什么是三相電壓不平衡?其原因和解決辦法是什么?
諧振原因 隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,非線性電力負(fù)荷大量增加,某些負(fù)荷不僅產(chǎn)生諧波,還引起供電電壓波動(dòng)與閃變,甚至引起三相電壓不平衡。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(yùn)行管理人員只有將其正確區(qū)分開來,才能快速處理。
一、 斷線故障 如果一相斷線但未接地,或斷路器、隔離開關(guān)一相未接通,電壓互感器保險(xiǎn)絲熔斷均造成三相參數(shù)不對稱。上一電壓等級線路一相斷線時(shí),下一電壓等級的電壓表現(xiàn)為三個(gè)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(shí),斷線相電壓為零,未斷線相電壓仍為相電壓。
二、接地故障 當(dāng)線路一相斷線并單相接地時(shí),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(shù)值,其他兩相升高不到1.732倍。
諧振引起三相電壓不平衡有兩種
一種是基頻諧振,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(shí)不易找到故障點(diǎn),此時(shí)可檢查特殊用戶,若不是接地原因,可能就是諧振引起的。
另一種是分頻諧振或高頻諧振,特征是三相電壓同時(shí)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(shí),如出現(xiàn)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(shí)緩慢移動(dòng),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。
三相不平衡的危害和影響
對變壓器的危害。在生產(chǎn)、生活用電中,三相負(fù)載不平衡時(shí),使變壓器處于不對稱運(yùn)行狀態(tài)。造成變壓器的損耗增大(包括空載損耗和負(fù)載損耗)。根據(jù)變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定,在運(yùn)行中的變壓器中性線電流不得超過變壓器低壓側(cè)額定電流的25%。此外,三相負(fù)載不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過大,局部金屬件升溫增高,甚至?xí)?dǎo)致變壓器燒毀。
對用電設(shè)備的影響。三相電壓不平衡的發(fā)生將導(dǎo)致達(dá)到數(shù)倍電流不平衡的發(fā)生。誘導(dǎo)電動(dòng)機(jī)中逆扭矩增加,從而使電動(dòng)機(jī)的溫度上升,效率下降,能耗增加,發(fā)生震動(dòng),輸出虧耗等影響。各相之間的不平衡會(huì)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。斷路器允許電流的余量減少,當(dāng)負(fù)載變更或交替時(shí)容易發(fā)生超載、短路現(xiàn)象。中性線中流入過大的不平衡電流,導(dǎo)致中性線增粗。
對線損的影響。三相四線制結(jié)線方式,當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)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(shí),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。
三相不平衡的危害及解決辦法
一、三相電壓或電流不平衡等因素產(chǎn)生的主要危害:
1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)在不對稱狀態(tài)下運(yùn)行,會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加損耗及發(fā)熱,從而引起電機(jī)整體或局部升溫,此外反向磁場產(chǎn)生附加力矩會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)。對發(fā)電機(jī)而言,在定子中還會(huì)形成一系列高次諧波。
2、引起以負(fù)序分量為啟動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作,直接威脅電網(wǎng)運(yùn)行。
3、不平衡電壓使硅整流設(shè)備出現(xiàn)非特征性諧波。
4、對發(fā)電機(jī)、變壓器而言,當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí),如控制最大相電流為額定值,則其余兩相就不能滿載,因而設(shè)備利用率下降,反之如要維持額定容量,將會(huì)造成負(fù)荷較大的一相過負(fù)荷,而且還會(huì)出現(xiàn)磁路不平衡致使波形畸變,設(shè)備附加損耗增加等。
