三相电阻不平衡（共9篇）
三相电阻不平衡 篇1
1 概述
变压器是电力系统中的主要设备之一, 通过变压器可以升降电压和改变电流的大小, 从而满足电力系统的需求!而直流电阻是变压器重要的性能指标, 变压器的大部分性能数据都与其息息相关。如果变压器三相电阻出现不平衡故障, 那么会直接影响变压器的安全运行, 间接对电力系统的安全造成影响。所以在变压器检修过程中, 直流电阻在整个产品性能数据考核中有着非常重要的意义。
2 变压器绕组直流电阻三相必须平衡的原因
变压器直流电阻测量是变压器的例行试验, 是变压器出厂和检修时必须考核的项目。测量直流电阻的目的主要是检查变压器三相绕组电阻是否平衡, 如果三相电阻不平衡可能出现以下几种原因: (1) 导线连接处的焊接点或者机械连接点接触不良; (2) 引线与套管、引线与分接开关之间接触不良; (3) 引线与引线的焊接或机械连接点接触不良。 (4) 导线的规格, 电阻率不符合要求。如果出现上述任何情况都会造成变压器内部局部过热, 使变压器绝缘油分解, 进而产生气体, 并溶解于变压器油中, 变压器长时间运行所产生的气体会致使变压器的绝缘老化, 影响变压器的使用寿命。严重时将产生大量的气体, 使变压器的气体继电器动作报警, 跳闸, 致使变压器终止运行, 将会给生产和经济造成不可估量的损失。
3 故障的情况
有一台在现场运行4年的电力变压器, 型号为SFZ11-120000/110, 该变压器近段时间发现瓦斯继电器内出现气体, 现场抽取绝缘油样进行分析化验, 发现绝缘油的闪点下降, 并且有特殊气味, 由此断定变压器有局部放电点。工作人员到达现场后, 首先对故障情况进行仔细分析, 并不能确定有任何异常, 最后通过测量直流电阻, 发现高压5分接、13分接三相电阻不平衡, 5分接电阻值为AO:0.1231;BO:0.1233;CO:0.1260;三相不平衡率为2.33%, 13分接电阻值为AO:0.1230;BO:0.1232;CO:0.1263;三相不平衡率为2.65%, 这两个分接的三相不平衡率均超过标准值 (标准规定相电阻不平衡率<2%) , 其他分接正常。由于此变压器为有载调压变压器, 电压比为110±8×1.25/10.5k V由此可以确定高压侧调压引线5有问题。根据现场实际情况, 笔者制定一个具体的解决方案:首先要把油箱里的绝缘油放出, 然后打开油箱上的人孔盖板, 由工作人员钻进油箱, 检查处理故障点。
4 处理与分析
首先将变压器本体内的绝缘油全部放出, 然后打开人孔盖板, 工作人员钻进油箱内部, 检查引线与开关连接处, 并没有发现松动迹象, 然后来回晃动调压引线5, 外面试验人员再进行此相直流电阻测试, 发现测试结果发生明显变化, 由此可断定引线5内部有接触不良, 随即工作人员拆开引线5的绝缘层, 发现此引线与线圈连接处的冷轧点接触不良, 有轻微放电点。将此处重新冷轧, 然后再进行直流电阻测试, 测试结果为5分接电阻值为AO:0.1231;BO:0.1233;CO:0.1235;三相不平衡率为0.32%, 13分接电阻值为AO:0.1230;BO:0.1232;CO:0.1235;三相不平衡率为0.41%, 全部符合国家标准。然后重新包扎好绝缘, 上好人孔盖板, 将绝缘油重新注入变压器, 送电投如运行, 一切正常。本台变压器器身引线如下图所示。
结束语
通过这次三相电阻不平衡的处理, 笔者认为在生产工艺过程中, 工作人员应该严格执行工艺标准, 做好细节, 不要因为自己的马虎而造成不可估量的后果。质量检查人员应该认真仔细检查每一处接触点, 尽可能避免此类故障的再次发生。再遇到此类故障时, 要有耐心, 不能轻易放过每一处隐患, 对各种情况进行分析, 定出合理的处理方案, 一次性彻底解决问题, 减小生产和经济上的损失。
摘要：文中介绍了变压器直流电阻三相不平衡故障的查找, 及处理方法。
关键词：变压器,直流电阻三相不平衡
参考文献
[1]谢毓城.电力变压器手册[M].机械工业出版社, 2003.
