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三相不平衡,如何判斷與解決?
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智能電容器

三相不平衡是電能質量的一個重要指標,雖然影響電力系統的因素有很多,但正常性不平衡的情況大多是因為三相元件、線路參數或負荷不對稱。由于三相負荷的因素是不一定的,所以供電點的三相電壓和電流極易出現不平衡的現象,損耗線路。不僅如此,其對供電點上的電動機也會造成不利的影響,危害電動機的正常運行。因此,如果三相不平衡超過了配電網可以承受的范圍,那么整體的電力系統的安全運行就會受到影響。

 三相不平衡的基本概念

三相不平衡是指在電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規定范圍。由于各相電源所加的負荷不均衡所致,屬于基波負荷配置問題。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關。在電網系統中,三相平衡主要指的是三相的電壓相量的大小相等,而且如果按照A、B、C的順序進行排列,他們兩兩之間構成的角度都為2n/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。《電能質量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)適用于交流額定頻率為 50 赫茲。在電力系統正常運行方式下,由于負序分量而引起的 PCC 點連接點的電壓不平衡。該標準規定:電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為 2%,短時間不得超過 4%。


圖例:

圖

理想的三相波形圖與不平衡時的三相波形圖

三相電流不平衡度計算方法一般有以下常用的兩個公式:

不平衡度%=(最大電流-最小電流)/最大電流×100%

不平衡度%=(MAX相電流-三相平均電流)/三相平均電流×100%


舉個例子:

三相電流分別為IA=9A IB=8A IC=4A,則三相平均電流為7A,相電流-三相平均電流分別為2A 1A 3A,取差值最大那個,故MAX(相電流-三相平均電流)=3A,所以三相電流不平衡度=3/7。

引起三相不平衡的原因有哪些?

引起三相電壓不平衡的原因有多種,如:單相接地、斷線諧振等,運行管理人員只有將其正確區分開來,才能快速處理。

1.  斷線故障

如果一相斷線但未接地,或斷路器、隔離開關一相未接通,電壓互感器保險絲熔斷均造成三相參數不對稱。上一電壓等級線路一相斷線時,下一電壓等級的電壓表現為三個相電壓都降低,其中一相較低,另兩相較高但二者電壓值接近。本級線路斷線時,斷線相電壓為零,未斷線相電壓仍為相電壓。

2. 接地故障

當線路一相斷線并單相接地時,雖引起三相電壓不平衡,但接地后電壓值不改變。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地,故障相電壓為零或接近零,非故障相電壓升高1.732倍,且持久不變;非金屬性接地,接地相電壓不為零而是降低為某一數值,其他兩相升高不到1.732倍。

3. 諧振原因

隨著工業的飛速發展,非線性電力負荷大量增加,某些負荷不僅產生諧波,還引起供電電壓波動與閃變,甚至引起三相電壓不平衡。

諧振引起三相電壓不平衡有兩種:

(1)基頻諧振

基頻諧振,特征類似于單相接地,即一相電壓降低,另兩相電壓升高,查找故障原因時不易找到故障點,此時可檢查特殊用戶,若不是接地原因,可能就是諧振引起的。

(2)分頻諧振

另一種是分頻諧振或高頻諧振,特征是三相電壓同時升高。
另外,還要注意,空投母線切除部分線路或單相接地故障消失時,如出現接地信號,且一相、兩相或三相電壓超過線電壓,電壓表指針打到頭,并同時緩慢移動,或三相電壓輪流升高超過線電壓,遇到這種情況,一般均屬諧振引起。

4. 三相負荷的不合理分配

很多的裝表接電的工作人員并沒有專業的對于三相負荷平衡的知識概念,因此在接電的時候并沒有注意到要控制三相負荷平衡,只是盲目和隨意的進行電路的接電荷裝表,這在很大程度上造成了三相負荷的不平衡。其次,我國的大多數電路都是動力和照明混為一體的,所以在使用單相的用電設備時,用電的效率就會降低,這樣的差異進一步加劇了配電變壓器三相負荷的不平衡狀況。

5. 用電負荷的不斷變化

造成用電負荷不穩定的原因包括了地II經常出現的拆遷,移表或者用電用戶的增加;臨時用電和季節性用電的不穩定性。這樣在總量上和時間上的不確定和不集中性使得用電的負荷也不得不跟隨實際情況而變化。

6. 對于配變負荷的監視力度的削弱

在配電網的管理上,經常會忽略三相負荷分配中的管理問題。在配電網的檢測上,對配電變壓器的三相負荷也沒有進行定期的檢測和調整。除此之外,還有很多因素造成了三相不平衡的現象,例如線路的影響以及三相負荷矩的不相等等。


三相不平衡有哪些危害?

1、增加線路的電能損耗

在三相四線制供電網絡中,電流通過線路導線時,因存在阻抗必將產生電能損耗,其損耗與通過電流的平方成正比。當低壓電網以三相四線制供電時,由于有單相負載存在,造成三相負載不平衡在所難免。當三相負載不平衡運行時,中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗,而且中性線也產生損耗,從而增加了電網線路的損耗。

2、增加配電變壓器的電能損耗

配電變壓器是低壓電網的供電主設備,當其在三相負載不平衡工況下運行時,將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負載的不平衡度而變化的。

3、配變出力減少

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