三相电不平衡的危害及解决措施.ppt

1 三相电不平衡的危害及解决措施 一 三相电二 三相电不平衡的三 三相电不平衡的措施 2 一 三相电1 概念三相电是一组幅值相等 频率相等 相位互相差120 的三相交流电 由有三个绕组的三相发电机产生 2 三相电负载的接法分为三角形接法 符号 和星形接法 符号Y 三角形接法的负载引线为三条火线和一条地线 三条火线之间的电压为380V 任一火线对地线的电压为220V Y形接法的负载引线为三条火线 一条零线和一条地线 三条火线之间的电压为380V 任一火线对零线或对地线的电压为220V 三相电电器的总功率等于每相电压乘以每相电流再乘于3 即总功率 电流 电压 220V 3 p U I 3 3 4 二 三相电不平衡的危害1 概述三相电不平衡是指在电力系统中三相电流 或电压 幅值不一致 且幅值差超过规定范围 各相负载分布不均 单相负载用电的不同时性 以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因 由于城市民用电网及农用电网中存在大量单相负载 使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重 电网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损 增加变压器的铁损 降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行 会造成因三相电压不平衡而降低供电质量 甚至会影响电能变的精度而造成计量损失 5 2 危害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 当相电流平衡的时候 系统的电能损耗最小 例如设某系统的三相线路 变压器绕组每相的总阻抗为Z 暂不记中性线 如果三相电流平衡 IA 100A IB 100A IC 100A 总损耗 100 Z 100 Z 100 Z 30000Z 如果三相电流不平衡 IA 50A IB 100A IC 150A 总损耗 50 Z 100 Z 150 Z 35000Z 比平衡状态的损耗增加了17 在最严重的状态下 如果IA 0A IB 0A IC 300A 总损耗 300 Z 90000Z 比平衡状态的损耗增加了3倍 可见不平衡度愈严重 所造成损耗越大 6 2 降低配变变压器出力以及增加铁损配变设计时 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 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 7 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 3 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 8 4 影响用电设备的安全运行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 由于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 当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 9 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 5 影响用户用电质量当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 所以只有三相负荷平衡才能保证用户的电能质量 10 6 影响电能计量影响根据对称分量法 三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序 负序 和零序三个分量 负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响 即使在高压侧 虽然零序电流在变压器内环流 不会向系统传递 但负序电流分量可以豪无阻碍地向系统传递 因此仍然会对计量仪表的精度产生影响 11 三 三相电不平衡的解决措施 一 传统解决方法1 均匀分布负荷将不对称负荷分散到不同的供电点 减少集中连接导致的不平衡度超标 此种方法无需任何设备投资 只需将单相负载均匀分布到A B C三相就可以改善三相不平衡 但我们需要面对一个客观的问题 各个用户的负荷量不一致且用电时间不一致 又不能人为控制 因此不能从根本上解决问题 2 增加短路容量将不对称负荷接到更高的电压的级上供电 使连接点的短路容量足够大 以提高系统承受不平衡的负荷能力 此方法改善了三相不平衡的用电环境 但没有实质性的解决三相不平衡问题 且同样存在一个客观问题 用电设备都有自己的额定电压 一般正常运行所允许的电压偏差范围并不大 所以将负荷接到更高电压等级供电的方法不是很实际 12 3 电感与电容组合调整此种方法是在不平衡的三相中 选择在相与相之间跨接电容与电阻 可提高每相的功率因数 转移相间有功功率 以平衡三相电流 但此方法需要投入电感 在调节不平衡电流装置中安装电感式件很麻烦的事情 电感又大又重 成本也高 损耗也大 虽说电网中大多数负载为感性 可利用其中的电感 只需接入电容 但接入电容很讲究方法 稍有不合理便不能达到理想的治理效果 所以从经济性 简易性角度此方法还需考虑 13 二 新型三相平衡技术1 APF SVG一般出现三相不平衡的电力系统功率因数都比较低 这就形成了一种需求 要是能有一款产品能在治理三相不平衡的同时又能补偿无功 那么这在电能质量治理领域会是很具性价比的一款产品 盛弘有源滤波器 APF 及静止无功器 SVG 便是一款兼具三相不平衡及无功补偿的产品 它们可以在补偿无功提高功率因数的基础上 解决三相不平衡电流 其原理是通过CT实时检测电流信息 然后将采集信息发给DSP数字控制处理器分析 之后驱动功率电路 和利用内部储能电容将系统三相不平衡电流转移 均匀分配 使三相电流达到平衡状态 具体原理如下 以SVG为例 14 如图1所示 假设A B C三相负载电流分别为 5A 10A 15A 这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡 三相电流完全平衡的状态应该是A B C三相电流全部为10A 图1 15 盛弘SVG在运行时 会通过外接电流互感器 CT 实时检测系统电流 然后将CT采集到的电流信息发给内部控制器进行处理 经过控制器分析之后 SVG就会发现系统的电流不平衡状态 同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值 以图1为例 A相电流想达到平衡状态则需要增加5A的电流 B相电流正好为10A无需调整 C相电流想达到平衡状态则需要减少5A的电流 计算完成之后 控制器就会通过IGBT驱动电路来驱动IGBT动作 从而使得电流从系统C相流入SVG5A 从SVG内部流出5A到系统A相 从而使得A B C三相电流全部重新分配为10A 而系统的三相总电流保持不变 当然 这一系列的计算及控制动作都是在很短的时间内完成的 并且 在这一过程中SVG只是起到一个重新分流的作用 只需消耗很小一部分的能量 如风扇运转 控制器件的能量消耗 开关器件的能量消耗 16 正如通常我们所说的电流值的大小是电流有效值一样 我们前文所述的SVG分流电流的大小也是在一定时间内的有效值 而实际上SVG补偿三相不平衡时开关器件的动作都是瞬时的 在某一个瞬时 C相的IGBT动作 将C相的交流电整流为直流电之后储存在SVG内部的母线电容中 如图2所示 图2 17 而在另一个瞬时 A相的IGBT动作 装SVG内部的母线电容 A B C公用同一组母线电容 上的直流电进行逆变 然后释放到系统A相上 如图3所示 图3 18 盛弘SVG的动作是瞬时的 而在某一段时间内其收发电流的有效值却是平衡的 因此可以将其动作的结果理解为分流作用 使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态 当系统三相电流都偏离平衡点时 补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似 其根本原则就是将某相多出来的电流存储到SVG母线电容中 然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某相 由