[2]王兴昌, 沈镜明.变配电设备检修手册[M].江苏科技技术出版社, 1988.
[3]贺以燕, 杨治业.变压器试验技术大全[M]辽宁科学技术出版社, 2006.
[4]尹克宁.变压器设计原理[M].中国电力出版社, 2003.
三相电阻不平衡 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：
三相电阻不平衡 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。
三相电阻不平衡 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
三相不平衡扰动源的定位 篇6
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
配电网三相不平衡问题的探讨 篇7
1.1配电变压器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, 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, 电动机的升温和无功损耗, 也将随三相电压的不平衡度而增大。
1.2电压在不平衡状态下运行, 会使电压高的一相用户用电设备的损坏, 电压低的一端将无法正常运行, 对用电设备的正常运行会造成极大的威胁。三相负载不平衡运行时, 中性线会有电流通过因阴抗压降低而使中性点漂移应该处于的位置, 这样各相相电压就会偏离应用的位置而产生变化。负载重的一相电压降低, 而负载轻的一相电压升高。这种电压不平衡状态严重危及用电者的使用安全, 严重者会导致用电设备烧坏。
1.3配变在三相负载不平衡工况下运行, 将产生零序电流。运行中的配变若存在零序电流, 零序电流通过钢构件时, 要产生磁滞和涡流损耗, 使配变的钢构件局部温度升高发热, 从而加快老化, 降低设备寿命, 同时增加了配变的损耗。
1.4当低压电网以三相四线制供电时, 通常情况下会增加电网线路的损耗发生, 这是因为有单相负载存在, 单相负载的存在会造成三相负载不平衡。当中性线有电流通过时会由于三相负载的不平衡运行而使线路产生相应的损耗。
2三相不平衡理论分析
采用三相四线制供电方式, 如果线路较长, 且用户较为分散, 发生三相负荷不平衡, 将直接增加电能在线路上的损耗, 现分析如下。
三相四线制接线方式如图1所示。
式中R-单位长度线路的电阻值, 中性线的截面积一般只有相线的一半, 所以中性线的单位长度线路的电阻值取2R。
当三相负荷完全平衡时, 中性线的电流Io=0, 三相电流Ia=Ib=Ic=Ix, 功率损耗为:ΔP=3Ix2R (2)
当三相电流不平衡, 中性线中就会有电流通过, 损耗将显著增加。
下面分三种情况讨论三相负荷不平衡时线损值的增量。为讨论方便, 引入负荷不平衡度β概念:
式中Imax-负荷最大一相的电流值
Ix-三相负荷完全平衡时的相电流值
2.1一相负荷轻, 两相负荷重
假设Ia= (1-2β) Ix, Ib=Ic= (1+β) Ix, 则在三相相位对称的情况下, 中性线的电流Io=3βIx。这时单位长度线路上的功率损耗为:
2.2一相负荷重, 两相负荷轻
假设A相负荷重, B、C相负荷轻, 则Ia= (1+β) ×Ix, Ib=Ic= (1-β/2) Ix, 在三相相位对称的情况下, 中性线的电流Io=32βIx。代入式 (1) , 这时单位长度线路上的功率损耗为:
它与三相负荷平衡时单位长度线路上的功率损耗的比值, 称为功率损耗增量系数。其值为K则:
