电压不平衡补偿

1、配电变压器的三相不平衡运行在实际中是不可避免的, 使配电变压器平衡运行是 节能、 提高电能质量的手段之一。 文章定量地分析了配电变压器不平衡运行带来 的损耗及三相电压偏差, 并给出了针对这一状况所采取的补偿方法, 算例及实际 应用表明该补偿方法可明显减少配电变压器不平衡运行带来的损耗及电压偏差。 关键词:配电变压器三相不平衡;附加损耗;电压偏差;补偿方法;电力系统 1引言 我国城乡配电网中大量采用了三相四线制接线方式,且配电变压器为 Y/Yno接线, 存在很多的单相负载, 因此配电变压器的三相不平衡运行是不可避 免的。 国标 GB50052供配电设计规范 、 变压器运行规程 中都规定了 Y/Y

2、no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。 中线电流的增加会引起变压器损耗的增加, 同时造成中性 点电位的偏移 1。本文定量分析了这种影响,同时采用一种新的补偿方法减小 了附加损耗与中性点电压的偏移。 2中线电流带来的损耗及中性点电位的偏移 2.1中线电流带来的变压器损耗 (1 附加铁损 Y/Yno接线的配电变压 器采用三铁心柱结构, 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心中闭合, 需通过油箱壁闭 合,从而在铁箱等附件中发热产生铁损。 Y/Yno接线变压器的零序电阻

3、比 正序电阻大得多, 变压器的零序电阻可实测得到, 文 2提到 315kV A 变压器的零 序电阻是正序电阻的 15倍,因此零序电流产生的附加铁损较大。 (2不 平衡运行时绕阻附加铜损 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 600this.width=600" 式中 Ia 、 Ib 、 Ic 为三相负荷电流; R1为变压器二次侧绕组电阻。 600this.width=600" 2.2中线电流造成的电压偏移 由于 Y/Yno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,

4、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 3。 2.3实例分析 型号为 SJ 、 315kV A 、 10kV/0.4kV变压器的零序电阻 R0=0.122, 零序电抗 X0=0.174,绕组电阻 R1=0.00849。 600this.width=600" 0.17kW; 总 损 耗 功 率 P=P0+ Pf=3.82kW; 一 年 内 损 耗 电 量 W=3.82×8760KWh=33463KWh; 600this.width=600" 由上述分析可知, Y/Yno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是

5、很大的, 如对 变压器的三相不平衡进行补偿,则既可以节能,又可以提高电能质量。 3补偿 方法 3.1三相不平衡 无功补偿装置的工作原理 在三相系统中, 跨接在相线 与相线之间的电容或电感元件具有转移相间有功功率的作用, 由于相间电感或电 容元件的电流相量与每相电压相量成 60°或 120°夹角, 可通过一个简单的示例来 说明这一原理(本文称之为三相不平衡 无功补偿方法 。 有一单相负荷接 于 A 相与零线之间,其电流 IA=100A,功率因数 cosa=0.85,其中有功电流为 85A ,无功电流为 53A 。在 A 、 B 相间接入产生 61A 电流的电容器时,相量图如

6、图 1所示, 图中 600this.width=600", 为 A 相电压相量, 600this.width=600"为接 于 A 、 B 相间的电容器电流相量,超前 A 相电压 120o ; A 相负荷情况为:无功 电流为零, 有功电流为 54A , 有功电流相量与无功电流相量合成的总电流为 54A , A 相有功负荷减少了; B 相负荷的情况为:B 相有功电流为 31A , 无功电流为 53A , 有功电流相量和无功电流相量合成的总电流为 61A 。 600this.width=600" 由图 1可见,通过在 A 、 B 相间跨接一电容器, A 相的有功转移到

7、 B 相一部分, 而接电容器前后 A 相与 B 相的有功之和并未改变,这说明可以在变压器三相之 间调整有功,变压器的三相不平衡也是可以调整、补偿的。 对于三相不平衡系统, 可采用对称分量法将电流分解为正序电流、 负序电流和零序电流, 而三 相平衡系统的电流只有正序电流, 因此只需补偿掉负序电流和零序电流, 不平衡 的三相电流就可转变成平衡的三相电流 3-8。 采用星角混合接法的电容、 电抗元件可补偿掉或大大减少零序电流与负序电流,使系统转变成基本平衡系 统。 3.2实例分析 2.3小节的配电变压器 A 相电流 Ia=100A、 B 相电流 Ib=200A、 C 相电流 Ic=300A、功率因数

8、 cosa=cosb=cosc=0.7时,零序电流 I0=173A。 600this.width=600" 600this.width=600" 根据三相不平衡 无 功 补 偿 方 法 得 到 如 下 数 据 :600this.width=600"Iao=0; A 相 补 偿 后 电 流 600this.width=600", 功 率 因 数 为 0.982(见 图 3(a ; B 相 补 偿 后 电 流 600this.width=600"功 率 因 数 为 0.9998(见 图 3(b ; C 相 补 偿 后 电 流 600this.wid

9、th=600", 功率因数为 0.9999(见图 3(c ; 补偿后零序电流 I0=45A。 600this.width=600" (2 采用共补 分补的无功补偿装置将无功全部补偿 9, 补偿相量图如图 4所示, 补偿后 A 相电流 600this.width=600" 600this.width=600" 补偿后零序电流 I0=120A。 比较图 3和图 4可见, 三相不平衡 无功补偿方 法与分补 共补方法相比,零序电流下降很多,使不平衡系统基本恢复到平衡。 表 1为三相不平衡 无功补偿装置在徐州供电局的投切记录,在功率因数较高的 情况下, 零序电流也下降很多; 如果采用共补与分补装置, 零序电流不但没有减 少, 而且会增加。 该装置在朝阳市供电局某一变压器上投运与不投运时得到的数 据分别列于表 2和表 3中。 由表 2和表 3可见, 装置运行与不运行时相比, 零序电流下降很多,三相电压不平衡度也下降较多。 600this.width=600" 600this.width=600" 600this.width=600" 600this.width=600