电流不平衡率（精选8篇）
电流不平衡率 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。
电流不平衡率 篇2
关键词：路灯线路;N线截面;三相四线对称电源;不平衡电流
0 引言
随着我国经济的不断增长，城市化进程加快，城市的基础设施建设也得到了进一步的完善。但是在城市的路灯照明系统中，经常发生线路和电流故障等问题，影响了路灯照明系统的正常稳定运行，如何通过分析路灯系统来提高路灯系统的运行效率和稳定性成为了人们关心的问题。下面就此进行讨论分析。
1三相四线制路灯系统概述
由三相四线对称电源供电的路灯线路，一般将路灯的个数设置为3的整倍数。由于每个灯泡的技术参数相同，这样可以使得每相连接的路灯个数相等，使得路灯线路运行在三相平衡状态。路灯一般依次接在A、B、C三相上，连接示意图见图1。
图1 三相四线路灯线接线示意
图1中由于灯泡的技术参数相同，每相的路灯数量相等，且供电的三相四线电源也是对称的，故三相电流、、也是對称的，向量关系如图2所经验交流示。路灯光源一般采用气体放电灯，这种灯是感性负载，相电电流滞后于相电压1个角度ψ，0°<ψ<90°。当负载为纯电阻时，ψ=0°;当负载为纯电感时，ψ=90°;当负载既有电阻又有电感时，ψ∈（0°，90°）。正常情况下、、的向量和为0，N线中没有电流流过。
图2三相四线路灯线路向量关系
2不平衡电流分析
三相四线制路灯系统的运行是1个动态过程，当有路灯发生故障时，路灯线路会运行在不平衡的状态，N线中就会有不平衡电流。以下分3种情况分析不平衡电流的大小，确定不平衡电流的最大值，根据此最大值确定N线截面。以中性点为节点，假定A、B、C三相的电流、、流入中性点，N线电流流出中性点，由节点电流定律可知++-=0，即=++，下文中將以此公式为基础对N线中的不平衡电流进行分析。
2.1三相中只有1相燈亮
假设三相中只有A相路灯正常，其他两相的路灯均损坏。这种情况下路灯电路中电压和电流的向量关系如图3所示。通过图3可知，流过零线的不平衡电流就是相电流，当A相所接的路灯全部正常时，IN达到最大值。
圖3三相中只有1相灯亮时的向量关系
2.2三相中只有两相灯亮
假设三相中只有两相灯亮，另一相路灯全部损坏。以A、B两相均有路灯正常为例进行说明，考虑到一般情况，假设A、B两相中正常的路灯个数未知，即IA、IB的大小未知，由于灯泡的技术参数相同，A、B两相路灯负载功率因数相同（阻抗相同的n个路灯并联，线路总阻抗为单个路灯阻抗的1/n，但功率因数跟电阻与电抗的比值有关、与灯的数量无关，其等于单个路灯的功率因数，功率因数角为ψ），电压、电流的向量关系如图4所示。
图4三相中只有两相灯亮时的向量关系
由于三相四线电源是对称的，与的夹角为120°，落后于·UA角度ψ，也落后于角度ψ，故與的夹角也是120°。由平行四边形法则和余弦定理可知N线中的不平衡电流IN的平方I2N如公式（1）所示：
I2N=I2A+I2B-2IAIBcos（180°-120°）=I2A+I2B-IAIB （1）
当IA=IB≠0即A、B两相亮灯数量相同时，由式（1）可知IN=IA=IB。当IA>IB>0即A相亮灯数量多于B相时，可以将IA看作常量，I2N看作以IB为自变量的函数，则I2N的几何图形为1条开口向上的抛物线的一部分，在IB=IA/2时，I2N取得最小值/4I2A，I2N的取值范围为（/4I2A，I2A），所以IN的取值范围为（/2IA，IA）。与、的向量關系如图5，其中的终点落在三角形ABO中，当落在线段AB的中点时，IN取最小值/2IA，当落在B点时，IN取最大值IA。当IB>IA>0即B相亮灯数量多于A相时，同理可以将IB看作常量，I2N看作以IA为自变量的函数，IN的取值范围为（/2IB，IB）。从以上分析发现，在三相中只有两相灯亮的情况中，零线不平衡电流IN总是不大于亮灯数量多的那相的电流，最坏情况是A、B两相所有路灯全部正常即IA=IB时，IN达到最大值。
