平衡的供电系统中具有重要的现实意义。

参考文献

[1]王永民,景有泉,王涛.基于电容器跟踪投切的无功补偿装置控制分析[J].电源世界,2006,(1):29-33.WANG Yong-min,JING You-quan,WANG Tao.Control Analysis of Var Compensator Based on Switched Capacitor[J].The World of Power Supply,2006,(1):29-33.

[2]Lee San-Yi.On-line Reactive Power Compensation Schemes for Unbalanced Three Phase Four Wire Distribution Feeders[J].IEEE Trans on Power Delivery,1993,18(4):1928-1965.

[3]谢连富,单铁铭.不平衡电流无功补偿方法的研究[J].继电器,2006,34(9):76-79.XIE Lian-fu,SHAN Tie-ming.Research on Unbalanced Reactive Current Compensation Method[J].Relay,2006,34(9):76-79.

[4]Lee S Y.Wu C J.Reactive Power Compensation and Load Balancing for Unbalanced Three-Phase Four-Wire System by a Combined System of an SVC and a Series Active Filter[J].IEEE Proceeding Electric Power Apply,2000,(6):563-568.