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【电能质量科普】配电网三相不平衡全解析

汇德电气2018-12-05 12:04:23

三相不平衡是电能质量的一个重要指标,虽然影响电力系统的因素有很多,但正常性不平衡的情况大多是因为三相云件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的,所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象,损耗线路。不仅如此,其对供电点上的电动机也会造成不利的影响,危害电动机的正常运行。因此,如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围,那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。

配电网三相不平衡的概况
根据电工中的专业理论,多相系统可以分为两大类,一个是对称,一个是不对称。在电网系统中,三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等,而且如果按照A、B、C的顺序进行排列,他们两两之间构成的角度都为2n/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。根据国家标准,三相不平衡主要是包括:电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%,短时不可超过4%。三相电压允许不平衡度可以作为一个电能质量的衡量标准。
配电网三相不平衡的原因

第一个原因是三相负荷的不合理分配。很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念,因此在接电的时候并没有注意到要控制三相负荷平衡,只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表,这在很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次,我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的,所以在使用单相的用电设备时,用电的效率就会降低,这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。

第二个原因是用电负荷的不断变化。造成用电负荷不稳定的原因包括了地II经常出现的拆迁,移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。

第三个原因是对于配变负荷的监视力度的削弱。在配电网的管理上,经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检测上,对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外,还有很多因素造成了三相不平衡的现象,例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。

配电网三相不平衡的危害

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。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。

2、增加配电变压器的电能损耗

配电变压器是低压电网的供电主设备,当其在三相负载不平衡工况下运行时,将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

3、配变出力减少

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。

4、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。(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。

5、影响用电设备的安全运行

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。假如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。

6、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。