图5三相中只有两相灯亮时的N线电流取值范围
2.3三相中均有灯亮
三相中均有路灯正常。考虑到一般情况，假设A、B、C三相中正常的路灯个数未知，即IA、IB、IC的大小未知，但每1相负载的功率因数与灯的数量无关，其等于单个路灯的功率因数，所以三相的功率因数是相同的，功率因数角为ψ，、、依次滞后于、、ψ角度而互差120°，向量關系如图6。下面分3种情况分析IN的大小。
图6三相中均有灯亮时的向量关系
第1种情况是IA=IB=IC，此时，由于、、对称分布，所以IN=0。
第2种情况是有两相电流相等且大于或者小于第3相电流。以A、B两相电流相等为例，即IA=IB>IC或者IA=IB 第3种情况为三相电流均不相等。假设IA>IB>IC，其向量关系如图7所示。与的和为，同2.2分析可知IB+C的取值范围为（/2IB，IB），滞后于角度的取值范围为（0°，60°）。由于滞后于120°，所以滞后于角度的取值范围为（120°，180°）。可以证明向量和向量之和向量的大小|A+B|与向量和向量之间的夹角Ψ（0°<Ψ<180°）的关系为：|A+B|随着Ψ变大而变小。当滞后于的角度为120°+dΨ时（dΨ为微小量），I2A+B+C=I2A+I2B+C-IAIB+C，由于IB+C的取值范围为（/2IB，IB），所以IA>IB>IB+C，同2.2分析可知IA+B+C的取值范围为（/2IA，IA），所以当滞后于角度为120°+dΨ时，IA+B+C 图7三相中均有灯亮时的N线电流取值范围 3 结语 综上所述，三相四线制路灯系统线路运行状态为不平衡时，不平衡电流在N线中的数值就不会比三相中电流最大的那1相的电流大，但是，在只有1相亮灯和只有两相亮灯并且两相亮灯的数目相同时，N线中的不平衡电流等于相电流。所以以电流为依据选择导线截面积的话，三相四线制路灯系统线路选择的N线截面應与相线截面相同。 参考文献： [1]胡志轶.路灯配电及接地保护方式的探讨[J].工程管理前沿，2014年第12期. 1 母线电量不平衡原因进行分析 1.1 高精度电能表显示误差 110kv线路所配备的是具有高端科技精度智能测量的电能表, 视窗显示数据保留到小数点后两位即0.00, 终端显示值能够精确到小数点后四位, 在电度表倍率较高的前提下, 显示和传输数据精确度不统一, 如遇穿越功率较小情况, 即造成母线电量不平衡。例如: 输入实际电量:0.1000, 输出实际电量:0.0999, 倍率:396 (余桥变) 母线不平衡率为:[ (0.1-0.0999) ×396/0.1×396]×100%=0.1% 输入显示电量:0.10, 输出显示电量:0.09, 倍率:396 (余桥变) 母线不平衡率为:[ (0.1-0.09) ×396/0.02×396]×100%=10% 据以上数据技术演算, 展示了在系统倍率高而负荷低的工作环境中, 视窗显示、输出的精确数位的不平衡对母线电量不平衡的影响。针对此问题, 采用间断性记录的方法能够调整数据误差, 重新抄录一般以30分钟或1小时间隔为宜, 再进一步将数据与信息采集系统对照。 1.2 计量元件误差造成 1.2.1 计量回路PT二次电压不等造成的误差 若变电站采用双母线接线方式, 会出现因并行双母线的PT的误差与二次负荷误差不在标准范围内而形成的PT二次电压数值不等现象, 微小差值也可造成母线电量不平衡。造成此种不平衡现象的关键是负荷潮流的流向, 而与负荷大小值没有关联。 母线电量不平衡还可能是由于计量回路PT二次电压不等造成的, 解决方法是即时监控母线负荷潮流与母线电量不平衡率两方面的情况及数据, 检测双母线PT二次电压差的上下浮动情况, 稳固PT二次端子, 否则会因形成电阻造成计量回路二次电压计量误差;进行PT二次负荷接入工作时, 要采用标准规定的截面的二次线, 控制负荷参数对等是保证数据误差较小的前提, 在实际的运行作业过程中, 监测双母线负荷电量变化。 