功率负荷不平衡

2024-06-09

功率负荷不平衡(共8篇)

功率负荷不平衡 篇1

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。

功率负荷不平衡 篇2

【关键词】旁母代供;异常;处理

0.前言

当电力传输网络不够完善时,为保证部分设备检修情况下不间断供电,在一些重要的变电站设置了旁路母线接线,旁路可以旁代主变、旁代线路甚至兼用母联,旁路的设置对提高供电可靠性起到了至关重要的作用。

220kV涟水变是淮安地区建成比较早的一个大型变电站,采用双母线带旁路加专用母联方式。变电站运行人员反映旁母代供操作过程中,按调度要求记录的旁母负荷测量值三相不平衡率较大,甚至出现个别相电流为0的情况,影响运行人员以及调度员对设备状态的判断。

1.异常现象

在220KV涟水变进行无人值班改造过程中,旁路720开关无人值班自动化改造工作结束后,调度下令用720开关旁代主变701开关操作以实现带负荷测试,当合上720开关,实现720开关与被代701开关并列运行时,出现了异常情况:720开关电流分别为:A相为0A、B相为28.49A、C相为33.4A。如图1:

首次出现异常后,恢复运方。通过仪器对CT二次回路检查无开路异常。调度再次下令720开关旁代主变701开关代供操作中,当合上720开关后,A相电流仍偏小,当天停止720开关。第二天对720开关CT进行试验后,720开关再次旁代701开关测试。测试结果如下表:

三次异常情况时负荷电流记录表

事后我们又统计了前期720开关旁路代供操作情况。由于涟水变无人值班自动化改造,所有110kV间隔除783涟胡二线、785涟高线为备用线外,均发生过旁路代供操作。当720开关与所带开关并列运行时负荷情况如下:

通过上表我们发现:旁路720开关代主变701开关并列运行时三相负荷电流不平衡率最高达到了100%,最低14%,平均61.3%。720开关旁代701开关的数据最高具有典型性。

2.原因分析

对720开关无人值班自动化改造后发生的异常情况进行分析,我们发现720开关与701开关并列运行时720开关A相电流为0A,701开关的A相电流相应的偏大。

720开关与701开关同相电流之和及实际负荷A、B、C三相几乎相等。

现场人员初步判断认为720开关与701开关此时为并联电阻关系(如图2所示)。

720开关负荷电流与电阻大小成反比。

我们用直流电阻测试仪分别对720 开关的三组110kV刀闸和7016刀闸进行接触电阻测量,测量数据表明7202、7206、7016三组刀闸接触电阻在150至200微欧之间,而7201刀闸接触电阻达1800微欧,大大超过正常值100微欧,所以一次设备接触电阻大是三相电流不平衡的主要原因。

3.采取办法

针对此问题,现场作业人员对上述四组刀闸进行除锈并用导电脂润滑处理,通过对检修后刀闸接触电阻现场测量,四组刀闸的九个动静触头接触电阻均在100微欧左右。

后期,我们统计了720开关旁路代供操作情况。结合涟水变110kV部分保护更换工作,720开关旁路代供701开关后负荷电流三相不平衡率由实施前的平均61.3%降低到实施后的6%,满足了运行人员对设备状态的判断。

4.总结

功率负荷不平衡 篇3

1 变压器负荷不平衡对应用系统的影响

变压器负荷不平衡不仅对用户造成严重的影响, 同时对应用系统也带来很多不便。以下将对变压器负荷不平衡对应用系统的影响进行分析。

1.1 增加配电网的电能消耗

由于电网线路比较长, 尤其是在偏远地区, 经常出现很长一段距离才会有变压器, 如果出现变压器负荷不平衡的情况, 会导致导线截面得不到有效的应用, 增加线路损坏率。此外用户的用电设备得不到安全保障, 会造成设备出现故障[1]。

1.2 影响用电设备安全

如果配电变压器的技术要求和用电安全受到威胁, 变压器电压超过5% 后, 会对设备安全造成一定的不利影响[2]。一旦出现变压器不平衡的情况, 致使电压值逐渐升高, 超出规定范围值, 会增加用电的安全隐患。

1.3 工作效率低

变压器负荷的稳定性对配电系统有一定的作用, 如果没有按照既定的程序对其进行控制管理, 电机线圈容易出现烧毁的情况, 受到磁场压力的影响, 会出现负荷不平衡的情况, 超过固定值, 造成电机功率随之降低。

2 配电变压器负荷不平衡的原因

2.1 电网格局不合理

在电网设计阶段, 对用电量需求较大, 需要考虑到当地发展特色, 保证设计理念满足现有的发展要求。但是很多地区采用单相供电, 造成局部供电压力大, 如果调整不及时, 会无法满足供电需求, 进而出现负荷不平衡的情况。

