三相不平衡危害及治理方式

1、三相不平衡、概述：三相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平安运行,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.二、危害：1 .增加线路及配电变压器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

2、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,旧=100A,IC=1OO现U;总损耗= 1002Z+100Z+1002=300Z如果三相电流不平衡,IA=50A IB=100A,IC=15OA那么；总损耗 =502Z+100Z+1502Z=35000Z比平衡状态白损耗增加了 17% 在最严重的状态 下,如果IA=0A,旧=0A,IC=30OA那么；总损耗=3002Z =900Z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.2 .降低配变变压器出力以及增加铁损配变设计

3、时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能根本 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.假设当配变处于三相负载不平衡工况下运行,负载轻的一相就有充裕容量,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,过载水平也降低.假设配变在过载工况下 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,那么零

4、序电流也 越大.运行中的配变假设存在零序电流,那么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.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

5、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,是非常不经济和不平安的.4 .影响用电设备的平安运行三相负荷平衡是平安供电的根底.三相负荷不平衡,轻那么降低线路和配电 变压器的供电效率,重那么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 和激磁阻抗根本一致.当配变在三相负载平衡时运行,其三相电流根本相等, 配变内部每相压降也根本

6、相同,那么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.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那么可 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平安运行.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

7、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.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

8、度产生影 响.三、解决方法一传统解决方法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,又不能人为限制,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, 以提升系统承受不平衡的负荷水平.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

9、,所以将负荷接 到更高电压等级供电的方法不是很实际.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, 本钱也高,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,稍有不合理便不能到达理想的治理效 果,所以从经济性、简易性角度此方法还需考虑.二新型三相平衡技术1、APFSVG一般出现三相不平衡的电力系统功率因数都比拟低,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

10、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APF3及静止无功器SVGG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升功率因数的根底上,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 DS吸字控 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,使三相电流到达平衡状态,具体原理如下以SVG为例：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.盛弘

11、SVG在运行时,会通过外接电流互感器CD实时检测系统电流,然 后将CT采集到的电流信息发给内部限制器进行处理,经过限制器分析之后, SVG就会发现系统的电流不平衡状态,同时计算出三相电流到达平衡状态所需 转换的电流值.以图1为例,A相电流想到达平衡状态那么需要增加 5A的电流, B相电流正好为10A无需调整,C相电流想到达平衡状态那么需要减少 5A的电 流.计算完成之后,限制器就会通过IGBT驱动电路来驱动IGBT动作,从而使 得电流从系统C相流入SVG 5A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,这一系列的计算及限制

12、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,只需消耗很小一局部的能量如风扇 运转、限制器件的能量消耗、开关器件的能量消耗.图1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 到达一个平衡状态.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.其根本原那么就是将某相多出来的电流存储到SVG母线电容中,然后从母