1.2.2 电度表校验误差造成的母线电量不平衡 不同的电能表校验标准不一, 就电能表而言, 主副关口在±0.5%以内;针对供电公司DS、DT系列内部计量电能表要在±1%以内, 而SL7000校验精度更高。设配更新较落后的变电站, 有少数的三星、华立关口表, 其余多以DS、DT系列电能表应用的较为普遍, 这就加大课校验误差, 另外, 安装位置和系统负荷潮流也是影响母线电量不平衡率的双重因素。 1.2.3 计量回路相关设备超差 电能表、电流和电压互感器是组成计量回路的核心设备, 其误差超差会导致基本电器设备的绝缘性能降低。因设备问题所造成的母线电量不平衡问题也在实际情况中占很大比重, 这就要求技术人员及时更新设备监控数据, 监测电气设备的运转性能, 做好周期检测和更换工作。 1.3 人为误差 供电公司对运行技术人员素质要求的提升提高了电量记录和计算的精确度, 抄录工作的质量是由熟练程度和技术技能所决定的, 但由于人主观能动性、思维习惯的多方差异造成了不可抗拒性的误差, 但仅影响到母线电量日不平衡率, 对周、月计算量影响甚微。针对人为造成的误差, 应对录入顺序和作业时间进行规范, 保证日母线电量不平衡率在规定标准内浮动, 及时更新信息采集技术而减少人为所造成的误差。 2 母线电量不平衡原因的查找方法 处理变电站母线电量不平衡现象要先排查基本的计算错误, 变电站基本的计算方式是通过已写定的公式在Excel数据处理程序中实现, 但数据、公式在引用的过程中会出现改变造成的错误, 应核对或者手算。第二是排除排除人员抄录错误, 采用先进的信息采集系统, 根据所提供的数据和母线不平衡报表进行核对。计量表倍率也是可预见的影响因素, 因此应对倍率参数必须与现场实时对应, 及时更新。在维护、检测、清扫仪器设备的过程中可能碰触二次线、二次端子, 所以要进行测量、加固、异常排查工作。检查排除二次回路相关设备异常, 常用的方法有以下几种。 2.1 对比法 一般关口表分为主、副两种, 两块表的读数可作为对照参考的对象进行相互校验, 以保证关口表读数的准确度, 但不能据此排除二次回路异常。若出现主副表数据不同, 应分别计算母线电量不平衡率, 寻找故障所在。DS、DT系列表可采用与负荷相近一日电量进行比较, 检查有无明显变化, 也可查询供电公司所管线路, 对侧电量进行比较。 2.2 分时分析法 母线电量不平衡率超标情况会集中出现在某集中的时段, 调取该段时间内基本数据作为参考样本能够缩短排查时间、节省成本。在计算总结时可将每月的监测分为具体的时段统计母线电量不平衡率。以母线电量平衡的时段作为中间点, 或向前至统计月的第一天, 或者向后退至统计的最后一天, 所取的数据区域即母线电量不平衡率超标的样本区间, 据此再进行研究分析, 能够有效减少排查工作量、提高数据分析效率和及时排除设备、人为造成的错误。 2.3 趋势化比对分析 单条线路以及变电站整体线路均可以月为单位绘制供入、供出电量线型统计图, 进而对比相邻月份的曲线图, 凭此估量全站或单条线路的电量不平衡率是否超标, 此方法尤其适用于母线电量不平衡率异常勘察, 前提是在变电站综合系统运转正常的工作环境下, 排除其他因素干扰, 借综合数据进行对比。 2.4 分割法 若母线电量不平衡率偏高, 则须使用分割法逐步检测。改变甲、乙并行的双母线合并计算电量的统计方式, 以单行母线为单位, 分别计算母线电量不平衡率, 误差大的母线即使故障表所在;检测存在异常问题的母线连接的变压器输入、输出的电量平衡, 排除变压器电能表故障;排除可能干扰和线路设备故障后, 可凭借上述三步骤的具体操作对母线系统线路进行仔细筛查, 寻找异常电能表。若变电站是多台主变压器并行的复杂线路系统, 可先对全站电量变化进行统计, 平衡率不超过2%可以视为站内联络电能表精准度在技术要求范围内, 超过时要排查主变高、中、低压侧电度表, 母联电度表是否有异。 