2.2 季节性用电影响大

临时用电和季节性有一定的差异。如果用电时间掌握不好, 会出现管理监测不到位的情况, 造成用电量差距大, 出现负荷不平衡的情况。此外和用电位置有一定的联系, 要想保证负载平衡, 要强调调节力的作用, 避免出现无法满足实践需求的情况, 从而出现用电差距大的现象。

2.3 管理系统不合理

在配电变压器实践中, 供电系统受到其他因素的影响, 要对供电环节进行适当的监督和管理。但是在实际管理中, 存在配电变压器负荷不平衡的情况, 管理系统对各个管理细节没有明确的规定, 缺乏严格的审核标准, 进而达到部分管理体系无法落实到实处, 出现负荷不平衡的情况。

3 如何解决配电变压器负荷不平衡运行的问题

针对变压器负荷不平衡对应用系统的影响及配电变压器负荷不平衡的原因, 需要相关工作人员对其引起重视, 解决实际问题。以下将对如何解决配电变压器负荷不平衡运行的问题进行分析。

3.1 从格局上进行规划

对于变压器管理存在的问题, 要制定严格的管理制度, 必要时建立负荷管理等级评价制度。工作人员要具备一定的责任心, 将各种制度落实到实处, 不能存在侥幸的心理。为了提升工作人员的技术操作能力, 要定期对其进行适当的培训, 掌握技术性规范的同时, 提升大家的工作责任感, 做好配电变压器的监测工作, 对监测中存在的问题进行系统的分析, 及时进行处理, 达到调整负荷结构的目的[3]。同时需要对当期的用电情况进行充分的了解, 按照技术要求设置变压器, 按照实际格局要求, 建立计算机控制系统, 根据变压器的实际工作情况, 对其进行实时监控和监测。

3.2 加强对用户的管理

电网运行是以变压器为媒介的, 变压器的负荷和用户有直接的联系。在日常管理中, 供电部门要在根据季节性差异和用户类型合理对用电量进行分配。按照用户需求及其在应用中存在的问题, 采用合理的管理模式进行系统的管理, 包括制定用电策略、实现用户用电量和变压器平衡等。由于用户是配电变压器的主体, 在操作过程中有重要的地位, 如果管理不到位, 会出现变压器负荷不平衡情况加重的现象。

3.3 进行无功补偿管理

配电变压器负荷受到多种因素的影响, 要根据实际情况, 对其进行无功补偿管理, 达到提升电网供电量的目的。根据技术规范要求, 由于供电线路的传输距离较长, 在供电过程中要适当增加供电量, 用过无功补偿的方式, 保证负荷就地平衡。线路供电会受到其他因素的影响, 出现磨损的情况, 因此在统计信息方面, 要计算好线路应用周期, 对变压器进行实时跟踪, 对用电信息进行反馈和调整, 保证各相之间负载量的平衡。无功补偿管理的形式可以提升变压器的利用效率, 对故障处用电量进行计算, 进而明确负荷不平衡的故障原因。

4 结束语

针对配电变压器负荷不平衡运行的现状, 相关工作人员要对其引起重视, 明确变压器的操作方式及应用类型, 结合实际情况, 采取正确的措施, 保证变压器的平稳运行。在本次研究中分别列举了促进负荷平衡的措施, 包括从格局上进行规划、加强对用户的管理、进行无功补偿管理等, 保证电网按照既定的程序运行。用户要了解配电系统的应用当时, 尤其对单相设备申请用电, 要进行合理搭接, 提升电网运行效率的同时, 解决变压器负荷不平衡的问题。

参考文献

[1]来庆松, 钱晓丽.配电变压器负荷不平衡运行问题分析[J].农村电工, 2012.

[2]黄伟.汪志鹏配电变压器三相负荷不平衡对线损的影响分析[J].中国高新技术企业, 2012.

[3]姜天福, 赵敬良.配电变压器三相负荷不平衡运行的管理[J].农村电气化, 2013.

功率负荷不平衡 篇4

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。

功率负荷不平衡 篇5

三相负荷不平衡的形成, 是由于农村低压电网多为单、三相负荷混合电网, 负荷波动较大, 且随着农村经济的发展单相负荷大幅增加, 负荷性质多样造成的。因此, 三相负荷不平衡的成因可归纳为以下几点。

(1) 农网改造前电力企业对农网的规划设计前瞻性不足。农网改造的目的当时主要是解决无电村的问题, 电价高的问题以及农村供电无可靠性的问题, 因当时没有充足的改造资金而且时间有限, 改造范围广, 施工任务紧。所以改造中在低压分支线路中架设了一定数量的单相两线线路, 尤其是在用户不集中的村屯只有一条主线是三相线路, 其余大部分是两线供电, 没有把农村低压电网三相平衡问题在改造之初就纳入到工程的规划中去。