2.3一相负荷重, 一相负荷轻, 第三相的负荷为平均负荷
假设A相负荷重, B相负荷轻, C相负荷为平均值, 显然Ia= (1+β) Ix, Ib= (1-β) Ix, Ic=Ix, 则在三相相位对称的情况下, 中性线的电流。得出单位长度线路上的功率损耗为:
比较式 (5) 、 (7) 、 (9) , 显然, 当负荷不平衡度β相等时, K1>K2>K3>1, 由此可得出如下结论:
(1) 当三相负荷不平衡时, 不论负荷如何分配, 电流不平衡度越大, 线损增量也就越大。
(2) 当三相负荷平衡时线损最小;当一相负荷轻, 两相负荷重的情况下, 线损增量最大;当一相负荷重, 两相负荷轻的情况下, 线损增量较小;当一相负荷重, 一相负荷轻, 而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大。
若使β=0.2, 则K1=1.08, K2=1.11, K3=1.32, 在规程允许范围内, 相对于三相平衡的情况而言, 由于三相负荷不平衡所引起的线损分别增加8%、11%、32%。
3如何实现三相负载平衡
3.1把单相用户分类, 均衡地分配到三相上, 并按一定顺序排列。相线与零线应按A、B、C、O采用不同颜色的导线或标识。同时要减少单相负载接户线的总长度, 减少迂回, 避免交叉跨越, 使其尽量平衡化。
3.2如果单相用户功率因数较低, 调整不平衡电流无功补偿装置, 在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流。调整不平衡电流无功补偿装置就是利用wangs定理来进行设计的, 以在相应的各相之间及零线之间接入不同数量电容器来使各相达到相应的补偿, 这样对不平衡的有功电流起到了很好的补偿作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1, 三相电流调整至平衡。实际应用表明, 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。
3.3为了保证三相平衡运行, 所以需要装置三相断相保护器, 起到对任何一相断路时的保护作用, 有断相时可以快速的切断电源, 以免引起三相不平衡。
3.4适当的改变网络设置, 或者是把电压的供电级别提高到相应的标准后, 这样就能使在发生不平衡负荷时有相应承担能力, 加大负荷接入点的短路容量。
这应在实际工作中进行比较后, 才能确切的采取相应的措施, 并根据实际运行的情况进行相应的技术和经济比较后进行具体的实施。
部分城市和农村电网中, 很少用三相负荷, 多数是单相负荷运行, 也极少有单项和三相负荷混用的情况发生, 这主要是大家用电的负荷不是集中在某一时段, 用电时间也都有所不同, 所以在这些电网中存在着不平衡电流是正常现象, 客观上无法避免。对于三相不平衡电流, 电力部门在实际工作中加大负荷调查分析力度, 尽量合理地分配负荷, 及时发现不平衡超标情况, 将各配变各类负载最大、平均负荷及发展趋势记录在案, 不定期组织进行有针对性地调整, 避免发生损坏用电设备等故障和事故。
摘要：三相不平衡属于电能质量的重要指标之一, 在电力系统中三相不平衡因素大体分为正常性和事故性两大类。事故性不平衡是由系统故障引起的, 一般通过保护装置切除故障元件, 经处理后再恢复系统正常运行。正常性不平衡是由于三相元件、线路参数或负荷不对称引起的, 正常性不平衡允许长期存在或相当长一段时间内存在。
关键词：配电网,三相,不平衡,电压
参考文献
[1]杨清德.双色图解电工基础线路[M].电子工业出版社.