3 结束语 据上述分析变电站母线电量不平衡率产生原因及排查方法, 首先应减少人为误差及失误, 进而检查电能表以及线路设备。对变电站母线电量不平衡率的监控不仅仅是对技术人员工作质量的考量, 而是为了依照精确的数据分析从源头排查安全隐患, 反之利用母线电量不平衡率还能判断表计读数的正确性, 维持变电站正常运行。 摘要：电能表运作过程中, 技术人员检测的关键是突发性母线电量不平衡率, 针对由于T、CT及电度表校验持续性累积误差而形成母线电量不平衡现象, 应考虑变化规律、负荷与潮流变化三者联系, 负荷变化可以作为衡量母线电量不平衡率数值大小的前导参照标准, 据此即可正确利用母线电量不平衡率来判断表计读数的正确性, 而不是仅仅维持母线电量不平衡率在正常阈值之内, 罔顾安全系统性能。 关键词：母线电量,不平衡率,电量 参考文献 [1]樊建宪, 赵建宏“.对分法”在计算母线电量不平衡率中的应用[J].山西电力, 2003 (3) . 2012年5月18日, 四川省泸县电力有限责任公司计量中心外校计量工作人员在对一化工企业进行电能计量装置周期性检测时, 发现高压二次侧电流严重不平衡:U相电流0.21 A, V相电流2.35 A, W相电流2.37 A。正常时, 二次侧电流应基本平衡。 2 计量电流严重不平衡的原因分析 该化工厂高压计量箱 (组合互感器) 为Y/Y接线方式, 型号为JLS-10, 供电电压为10 k V, 电能表为机电式复费率表。高压计量箱、电能表通过回路试验接线盒连接。 用电能表现场校验仪检测时, 发现电流严重不平衡, 检测人员分析电流不平衡的原因有:高压计量箱已损坏, U相电流开路或短路, 回路连接有故障, 试验接线盒有故障。 用钳形电流表测试变压器低压侧电流, 电流基本平衡, 确定故障就发生在高压二次侧。 停电并做好安全措施后, 检查高压计量箱, 发现高压计量箱U相瓷管有雷击痕迹, 拿到试验室检测, 确定U相电流线圈已烧坏。 3 防范措施 计量电流严重不平衡故障原因已确定, 少计一相电能量, 为防止该类计量故障的再次发生, 提出以下防范措施。 (1) 巡视检查及抄表人员应对电能计量装置的运行状况经常检查。检查电压、电流等参数是否正常, 随时了解用户的负荷情况, 电能量是否有波动。 (2) 由于该计量电能表是机电式复费率表, 参数出现异常, 不能直观体现, 只有靠相应的仪器仪表才能测出参数是否正常, 建议更换为电子式多功能表, 运行参数出现异常能即时发现, 并尽快处理。 (3) 抄表人员和核算人员应分析了解用户的电能量是否波动和异常, 并进行同比、环比, 发现电能量数据不正常, 及时查找原因。 (4) 对不是多功能电子式电能表的计量表, 增加对电能计量装置的周期性检测次数, 特别是雷雨季节期间, 防止出现计量故障。 2012年7月21日20时50分, 变电运维人员在220 k V某变电站内夜间设备巡视期间, 远距离发现35 k V 1号电容器设备区内有亮光, 进一步检查发现该处有弧光放电现象, 运维人员立即汇报当值值班调度员, 拉开1号电容器314断路器, 放电拉弧现象立即消失, 晚上通过近距离观察并没有发现故障点。第二天早上再次进行特殊巡视检查发现314-3隔离开关闸口颜色有异常变化, 怀疑是放电造成, 运维人员及时将检查后的情况汇报地调当值值班调度员, 然后运维人员做好检修安全措施后, 等待检修技术人员做进一步确认处理。 2故障隔离断路器的接线方式 该220 k V变电站的35 k V部分的接线方式是双母线带旁路的一次系统接线方式, 电容器的一次系统接线方式如图1所示。故障时的运行方式是:35 k V 1号电容器314断路器运行于35 k V 1号母线 (为室内设备) , 经电力电缆连接到室外314-3隔离开关及整个电容器组。 