(2) 供电企业的运行管理中, 没有对农村低压电网三相负荷不平衡的危害有一个清醒的认识, 对于两相线路的相序接引未进行合理分布, 忽视了两相线路的增加量, 而且负荷越不集中的地方线路越长, 线径越细, 甚至出现迂回线路, 末端负荷增加时也只好进行两线线路的延伸, 这在无形中就加重了低压电网三相负荷的不平衡度。

(3) 随着农村经济的不断发展, 农民生活水平不断提高, 尤其是农网改造及“家电下乡”政策实施后, 农民不只局限于拥有电视和照明设施, 大量的大功率家用电器进入寻常百姓家, 例如:微波炉、电冰箱、电炒锅、电热水器、电饭煲、电炒锅等, 单台容量大多数从几百瓦到几千瓦不等, 而且都是采用单相220V电源供电, 造成单相负荷激增;另一方面, 随着工业的发展, 农副业加工量减少, 单相负荷已经跃升为农村电力负荷的“主力军”, 据了解, 现在一般农村单相负荷已占到总用电负荷的70%以上, 比重相当大。面临这种单相负荷用电极大增长的情况, 如果不注意三相平衡, 可能会使低压电网的三相不平衡度很大, 电网运行状况下降。

(4) 农村用户的用电负荷性质发生了较大变化。负荷分电阻性、电感性和电容性三种, 负荷性质不同功率因数不同, 即使三相电流值相等, 最后中性线上的电流也未必为零。而几乎所有的家用电器上标注的都是有功功率, 单按铭牌功率去计算负荷进行接线, 就很难实现理想的三相平衡, 即中性线电流接近零。

2 农村低压电网三相负荷不平衡的危害

三相负荷不平衡对电网、电气设备都存在着潜在的危害, 下面从几个不同的方面予以分析。

2.1 增加电网损耗

(1) 增加变压器损耗, 变压器的损耗包括空载损耗和负载损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变, 空载损耗与负荷大小无关, 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, 三相负荷平衡时各相电流相等, 损耗为:3I2R。当三相负荷不平衡运行时, 变压器的负荷损耗则变成了三只单相变压器的负荷损耗之和, 在最大不平衡时其损耗为:3 (3I2R) , 是平衡时的3倍。

(2) 增加低压线路损耗。

三相四线制供电线路, 在一定负荷、相同时间条件下, 如果负荷分配均匀, 中性线接近于零, 则损耗最低。当负荷分配不平衡度最大时, 则某一相线和中性线的电流相等, 电能损耗是平衡时的6倍, 而且负荷越大损耗就越大。

(3) 增加高压线路的损耗。

低压侧三相负荷平衡时, 6~10KV高压侧也平衡, 设高压线路每相的电流为I, 其功率损耗为:△P1=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, 高压对应相电流为1.5I, 另外两相电流都为0.75I, 此时功率损耗为:=1.125 (3I2R) , 即高压线路上电能损耗增加了12.5%

2.2 危害电气设备及线路

(1) 三相负荷不平衡可能造成变压器烧毁的严重后果。三相负荷不平衡时中性线会有电流流过, 当中性线电流过大时, 零序电流所产生的零序磁通会在油箱壁及钢结构件中通过, 引起较大的电能损耗, 从而使变压器运行温度升高, 绕组过热, 引起油质劣化, 加快变压器内部绝缘老化, 迅速降低变压器的绝缘性能。同时三相电压相差极大, 负载轻的一相上电压过高, 甚至达到线电压, 将会导致配电变压器烧毁。

(2) 危害低压设备:农村的低压设备保护配置比较简单, 性能过低, 安装比较粗糙, 配线取材及线径不够理想, 在三相负荷不平衡时三相电压将产生偏差, 严重时空气断路器或交流接触器会动作造成停电, 在空气断路器或接触器的重负荷相因过热会引起触点老化、损伤, 严重者造成外壳绝缘击穿, 并且容易造成导线接线端子处过热氧化, 从而接触不良, 影响低压设备。

(3) 在三相四线制系统中, 理想状态是负荷平均分配到三相上, 即每相的电流为I, 中性线电流为零。假设在最大不平衡时, 即某相为3I, 另外两相为零时, 中性线电流也为3I, 也就是说线路在最大不平负衡载下运行时, 线路的相电流是在平衡负载下运行的3倍。由发热量Q=0.24I2Rt, 知电流增加3倍, 发热量增加9倍, 最大电流相导线温度直线上升, 致使导线连接处、薄弱处烧断, 酿成线路断线事故。同理, 由于中性线导线截面一般选取相线导线截面的50%, 加上接头质量不好, 使导线电阻增大, 因此中性线烧断的几率更高, 可能造成用户大量低压电器烧毁的事故。