配电台区三相不平衡的危害与对策 篇8
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
三相电阻不平衡 篇9
2007年12月7日6点5分, 义煤集团水泥公司专用110kV变电站 (渑池电业局管理的徐庄110kV变电站) 监控系统发现10kV系统母线有小电流接地信号, 相电压严重不平衡, 立即把水泥公司徐处线电源拉掉 (变电所供引出四个回路, 分别是:徐处线, 徐窑线、徐水线和许传线) , 让水泥公司查找小电流接地信号原因。水泥公司组织人员检查徐处线, 未发现任何故障, 于10点45分恢复送电, 小电流接地信号消失, 所有设备运转正常。12月8日8点上述故障重又出现。水泥公司通过分段送电的办法把故障回路确定在从水泥公司徐传线转运站引出的矿山回路电源线上。该回路为电缆供电, 全长4.2km, 电缆型号为3×YJV-8.7/10kV-1×185的电缆。因无试验设备, 先后请5个单位10余位专业人员来共同研究处理该问题。
2具体处理情况和检查结果
(1) 在转运站送空电缆 (不带负荷) 出现线电压平衡 (10.4kV) , 相电压不平衡 (相差最大800V) 。
(2) 电缆全长直流耐压试验合格 (电压37kV, 泄露电流不超过10μA) 。
(3) 抽出高压永磁断路器, 对断路器打耐压试验, 符合要求。
(4) 更换电缆进线柜, 送电后故障依旧。
(5) 有时送电后, 线电压平衡, 相电压平衡。
(6) 调整相序 (A、C相) , 送电后相电压有变化 (调整前A相低, 调整后A、B相低)
(7) 测试电缆屏蔽层, 段与段连接良好, 端部接地良好。
(8) 检查电压互感器与消谐柜, 未发现问题。 (9) 拆除过电压保护器, 问题仍然存在。
(10) 将三根电缆分别锯成五段, 截断长度分别为2100m、750m、500m、650m、100m。分段测试, 结果如下:
a电缆各段分段试验检查未发现问题 (用2500V, 10000MΩ绝缘测试仪测试) 。
b转运站电气室不送矿山回路, 其他配电柜正常线电压为10.4kV, 相电压为:A相5930V, B相6040V, C相59800V。
送第一段2100m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相6090V, B相6270V, C相6160V。
三相电流分别为A相1.1A, B相1.2A, C相1.1A。
送第一、二、三段3350m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相6140V, B相6330V, C相6200V。
电流A相1.5A, B相1.6A, C相1.6A。
送第一、二、三、四段长度达4100m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相5590V, B相6260V, C相6110V。
送第一、二、三、四、五段长度达4200m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相5730V, B相6280V, C相6000V。
电流A相2.2A, B相2.3A, C相2.3A (全部是只送电缆, 负荷侧线拆掉的情况下) 。
c试送电带负荷运转, 各设备运转正常, 三相电流平衡, 线电压平衡, 相电压不平衡 (最高相差1200V, 各设备无过负荷、过流现象) 。
(11) 采取电缆换相操作, 结果如下:
a未调整时仪表显示电压
A:5300 B:6000 C:6370
b调整A、C两相
仪表显示为:
A:5200 B:6180 C:6230
对应调整前电缆对应相:
C B A
c调整B、C两相
仪表显示为:
A:5620 B:6160 C:5810
对应调整前电缆对应相:
B C A
经过以上测试和试验, 并咨询有关专家, 大家认为从目前情况看, 基本可排除电缆和配电设备元器件存在问题的可能, 影响测量结果的原因应是感应电容, 包括对地电容和相间电容, 又因为三相电缆均敷设在电缆桥架内, 且桥架全程接地较好, 因而对地电容电容影响也可排除, 惟一影响三相电压的应是相间电容的电容效应, 原因如下: (1) 从转运站至矿山的4km单芯电缆是平行铺设, 且距离较长, 相间距离时近时远, 存在较大相间电容。 (2) 近一段时间以来, 天气不断变化, 不是下雨, 就是下雪, 造成电缆间介质的变化, 引起电容的变化, 因而对电缆电压的影响也不一样。经研究决定:将4km长三根单芯电缆组成紧贴的正三角形排列, 并且每隔1m用12号铁丝扎牢。为避免铁丝损伤电缆绝缘, 要求在铁丝与电缆间要垫上胶皮。我厂利用白天时间, 从2007年12月18日至22日, 对4km长电缆分段按要求进行了处理。送电后设备运转正常, 线电压平衡, 相电压最大相差50V以下, 电流平衡。
3运行状况
自2007年12月处理完毕投入运转后, 经过2008年1月长时间风雪天和春夏阴雨天考验, 三相电压不平衡现象再没出现, 供电系统及厂内生产设备运行正常。
参考文献
[1]余德文, 毛大澎, 卢兴远.河南省用电单位电气装置安装验收规程[S].