该220 k V变电站的35 k V电容器保护功能有:过流Ⅰ段、过流Ⅱ段、过压、低压、不平衡电流保护, 保护定值和控制字如表1所示。电流互感器TA变流比为600/5, 该电容器、电抗器、电容器负荷侧314-3隔离开关皆为室外设备。 电容器组中电容量不平衡保护主要用于保护电容器内部故障。当电容器内部故障, 使电容装置的任一个电容器发生击穿时, 引起的过电压及过电流幅值一般都不大, 不会引起电压保护和电流保护动作跳闸, 但引起的电压变化会使电容器组某一串联段上电容器的运行电压超过1.1倍的额定电压, 而超过1.1倍额定电压是不允许长期运行的, 所以需要电容量不平衡保护来跳开断路器, 从而达到保护电容器, 隔离故障点的作用。 一般情况下, 电容器不平衡电流动作有以下原因:电容器组三相电容量不平衡;电网电压三相不对称平衡;三相放电线圈性能差异。 3检修处理过程 该变电站电容器曾经多次发生过不平衡电流动作, 历时一年之久。2009年8月8日经过红外线测温发现电容器、电抗器温度都正常, 只是314-3隔离开关V相动静触头处有点发热, 温度为52℃。这也是一个老式的隔离开关, 型号是GW5-35GW, 额定电流为630 A, 山东某高压断路器厂生产, 1999年11月出厂, 当时的负荷电流有150 A左右。 2012年7月22日检修人员到达现场, 经过详细检查发现, 该隔离开关动静触头烧毁, 动静触头间有烧熔现象, 触指与动触头间烧伤严重, 检修人员拆除烧毁的动静触头进一步检查发现, 隔离开关触头帽内触指压紧弹簧锈蚀严重, 无压紧触指的弹性, 致使隔离开关动静触头接触不良, 接触直流电阻过大, 造成发热, 触头进一步氧化, 致使接触电阻更大, 以至于造成上面提到的拉弧放电现象, 烧毁触头。检修人员经过更换触头后电容器运行一切正常, 再没有发生断路器不平衡电流动作的现象。 4事故的分析与思考 在运行中因接头发热而使电容器组退出运行的故障时有发生, 这是因为电容器一旦投入就以额定电流满载运行。在电容器施工中如果存在接头压接不实、设备接头松动、接点接触不良等问题, 就会引起接头发热, 使电容器组不能正常运行。 如果在运行当中及早发现故障, 及早处理, 是完全可以避免这次事故发生的。从这次事故中可以引起一些思考。 (1) 该电容器不平衡电流动作多次, 并历时一年之久, 变电运维人员在设备巡视中曾经发现过隔离开关发热的成像图, 但是汇报设备缺陷后, 没有引起有关人员的重视, 致使运行3年后发热越来越严重, 最后导致隔离开关烧毁。 (2) 隔离开关的压接弹簧压接不紧, 在设备运行中运维人员是很难发现的, 但是近几年的预防性试验在测量直流电阻的项目中应该能够发现, 实际情况是由于疏漏, 没有发现。 (3) 管理人员不重视、预防性试验报告审核不认真, 这也是发生这次事故的原因之一。 5防范措施 通过这次隔离断路器动静触头烧毁而造成电容器不平衡电流动作的事故分析, 我们在以后的工作中要重点做好以下几个方面的防范措施。 (1) 定期进行电容器组不平衡电流的实测工作, 当测量值大于电容器组不平衡电流告警定值的20%时, 应查明原因, 及时进行检修处理。 (2) 运行中应保证电力电容器在不超过额定电流30%的工况下运行, 三相不平衡电流不应超过±5%。当发现超过上述数值时, 应及时查明原因处理。 (3) 运行中应特别关注电容器组不平衡电流值, 当确认该值发生突变或越限告警时, 应尽早安排电容器组检修。 (4) 加强对预防性试验报告的审核工作, 选用具有实际工作经验、责任心强的员工进行试验报告的审核管理工作。 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. 关键词：异步电动机,电流不平衡,负序保护,仿真 0 引言 在电力生产过程中,有大量的以电动机拖动的机械设备用以保证反应堆、汽轮发电机组等主设备和辅助设备的正常运行[1]。