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三相电压不平衡概论及解决措施
2017-11-09 14:50:18  作者:  来源:万选通资讯  
  •   电力系统中三相电压不平衡主要是由负荷不平衡,系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐所引起的。由于系统阻抗不对称而引起的背景电压不平衡度,很少超过0.5%,一般架空电网的不平衡度或不平衡电压不超出0.5%~1.5%的范围,其中1%以上的情况往往是分段的架空电网,其换位是在变电所母线上实现的。电缆线路的不对称度等于零,因为无论是三芯电缆或单芯电缆,各相芯线对接地的电缆金属外皮来说都处于平衡的位置。

  1 概论

  电力系统中三相电压不平衡主要是由负荷不平衡,系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐所引起的。由于系统阻抗不对称而引起的背景电压不平衡度,很少超过0.5%,一般架空电网的不平衡度或不平衡电压不超出0.5%~1.5%的范围,其中1%以上的情况往往是分段的架空电网,其换位是在变电所母线上实现的。电缆线路的不对称度等于零,因为无论是三芯电缆或单芯电缆,各相芯线对接地的电缆金属外皮来说都处于平衡的位置。

  电力系统三相电压平衡程度是电能质量的主要指标之一。三相电压不平衡过大将导致一系列危害。

  在中性点不接地系统(6kV、10kV、35kV、66kV)中,当消弧线圈调谐不当和系统对地电容处于串联谐振状态时,会引起中性点电压过高,从而引起三相对地电压的严重不平衡。DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定,中性点电压位移率应小于15%相电压。需要指出,这种由零序电压引起的三相电压不平衡并不影响三相线电压的平衡性,因此不影响用户的正常供电,但对输电线、变压器、互感器、避雷器等设备的安全是有威胁的,也必须及时消除。

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  2 三相电压不平衡的危害

  (1)当电机承受三相不平衡电压时,将产生和正序电压相反的旋转磁场,在转子中感应出两倍频电压,从而引起定子、转子铜损和转子铁损的增加,使电机附加发热,并引起二倍频的附加振动力矩,危及安全运行。据国外文献介绍,当电动机在额定转矩下负序电压为4%运行时,仅由于附加发热,其绝缘寿命就缩短一半。

  (2)如果在电力系统中有较大的不平衡电压,特别是一些动态的非线性不平衡负荷(如电弧炉、电气化铁路、电焊机等),则将在其近区电网中出现较高的负序和谐波水平。在负序和谐波的共同作用下,就会造成以负序滤过器为启动元件的继电保护和自动装置误动作。这对电网安全运行是有严重威胁的。

  (3)电压不平衡使换流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波),而这种设备一般在设计上只允许2%的不平衡度。

  (4)电压不平衡使发电机和变压器的容量利用率下降:由于不平衡时最大相电流不能超过额定值,在极端情况下,只带单相负荷时则设备利用率仅为1/√3=0.577。

  变压器的三相负荷不平衡不仅会使负荷较大的一相线圈可能绝缘过热导致寿命缩短,而且还会由于磁路不平衡,大量漏磁通经箱壁使其严重发热,造成附加损耗。

  (5)对计算机系统的干扰。通常我国低压采用三相四线制TN-C、TT-C系统供电。TN-C系统的主要特点是将载流的工作中性线N与保护地线PE共用一条导线。由于三相不平衡必然引起在中性线上出现不平衡电流,同时还有波形畸变等因素引起的3倍数次谐波电流。在不平衡较严重时,中性线过负荷发热,不仅增加损耗,降低效率,还会引起零电位漂移,产生电噪声干扰,致使计算机无法正常运行。变压器运行规程规定Yyn0连接的变压器中性线电流限值为额定电流的25%,而对于计算机电源,这个限值应更严一些,在5%~20%范围为宜。

  (6)电力损耗(线损率)是电网运行经济性的标志。当电网给不对称负荷供电时,会使电力损耗增加。如果三相电流不平衡,负序电流为25%,则有功功率损耗将达1+0.252=1.06倍。显然三相电流越不平衡,则造成的损耗越大。

  (7)在低压系统中如三相电压不平衡,对照明和家用电器正常安全用电会造成威胁,因为这类设备大多数为单相用电。如接在电压过高的相上用电,则会使设备寿命缩短,以致烧坏;如接在电压过低的相上用电,则设备不能正常运转和照度不足。

  3 改善三项不平衡的措施

  由不对称负荷引起的电网三相不平衡,可以采用下列方法解决:

  (1)将不对称负荷分散接到不同的供电点,以减小集中连接造成不平衡度超标问题;

  (2)使不对称负荷合理分配到各相,尽量使其平衡化(换相连接);

  (3)将不对称负荷接到更高电压级上供电,以使连接点的短路容量SSC足够大(例如对于单相负荷,SSC大于50倍负荷容量时,就能保证连接点的电压不平衡度小于2%);

  (4)采用平衡装置。

  (本文摘自中国电力出版社出版,林海雪教授编著《电能质量讲座》)

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