2.3 对供电企业的影响

在日常的运行管理中, 低压电网损耗增大, 将降低供电企业的经济效益。线路故障率的增加, 也将严重影响供电的可靠性, 增加维护成本。并且线损指标完成困难, 会对抄收人员的工作积极性造成一定的影响。

2.4 对动力用户的影响

三相电压不平衡时, 感应电机的磁场发生变化, 在定子中便产生一个逆序旋转磁场, 正、逆两个磁场作用于感应电动机的绕组中, 因转子逆序磁场将产生一定的逆序制动力矩, 从而使电动机的转速受到制约, 影响了电动机的输出功率。

3 对三相负荷不平衡的防范措施

(1) 加强对变压器三相负荷不平衡度的管理, 应把降低三相负荷不平衡作为一项经济指标来抓, 列入考核项目, 制定奖惩措施以提高认识, 增强对降损工作的自觉性和积极性。

(2) 在新建低压线路架设好以后在户表进行安装之前, 把本台区下的单相负荷用户进行登记、规划, 根据容量大小均衡地分配到低压线路的三相上, 绘制施工图纸, 并且要保留现场初始资料。户表安装要根据图纸施工, 在每相接引的计量箱处做好相序标记, 并在实际运行中选择负荷集中时间段对变台处三相线路用钳形电流表进行负荷分配情况的测试, 检查是否在平衡度允许范围内, 必要时做出调整。

(3) 对于新装用户, 做好新增单相负荷的功率分配, 同时将运行的功率因数不同的单相设备, 分别均匀地分布到三相线路中。观察台区负荷的变化情况, 定期用仪表进行测量, 及时拟定平衡计划, 调整负荷分布以期达到理想的平衡度水平, 在实际工作中形成常态机制, 不断完善提高。

(4) 观察季节性用电户的负荷变化, 根据用户负荷的增加或减少, 及时作出相应调整, 满足现阶段负荷平衡度的要求。

(5) 合理配置无功补偿设备, 提高用户的功率因数。由于实际三相电网并不总是平衡的, 单相负载随时大量增加, 负荷变化无规律, 因此对某一相采样信号所做的电容补偿对该相是适当的, 对另外两相可能是过补偿或欠补偿, 达不到最优的补偿目的, 所以采用新型无功功率自动补配电箱, 分相就地补偿, 实现补偿和配电双重功能。

(6) 用技术武装头脑, 提高农电工的专业水平, 把农电工从低压线损指标考核的巨大压力下解脱出来, 提高农电工解决问题的能力, 把农电工技能培训的各项工作提到重要议事日程上来。让他们用科学的方法对负荷进行分析, 用切实有效的措施把农村低压电网三相负荷不平衡问题解决好, 把线损稳定住、把损失降下来, 不断提高供电可靠性, 打造一个良好的效益型、服务型用电环境。

综上所述, 是对农村低压电网的一点见解, 当然, 农村低压电网三相不可能有绝对的平衡, 但要相对的平衡, 以平衡度指标为限, 在日常工作中经常对各类负荷进行调查, 对当地的负荷发展趋势有一个明确的了解, 才能做好负荷分配工作, 经常对配变主线、支线负荷电流进行不定期测试, 组织有针对性地调整, 才能从根本上控制三相不平衡现象的发生, 避免给供电企业和广大用户造成危害。

参考文献

[1]刘云志.农村配电网三相负荷不平衡的危害和防范措施[J].职业圈, 2007 (21) .

[2]沈玉梅.浅谈农村低压电网三相负荷不平衡[J].松州, 2010 (2) .

功率负荷不平衡 篇6

台区三相不平衡是供电所重要指标之一。为降低三相负荷不平衡公变台数, 长子县供电公司开展了台区负荷不平衡治理工作, 并将该工作纳入公司绩效考核。长子县供电公司共有公变台区641个, 2014年11月份底三相负荷不平衡率大于40% 的台区高达170余个, 占比为26.52%。

2采取的措施

为了扎实开展三相负荷不平衡台区专项整治工作, 我公司根据2014年12月各供电所实际存在的三相负荷不平衡台区, 从3月份开始, 按“一台区一预案”的方针, 出台了三相负荷不平衡台区专项整治方案, 逐月制定具体的整治计划。

2.1三相负荷不平衡台区占比指标与同期、环比情况

2014年12月底日均三相负荷不平衡台区152个, 占比为26.47%;2015年3月底日均三相负荷不平衡台区64个, 占比为11.13%, ;2015年5月底专项整治活动结束后, 日均三相负荷不平衡台区29个, 占比为5.03%。

2.2各供电所专项整治活动前后三相负荷不平衡台区对比

各供电所在三相负荷不平衡专项整治前共有225个三相负荷不平衡台区, 专项整治动共消除192个三相不平衡台区, 新增10个台区, 最终共有43个三相不平衡台区, 各所新增的三相不平衡台区数均在预控目标范围。