因此,电动机的可靠运行与电厂的安全稳定运行密切相关。 正常运行状态下,异步电动机的三相电流基本相等。当发生断相、匝间短路及电压不对称等故障时,电动机回路三相电流不平衡,产生负序电流分量。负序电流在电动机气隙中产生一个与转子旋转方向相反的磁场,负序磁场产生制动转矩,引起定子损耗、绕组温升增加。同时,负序效应也使转子绕组的损耗增加,产生振荡转矩,引起电动机的振动[2]。三相电流严重不平衡时可能会烧毁电动机。 1 异步电动机三相电流不平衡故障 异步电动机常见的故障类型有两种,一种为三相短路、堵转、过载等对称故障,另一种为不对称故障。异步电动机三相电流不平衡故障属于不对称故障,可分为接地性故障和非接地性故障。接地性故障包括单相接地短路与两相接地短路,非接地性故障主要有断相、两相短路、匝间短路及电压波动等。 当电动机发生接地性故障时,会产生零序电流,此时电动机配备的单相接地保护就能提供有效的保护;当电动机发生两相短路时,表现为电流增大,此时速断或过流保护就能达到保护电动机的目的。当发生断相或电压波动时,电动机回路中并无零序电流,电流也没有明显增加,单相接地保护和速断保护不会动作,这种故障下电动机三相电流不平衡保护尤为重要。 2 异步电动机三相电流不平衡仿真 引起电动机三相电流不平衡的原因有很多,断相故障比较常见。此外,实际也发生过励磁涌流引起电压不对称骤降,进而导致电动机三相电流不平衡保护跳闸,所以本文对断相故障和电压骤降故障进行仿真。 2.1 Matlab/Simulink仿真环境 异步电动机是一个高阶、强耦合的多变量系统,建立异步电动机的数学模型非常复杂。Matlab/Simulink是一款非常成熟的商业数学软件,可用于微分方程数值计算、数据分析。利用Simulink友好的图形化交互式建模环境、丰富的模块库,用户可以快速完成建模,加上和Matlab的无缝结合,利用其强大的科学计算功能,用户可以很方便地分析仿真结果。本文利用Simulink中的Sim Power Systems模块不仅能快速搭建异步电动机模型,完成异步电动机三相电流不平衡仿真分析,而且还能够对断相、短路等不平衡故障进行仿真,大大提高了工作效率[3]。 2.2 电动机断相故障仿真 采用一台三相四极鼠笼型转子异步电动机进行仿真,具体参数如下:额定功率Pn=37k W,额定电压Un=380V,额定频率fn=50Hz,定子绕组电阻为0.08233Ω,定子绕组漏感为0.000724H,转子绕组电阻为0.0503Ω,转子绕组漏感为0.000724Ω,定转子绕组互感为0.02711H,转动惯量J为0.37kg·m2,极对数p=1。通过设定三相断路器模块的参数,在1s时将电动机A相断开,即可实现电动机断相故障仿真。 从仿真波形中可以看出发生断相故障后,电动机A相电流为零,B相和C相电流增大,约为额定电流的2倍,电流不平衡度达到100%,此时负序电流与正序电流基本相等,零序电流仍为零。可知断相后电动机电流并没有明显增大,轻载下可能达不到过流保护的定值,所以不能以电流增大为判据来检测断相故障。电动机出现断相故障后,电流不平衡度明显增大,因此通过检测电流不平衡度可以有效判断断相故障。 2.3 电压骤降故障仿真 在0.5s施加额定负载,并通过三相可编程电源模块,设定1.1s时A相电压降为0.95UN,B相降为0.9UN,C相降为0.8UN。 从分析图中可以看出三相供电电压不同程度骤降后,电动机三相电流并没有都下降。由于电动机出力不变,定子电流体现为A相和C相电流增大,B相电流减小。通过分析可知,电压骤降瞬间电动机三相电流不平衡度达到了最大值40%,随后稳定在30%左右。 3 负序过流保护 当发生断相、供电电压不平衡等故障时,电动机会出现较大的负序电流,三相电流不平衡度也较大,因此通过检测负序电流和计算电流不平衡度就可以判断故障,目前国内多采用负序过电流保护延时切除此类故障。 