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三相不平衡之終極解決方案

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展,大量新型設(shè)備以及電力電子設(shè)備得到應(yīng)用,這使得電能質(zhì)量問題越來越受到人們的重視,三相不平衡問題就是電能質(zhì)量中存在的較為嚴(yán)重的問題.


一、什么是三相不平衡

三相不平衡是指在電力系統(tǒng)中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規(guī)定范圍。根據(jù)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-2008),在電網(wǎng)正常運(yùn)行時負(fù)序電壓不平度不超過2%,短時不超過4%(三相不平衡度在三相電力系統(tǒng)中指三相不平衡的程度,用電壓、電流的負(fù)序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根百分比表示)。


二、為什么會產(chǎn)生三相不平衡 

我們通常使用的供電網(wǎng)絡(luò)是三相生產(chǎn)用電與單相負(fù)載混合用電的供電網(wǎng)絡(luò),大多是經(jīng)10/0.4KV變壓器降壓后,以三相四線制向用戶供電。在裝接單相用戶時,供電部門通常將單相負(fù)載均衡地分接在A、B、C三相上。但在實(shí)際工作及運(yùn)行中,線路的標(biāo)志、接電人員的疏忽再加上由于單相用戶的不可控增容、大功率單相負(fù)載的接入以及單相負(fù)載用電的不同時性等,都造成了三相負(fù)載的不平衡。


三、三相不平衡有什么危害 

(1)對變壓器危害

通常情況下,變壓器有鐵損(空載損耗)和銅損(負(fù)載損耗)兩種損耗,鐵損一般不變,銅損會根據(jù)負(fù)載的變化而變化。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時,變壓器的負(fù)荷損耗可看成三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。這有可能給變壓器造成及嚴(yán)重的后果,不平衡時會造成相電流過大(增為3倍),從而造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質(zhì)劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組。同時三相不平衡條件下運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生零序磁通,零序磁通流經(jīng)變壓器金屬部件組成的回路,是變壓器發(fā)熱,同樣影響變壓器運(yùn)行安全。


(2)對線路的影響

三相不平衡會產(chǎn)生零序磁通,零序磁通在中性線上會變?yōu)橹行跃電流,這樣不但相線有損耗,而且中性線也產(chǎn)生損耗,從而增加了電網(wǎng)線路的損耗。另一方面,在三相四線制結(jié)線方式下,當(dāng)三相平衡時線損最;當(dāng)一相負(fù)荷重,兩相負(fù)荷輕的情況下線損增量較;當(dāng)一相負(fù)荷重,一相負(fù)荷輕,而第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷的情況下線損增量較大;當(dāng)一相負(fù)荷輕,兩相負(fù)荷重的情況下線損增量最大。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時,無論何種負(fù)荷分配情況,電流不平衡度越大,線損增量也越大。


(3)對用電設(shè)備的影響

各相之間的不平衡會導(dǎo)致用電設(shè)備使用壽命縮短,加速設(shè)備部件更換頻率,增加設(shè)備維護(hù)的成本。對于配變電設(shè)備來講,在三相負(fù)載不平衡條件下運(yùn)行時,各相的輸出電流是不相等的,這就導(dǎo)致其內(nèi)部三相壓降不相等,從而造成輸出電壓三相不平衡。同時,配變電設(shè)備在三相負(fù)載不平衡條件下運(yùn)行,三相輸出電流不一樣,而中性線就會有電流通過。因而使中性線產(chǎn)生阻抗壓降,從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移,致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低,而負(fù)載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電,即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設(shè)備燒壞,而電壓低的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無法使用。所以三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時,將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

對于電動機(jī)來講,三相電壓不平衡也會使電動機(jī)中逆扭矩增加,從而使電動機(jī)的溫度上升,效率下降,能耗增加,發(fā)生震動,輸出虧耗等影響。對于斷路器來講,三相不平衡會使斷路器允許電流的余量減少,當(dāng)負(fù)載變更或交替時容易發(fā)生超載、短路現(xiàn)象等。

 

(4) 解決三相不平衡的方法 

目前有一些傳統(tǒng)的解決三相不平衡的方法,但存在著各種各樣的問題,例如,加大負(fù)荷接入點(diǎn)的短路容量,如改變網(wǎng)絡(luò)或提高供電電壓級別提高系統(tǒng)承受不平衡負(fù)荷的能力。這種方法是一個治標(biāo)不治本的方法,同時三相不平衡比較嚴(yán)重時,會大大增加設(shè)備投入成本,且效果不佳;使用三相不平衡自動換相器,切換相別。但是在換相的過程中會使用戶暫時停電等等諸多問題。


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