在整治活动中, 城关所、宋村所、南陈所完成专项整治计划目标。 堡头所、石哲所、田良所、岚水所、草坊所未完成整治计划, 这五个供电所整治率分别为91.67%, 84%, 78.57%, 71.43%, 64.58%。

2.3各供电所专项整治具体措施实际情况 (表1)

3解决三相不平衡台区的措施及方法

3.1强化三相不平衡台区监督

在整改期间乡镇供电所管理部将持续关注生产实时管控系统中三相不平衡台区数据, 汇总长期以来三相不平衡台区信息, 对实际情况进行摸排, 向各供电所反映最新数据。

3.2加强三相不平衡台区整改计划管控

针对三相不平衡严重台区及所属供电所, 加强计划制定流程, 细化整改计划步骤, 杜绝同一台区长期反复三相不平衡。根据三相不平衡台区的轻重缓急, 公司乡镇供电所管理部将分期安排三相不平衡台区整改工作, 确定每期工作重点, 指导供电所整改工作安排。

3.3建立整改分析机制

根据台区现场供电电源接线方式, 对供电所线路无法供电的单相接户线串接的情况, 通过“两线改四线”的措施进行彻底解决, 这也是此次专项整治最有效的措施。

3.4强化指标责任考核

对指标管理方面, 乡镇供电所管理部按日常工作实际情况每月提出相关考核意见, 按有关管理办法执行考核, 并每月向公司分管生产领导书面反馈考核执行情况。

3.5加强无功补偿管理, 提高电压质量

随着农村生活不断提高, 家电下乡政策开放, 各种家用电器的单相感性设备增多, 三相电流不平衡, 农村抗旱排涝设备多数接入公变, 部分JP柜中无功补偿损坏, 功率因数降低, 导致电压质量下降、零线电流增大。

4取得的成效

各供电所在三相负荷不平衡专项整治活动中, 共对91个台区进行了负荷调整, 对134个台区进行了接户线的改造。共调整用户3688户, 接户线改造11761米。

(1) 三相负荷不平衡整治, 对部分高线损台区起到一定降损作用。

(2) 在降损的同时, 也促进了营销达标台区的增加。

(3) 调整了极端三相不平衡的台区用电负荷, 减少了因单相过

负荷而烧损变压器、分路开关过负荷跳闸及烧毁变压器低压出线等事故, 对提高低压配网的安全运行起到积极作用。

参考文献

[1]廖学琦编著.农网线损计算分析与降损措施[M].中国水利水电出版社, 2003.

[2]王抒祥主编.供电所管理[M].中国电力出版社, 2000.

功率负荷不平衡 篇7

与传统的二极管不控整流器和相控整流器相比,PWM整流器具有高功率因数、低谐波、能量双向流动等优点[1,2],得到越来越广泛的应用。传统的三相电压型PWM整流器的控制方法是建立在三相输入电压平衡基础上的,当电网电压不平衡时,这些控制方法的性能会受到较大影响,致使电网输入电流和直流输出电压产生大量谐波,影响PWM整流器的控制效果[3,4]。

为抑制直流输出电压的谐波,文献[5]由功率平衡关系导出了使直流电压无谐波的输入电流正负序分量,在正序同步旋转坐标系下对输入电流进行PI控制。由于电流负序分量在正序坐标系下表现为交流量,通过PI调节不能实现无静差调节。文献[6]在两相静止坐标系下对输入电流进行控制,为实现电流的无静差调节,采用了内模控制器。这种方法不需要检测电流正负序分量,简化了控制系统设计,而内模控制器设计则是一个难点。

本文以抑制直流输出电压的谐波为目的,根据功率平衡原理[7],提出了基于正负序控制器的不平衡控制策略。根据功率平衡原则,推导出输入电流正负序分量指令值。为实现对电流的无静差调节,构建正负序两个控制器,分别对输入正负序电流分量进行控制。由于在各个控制器下的控制量均为直流量,采用普通的PI调节器就可以获得良好的控制性能。在Matlab/Simulink上的仿真结果表明提出的控制策略的正确性。

2 基于功率平衡的整流器原理

三相电压型PWM整流器结构图如图1所示。

由图1可推导出在空间矢量上的电压平衡关系式:

Es=Vs+LdΙsdt+RΙs(1)

式中:Es,Vs,Is分别为交流侧电压和电流矢量;L,R为滤波电感和等效电阻。

电网电压不平衡时,Es可分解为正负序电压分量:

Es=ejω tEdqp+e-jω tEdqn (2)

式中:Edqp,Edqn分别为正负序同步旋转坐标系电压矢量,Edqp=Epd+jEqp,Edqn=Edn+jEqn;ω为电压矢量的旋转角频率。

Vs,Is也作上述分解,代入式(1),可得:

{Edqp=Vdqp+LdΙdqpdt+RΙdqp+jωLΙdqpEdqn=Vdqn+LdΙdqndt+RΙdqn+jωLΙdqn(3)

式中:Vdqp,Vdqn,Idqp,Idqn分别为交流侧电压、电流矢量的正负序分量。

在电网电压不平衡时,电网的输入功率矢量可表示为

S=Ρ+jQ=EsΙs*=(ejωtEdqp+e-jωtEdqn)(ejωtΙdqp+e-jωtΙdqn)*(4)

代入Edqp,Edqn,Idqp,Idqn,可求得

{Ρ(t)=Ρ0+Ρc2cos(2ωt)+Ρs2sin(2ωt)Q(t)=Q0+Qc2cos(2ωt)+Qs2sin(2ωt)(5)

其中

{Ρ0=1.5(EdpΙdp+EqpΙqp+EdnΙdn+EqnΙqn)Ρc2=1.5(EdpΙdn+EqpΙqn+EdnΙdp+EqnΙqp)Ρs2=1.5(EqnΙdp-EdnΙqp-EqpΙdn+EdpΙqn)Q0=1.5(EqpΙdp-EdpΙqp+EqnΙdn-EdnΙqn)Qc2=1.5(EqpΙdn-EdpΙqn+EqnΙdp-EdnΙqp)Qs2=1.5(EdpΙdn+EqpΙqn-EdnΙdp-EqnΙqp)(6)

根据功率平衡原理,当忽略滤波电感和电阻的影响时,电网输入功率等于直流侧的输出功率。由式(6)可知,由于电网不平衡,导致输入有功功率和无功功率均存在2次电网频率的谐波分量。输入有功功率的2次谐波分量将导致直流电压也存在2次谐波,影响整流器的直流输出特性。

为抑制直流电压的2次谐波,可令电网输入有功功率的2次谐波分量为零,即P*c2=P*s2=0;同时为了获得单位功率因数,令输入无功功率的直流分量为零,即Q*0=0,代入式(6)的前4个式子,可求得抑制直流电压谐波的电流指令值:

[Ιdp*Ιqp*Ιdn*Ιqn*]=[EdpEqpEdnEqnEqp-EdpEqn-EdnEqn-Edn-EqpEdpEdnEqnEdpEqp]-1[23Ρ0*000]=2Ρ0*3D[EdpEqp-Edn-Eqn](7)

式中:P*0为设定的有功功率的直流分量;D=[(Edp)2+(Eqp)2-(Edn)2-(Eqn)2]≠0。

根据式(7)的电流指令值,通过合适的电流控制策略,可以使输入有功功率不含2次谐波,直流电压的谐波将得到很好的抑制。但是,由式(7)可知,输入电流的负序分量不为零,致使电网电流各相不平衡,而且输入无功功率也存在2次谐波。

3 不平衡控制策略的实现

由于在正序同步旋转坐标系中,负序分量表现为2次电网频率的交流值,当使用PI调节器时,不能实现无静差调节。所以,本文在正序坐标系下用正序控制器实现对正序分量控制的同时,增加了一个负序控制器,实现对负序分量的无静差调节。

3.1 正负序电压电流分量检测

将电压矢量Es变换到正序同步旋转坐标系,可得:

e-jω tEs=Edqp+e-j2ω tEdqn (8)

由式(8)可知,负序电压分量表现为频率为2倍电网频率的交流量,使用陷波频率为2次电网频率的陷波器将负序交流分量滤除,即可得到正序电压分量。同理,在负序同步旋转坐标系中,通过陷波器滤除正序交流分量,可得到负序电压分量。检测电网电压正负序分量的原理图如图2所示。

图2中,坐标系之间的转换矩阵如下:

Cabc/αβ=23[1-1/2-1/203/2-3/2](9)

Cαβ/dq_p=[cos(ωt)sin(ωt)-sin(ωt)cos(ωt)](10)

Cαβ/dq_n=[cos(ωt)-sin(ωt)sin(ωt)cos(ωt)](11)

正负序电网电流的检测原理也与此相同。

3.2 输入电流指令计算

由式(7)可知,要获得电流指令值,首先要计算输入有功功率的直流分量P*0。为了保持直流输出电压Udc稳定,加入电压外环,采用PI调节器进行控制。直流电压设定为U*dc,由功率关系,电压PI调节器的输出与直流输出电流相对应,则输出功率为

Ρout*=[(ΚvΡ+ΚvΙs)(Udc*-Udc)]Udc*(12)