3.1 动作判据 负序过流保护的实现形式可以是定时限,也可以是反时限,亦或是定时限与反时限相结合。但无论是定时限特性还是反时限特性,负序过流保护的动作电流应躲过正常运行时电动机可能出现的最大负序电流,动作判据如下: (1)负序定时限过流保护判据: (2)负序反时限过流保护判据: 式中:I2—电动机实际负序电流值(A) I2.op.set—负序保护动作电流整定值(A) t2—电动机实际启动时间(s) T2.op.set—负序保护动作时间整定值(s) t2.op—负序反时限保护动作时间(s) 3.2 整定计算 电动机综合保护均设置多段负序过流保护,整定值可根据现场实际情况选择下列几种保护功能计算: (1)电动机两相运行保护功能整定值计算: 为保证电动机在两相运行时负序过流保护可靠动作,取I2.op.set=(0.4-0.6)Im.n,其中Im.n为电动机额定电流;动作时间按躲过区外不对称短路故障切除最长时间计算,一般取T2.op.set=(3-4)s。 (2)电动机不对称短路故障后备保护功能计算: 动作电流按躲过相邻设备两相短路时电动机可能的最大负序电流计算,一般可取I2.op.set=(4.2-5.2)Im.n;动作时间按躲过相邻设备出口两相短路时电动机高峰负序反馈电流持续时间计算,取T2.op.set=0.5s。 (3)电动机匝间短路故障辅助保护功能整定计算: 由于电动机匝间短路故障时具有负序电流特征,其值一般较小,动作电流应按躲过正常运行时电动机可能的最大负序电流,动作时间必须躲过系统不正常运行出现负序电流最长时间计算,所以取I2.op.set=(0.15-0.3)Im.n,T2.op.set=(6-8)s。 4 结束语 不平衡电流对电动机的危害很大,其会引起电动机转子绕组损耗大大增加,为保护转子不受不平衡电流的损害,建议电动机配置负序过流保护。 参考文献 [1]李磊.厂用电动机保护配置的探讨[J].中国高新技术企业,2013(28):55-57. [2]GB-T22713-2008不平衡电压对三相笼型感应电动机性能的影响[S]. 为适应电力科技的发展需求和满足电力传输的需要,同杆并架输电线路越来越多,但是由于导线与导线之间存在着电磁和静电的耦合关系,随着电压等级的升高,换位所遇到的困难也越来越多,同杆架设难以实现完全换位,不能减少线路参数的不平衡,导致了线路出现明显的电流不平衡现象,从而引起发电机跳闸或阻止发电机并网进而造成大面积停运。因此,本文以黑龙江电网某220 kV电厂出线为研究对象,调度中心配合调整电网运行方式,现场实测不同方式下该同塔双回全程不换位输电线路的电流、电压情况,利用软件建模仿真,对同塔双回导线所有可能的21种排列方式进行计算,得出较优的排列组合,以为电网规划、运行、生产实践提供重要的技术支持。 2Matlab仿真建模 2.1功能简介 MATLAB是矩阵试验室的简称,集数值分析、矩阵运算、符号运算及图形处理等功能于一体,且包含一系列规模庞大、覆盖不同领域的工具箱,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域问题时都非常方便。利用MATLAB的命令窗口,可以轻松完成较为简单的运算,也可以进行编程计算,而且程序编写不需要事先定义变量。MATLAB编程语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数丰富。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。其次,Simulink也是MATLAB的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 2.2建立数学模型 MATLAB环境下的Simulink是用于对复杂动态系统进行建模和仿真的图形化交互式平台,运行于Simulink下的Simpower System工具箱是用微分方程刻画的电力系统动态过程的电力系统仿真工具箱。 研究对象为一单机无穷大系统,其中发电机带有合适的励磁系统,用MATLAB环境下的Simulink对该系统进行仿真。仿真系统简化图如图1所示。 3互感引起电流不平衡的实测与仿真 3.1两平行导线间的互感 设两导体的半径均为r,长度为l,轴线间距离为D。如图2所示。 当导线1通以电流i时,所产生的外部磁通在离轴线距离为D-r处开始与导线2部分地交链,直到距离大于等于D+r才与整个导线2交链。由于导线半径远远小于导线之间的距离,因此,为了便于计算,就可以略去从D-r至D这一部分磁通,而认为导线1的外部磁通从导线2的轴线开始即同整个导线2交链。磁导率认为等于真空磁导率μ0。这样,在距离导线轴线x处,利用电磁感应基本公式可以得到导线1的电流i对导线2产生的总互感磁链为 undefined 当l≥D时,则有 undefined 于是导线1对导线 2每单位长度的互感等于导线 2对导线 1的互感,即为 undefined 同塔双回线路在实际运行中,正是由于这种互感的作用,引起了电流不平衡现象。 3.2实测数据 3.2.1 正常运行方式 实测正常运行方式下电厂220 kV母线电流及线路电流不平衡情况如表1所示。 3.2.2 乙线停运,甲线运行方式 当乙线停运,甲线运行的方式下,实测电厂母线电流及线路两侧不平衡情况如表2所示。 3.2.3 甲线停运,乙线运行方式 当甲线停运,乙线运行的方式下,实测电厂母线电流及线路两侧不平衡情况如表3所示。 同塔双回线路单回运行方式与双回同时运行的正常方式比较,线路电流的不平衡度具有明显改善,由此可排除电厂北母线参数、群林变Ⅱ母线参数、单回线路参数对线路电流不平衡的影响。 3.3线路分布参数 甲乙线导线型号为2×LGJ-400/35,长度43 km,地线型号OPGW,下导线对地距离14 m,塔头尺寸如图3所示。 由图3可计算出各相之间的距离,由于导线之间会产生电磁和静电耦合关系,因此,利用相间距离可得同塔双回输电线LC矩阵参数[1,2],如表4所示。 电感L矩阵 (H/km): undefined 电容C矩阵 (F/km): undefined 3.4实测与仿真结果对比分析 3.4.1 实测数据 正常运行条件下,甲、乙线的相位差如表5所示。 3.4.2 仿真数据 正常运行条件下,甲、乙线A、B、C三相相位差曲线(横坐标为时间,纵坐标为角度)如图4所示。 甲、乙线A、B、C三相实测与仿真结果均为B相偏差最大、A相次之、C相偏差最小,说明所建立的数学模型能够真实地反应线路实际情况。 3.4.3 计算同塔双回线21种导线排列方式 在导线三相送电及同塔双回架设条件下,导线具有21种排列方式[3]如表6所示,本节介绍甲、乙线在不同的排列方式下,双回线路的相位差,即甲线A相与乙线A相、甲线B相与乙线B相、甲线C相与乙线C相相位差,仿真结果如图5所示。 3.4.4 21种导线排列方式的负序电流 通过MATLAB计算得出每种导线排列方案对应的负序电流,从图6可以看出:21种导线排列方式中,方案1、9、14的电流不平衡度较小。 4结论 本文针对同塔双回线路的电流不平衡问题进行了深入的研究,并通过现场实测与仿真数据进行对比,首先证明了模型的正确性,继而为改善这种不平衡问题,对全部21种同塔双回线路的导线排列方式分别进行了计算,得出优化的导线排列方式,总结出了同塔双回线路更合理、更稳定的导线架设方式,其对电网供电可靠性的提高具有深远意义。 参考文献 [1]陈衍.电力系统稳态分析(第2版)[M].北京:中国电力出版社,1995. [2]郝红伟.MATLAB6实例教程[M].北京:中国电力出版社,2001.母线电量不平衡率超标分析 篇3
电流不平衡率 篇4
电流不平衡率 篇5
三相不平衡电流补偿控制器的设计 篇6
电流不平衡率 篇7
电流不平衡率 篇8