由功率平衡关系,输入有功功率P*0即等于输出功率P*out。根据式(7),结合检测到的正负序电压分量,即可求得输入电流指令值。

3.3 基于正负序控制器的电流控制

在正序同步旋转坐标系下,由式(3)可知正序电流的d轴和q轴分量相互耦合,所以采用基于前馈的解耦控制规律,对解耦后的d,q轴分量分别进行PI调节。经过前馈解耦和PI控制,可推导出整流器交流侧正序电压分量为

{Vdp=Edp-(ΚiΡ+ΚiΙs)(Ιdp*-Ιdp)+ωLΙqpVqp=Eqp-(ΚiΡ+ΚiΙs)(Ιqp*-Ιqp)-ωLΙdp(13)

同理,在负序同步旋转坐标系下,对负序电流进行前馈解耦和PI控制,得到交流侧负序电压分量为

{Vdn=Edn-(ΚiΡ+ΚiΙs)(Ιdn*-Ιdn)-ωLΙqnVqn=Eqn-(ΚiΡ+ΚiΙs)(Ιqn*-Ιqn)+ωLΙdn(14)

将交流侧电压正负序分量变换到两相静止坐标系:

[VαVβ]=Cdq_p/αβ[VdpVqp]+Cdq_n/αβ[VdnVqn](15)

式中:Cdq_p/α β,Cdq_n/α β分别为坐标系之间的转换矩阵,Cdq_p/α β=Cαβ/dq_n,Cdq_n/α β=Cα β/dq_p

根据交流侧电压矢量Vα,Vβ,通过SVPWM调制方法可以得到控制功率开关的6个开关信号,实现不平衡控制策略。

不平衡电压下PWM整流器的整体控制框图如图3所示。

4 仿真分析

为了验证提出的不平衡控制策略,在Matlab/Simulink下搭建仿真平台,进行仿真分析。仿真参数如下:正序电压幅值Ep=220×2V;负序电压幅值En=22×2V;滤波电感L=2 mH;等效电阻R=0.05 Ω;滤波电容C=2 200 μF;负载电阻RL=20 Ω;直流电压设定U*dc=700 V。

图4为正序控制器控制时的波形。由图4可知,直流电压、输入有功功率和无功功率都存在频率为100 Hz的2次谐波。说明正序控制器不能实现对输入电流的无静差调节,从而影响PWM整流器的直流输出特性。图5为正负序控制器控制时的波形。可以看到,对电流的正负序分量分别在正序和负序控制器下进行控制,使得输出直流电压和输入有功功率的2次谐波都得到很好的抑制。输入电流中加入了负序分量,输入无功功率也存在2次谐波,与理论分析相符。当电压从平衡到不平衡变化时,正负序控制器控制时的波形如图6所示。可以看出过渡过程平缓, 过渡时间较短,直流电压和输入有功电流几乎没有波动,输入电流加入了负序分量,输入无功功率从零变化为2次谐波量。

由仿真波形可知,基于正负序控制器的控制策略可以对直流电压2次谐波起到很好的抑制作用,改善整流器的直流输出特性。

5 结论

本文提出了一种使三相电压型PWM整流器直流输出电压无谐波的不平衡控制策略。根据功率平衡原理导出输入电流的正负序分量,采用正序和负序两个控制器来分别对电流的正负序直流分量进行控制,可以达到快速而且无静差的控制效果。仿真结果表明,提出的不平衡控制策略能够很好地抑制直流输出电压的谐波,改善PWM整流器的直流输出特性。此外,提出的控制策略是在原有正序控制器的基础上只增加了一个负序控制器,并不增加额外的硬件资源,易于在平衡控制策略基础上实现。

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TSC装置中功率不平衡保护方法 篇8

随着电力电子与控制技术的发展,变频调速、中频炉、电弧炉等大功率非线性负载在工业、交通等领域广泛应用,导致功率因数降低、无功波动以及谐波污染等电能质量问题[1,2]。目前多采用晶闸管投切的电容器补偿装置来进行无功动态补偿和滤除谐波。采用大功率晶闸管替代传统的开关设备,可以解决开关触点机械动作的延时性和分散性与工频正弦交流电源电压变化的快速性和周期性之间的矛盾[3,4,5]。但是作为电力电子器件,晶闸管在工作时可能会因承受较大的电压与电流而被击穿或者损坏,导致补偿装置出现故障。目前,在TSC装置中常用开口三角形电压和中性点电流不平衡保护[6,7]。这2种保护算法在TSC装置中的应用存在以下不足:开口三角形电压保护的电压传感器并接在电容器两端,TSC装置中晶闸管开关断开后,由于电容器的残压导致电压传感器要承受较大的直流电压而使其发热损坏;而中性点电流不平衡保护要测量2路中性点间的电流,在TSC装置工作过程中,各补偿支路的投切都是动态改变的,因此可能出现保护误动作[8,9]。

因此,针对TSC装置的工作特点,相应的保护算法必须要合理设计。本文结合在TSC装置正常工作过程中有功功率是平衡的这一特性设计了一种新型的不平衡保护方法,该方法可以实现对TSC装置的可靠保护。

1 方法原理

TSC装置正常工作时,忽略补偿支路的电抗器直流损耗、谐波损耗、晶闸管导通损耗后,补偿支路中基本不消耗有功功率。不正常工作时,若补偿支路中有1个或2个电容器发生断开、短路、快熔损坏等故障,补偿支路的相电流就出现不平衡。经过研究发现在补偿支路不平衡状态时,有一个非常显著的特征:虽然每个补偿支路中电容器电流超前电容器电压90°这一物理现象没变,但是三相补偿系统总的相电流和相电压却偏离90°,三相补偿系统有功功率的和不再近似为零。利用这个特征就可以产生一种新的功率不平衡保护方法。该方法采用检测补偿装置的相电压和各相总电流,计算有功功率。TSC装置正常工作时三相平衡,总的有功功率近似为零;TSC装置故障时,总的有功功率不为零,并且随着三相不平衡的严重而增加[10,11]。TSC装置中功率不平衡保护的系统结构图如图1所示。

图中,TSC装置的保护控制单元通过测量系统A、C相电压以及补偿装置A、C相电流后,可计算得到三相总功率,根据总有功功率在正常工作时近似为零可以进行相应的保护动作。忽略电压畸变,设三相电压相量分别为Ua、Ub=α2Ua、Uc=αUa,其中α=ej 2π/3为旋转量,在实际TSC装置的任一补偿支路两相间的导纳分别为Yab、Ybc和Yca,则各相的电流相量为

则可以计算出三相视在功率为

于是通过两式可以计算出各相的有功功率,从而得到总有功功率。事实上,通过测量A、C相的电压与电流即可计算得到三相总有功功率。各相有功功率取绝对值后相加为总有功功率P鄱,则有功不平衡保护的判据为其中Pset为保护定值,同时根据实际运行情况将该保护的时限整定为反时限特性。

2 方法实现

要在TSC装置中实现功率不平衡保护,必须对两相电压与电流进行测量。目前常用的TSC接线形式为采用2个晶闸管开关作为A、C相的投切开关,B相直通,所以一般在TSC装置中测量A、C相的电压和电流,B相的参数通过计算可以得到。在TSC装置工作时可能在测量的A、C相的电压与电流中有相应的谐波成分,在实际进行保护计算之前必须要把测量结果中的谐波成分滤除,以防止谐波分量导致保护误动作[12]。实际的滤波功能可以通过数字滤波器或者模拟滤波器来实现,由于数字滤波器具有延时特性,为了提高保护动作的响应速度,本文采用了模拟低通滤波器来实现。具体的电路如图2所示。

通过调节可调电阻RW1和RW2实现对输入与输出信号的幅值和相位调整后,通过设置R1~R5的阻值与C1、C2的容值后实现截止频率为60 Hz的低通滤波。信号滤波后就可以在控制器中实现保护的计算与判定。当TSC装置发生缺相或者晶闸管击穿等故障时,有功功率不平衡保护可以迅速地判断出故障,并封锁控制信号,同时通过相应的继电器发出保护跳闸及报警信号。

3 仿真与实验

为了验证所提功率不平衡保护的有效性,进行了相关的仿真和实验。其中仿真是在EMTDC/PSCAD环境中进行,实验装置是在某工业场合进行实际检测,该现场的TSC装置为了防止5次谐波对TSC装置工作的影响,补偿回路中配备电抗率为7%的电抗器,各相电容补偿容量为30 kvar,额定电压为480 V。图3为忽略谐波影响时TSC装置中某一补偿回路在1.0 s B相发生缺相时的电流仿真波形。表1为实际测量的TSC装置在正常工作和故障(缺相)运行时的实际数据(包括电流幅值Im、相位φ、有功功率P、无功功率Q)。

由图3和表1可知,在1.0 s之前未发生缺项时,三相电流平衡,相差120°,此时各相电流与电压之间基本成90°,因此各相有功功率绝对值相加后总有功功率较小,为0.36 kW;在1.0 s发生缺相运行时,A、B相的电流相位发生变化,从而导致总有功功率较大,为4.91 kW。因此,通过有功功率不平衡保护方法可以迅速地进行判定,从而实现保护动作。因此,所提出的有功功率不平衡方法可以对TSC装置进行快速、可靠的保护。

4 结论

新型的功率不平衡保护方法检测硬件电路简单,只需要对一套TSC装置总的电流与系统电压进行测量,然后通过计算判断有功功率是否平衡就可以对该套TSC装置进行故障判定进而实施保护。该保护方法整定简单,通过整定计算就可以确定保护定值。目前该保护方法已应用在数套中、低压TSC装置,现场运行可靠。

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