二、由不對稱負(fù)荷引起的電網(wǎng)三相電壓不平衡可以采取的解決辦法:
1、將不對稱負(fù)荷分散接在不同的供電點(diǎn),以減少集中連接造成不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)的問題。
2、使用交叉換相等辦法使不對稱負(fù)荷合理分配到各相,盡量使其平衡化。
3、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。
解決三相負(fù)荷不平衡的幾點(diǎn)措施
一、重視低壓配電網(wǎng)的規(guī)劃工作,加強(qiáng)與地方政府規(guī)劃等部門的工作溝通,避免配電網(wǎng)建設(shè)無序,尤其避免在低壓配電網(wǎng)中出現(xiàn)頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳的局面,在配電網(wǎng)建設(shè)和改造當(dāng)中對低壓臺(tái)區(qū)進(jìn)行合理的分區(qū)分片供電,配變布點(diǎn)盡量接近負(fù)荷中心,避免扇型供電和迂回供電,配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要遵循“小容量、多布點(diǎn)、短半徑”的配變選址原則。
二、在對采用低壓三相四線制供電的地區(qū),要積極爭取對有條件的配電臺(tái)區(qū)采用3芯或者4芯電纜或者用低壓集束導(dǎo)線供電至用戶端,這樣可以在低壓線路施工中最大程度的避免三相負(fù)荷出現(xiàn)偏相的出現(xiàn),同時(shí)要做好低壓裝表工作,單相電表在A、B、C三相的分布盡量均勻,避免出現(xiàn)單相電只掛接在一相或者兩相上,在線路末端造成負(fù)荷偏相。
三、在低壓配電網(wǎng)零線采用多點(diǎn)接地,降低零線電能損耗。目前由于三相負(fù)荷的分布不平衡,導(dǎo)致了零線出現(xiàn)電流,按照規(guī)程要求零線電流不得超過相線電流的25%,在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中,由于零線導(dǎo)線截面較細(xì),電阻值較相同長度的相線大,零線電流過大在導(dǎo)線上也會(huì)造成一定比例的電能損耗,所以建議在低壓配電網(wǎng)公用主零線采用多點(diǎn)接地,降低零線電能損耗,避免因?yàn)樨?fù)荷不平衡出現(xiàn)的零線電流產(chǎn)生的電壓嚴(yán)重危及人身安全,而且通過多點(diǎn)接地,減低了因?yàn)榘l(fā)熱等原因造成的零線斷股斷線,使得用戶使用的相電壓升高,損壞家用電器。此外對于零線損耗問題,在目前一般低壓電纜中,零線的截面為相線的1/2,電阻值大造成了在三相負(fù)荷不平衡時(shí),零線損耗加大,為此可以考慮到適當(dāng)增大零線的導(dǎo)線截面,例如采用五芯電纜,每相用一個(gè)芯線而零線則用兩個(gè)芯線。
四、對單相負(fù)荷占較大比重的供電地區(qū)積極推廣單相變供電。目前在城市居民小區(qū)內(nèi)大部分的負(fù)載電器是采用單相電,由于線路負(fù)荷大多為動(dòng)力、照明混載,而電氣設(shè)備使用的同時(shí)率較低,這樣使得低壓三相負(fù)荷在實(shí)際運(yùn)行中的不平衡的幅度更大。另外從目前農(nóng)村的生活用電情況看,在很多欠發(fā)達(dá)和不發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村存在著人均用電量小,居住分散,供電線路長等問題,對這些地區(qū)可以考慮到對于用戶較分散、用電負(fù)荷主要以照明為主、負(fù)荷不大的情況,采用采用單相變壓器供電的方式,以達(dá)減少損耗和建設(shè)資金的目的。目前單相變壓器損耗比同容量三相變壓器減少15%~20%,有的廠家生產(chǎn)的單相變在低壓側(cè)可以引出380V和220V兩種電壓等級,同時(shí)在一些地區(qū)也已開展利用多臺(tái)單相變向三相負(fù)荷供電的試點(diǎn),為使用單相變供電提供了更加廣闊的空間。
五、積極開展變壓器負(fù)荷實(shí)際測量和調(diào)整工作。配變的負(fù)荷實(shí)測工作看似簡單,但是在實(shí)際工作中有幾點(diǎn)需要注意,一是實(shí)測工作不能簡單地測量配變低壓側(cè)A、B、C三相引出線的相電流,而且要測量零線上的電流,或者是測量零線(排)對地電壓,從而可以更好地比較出三相負(fù)荷的不平衡情況,二是實(shí)測工作要向低壓配電線路的末端和分支端延伸,這樣可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)不平衡負(fù)荷的出現(xiàn)地點(diǎn),確定調(diào)荷點(diǎn),三是負(fù)荷實(shí)測工作既要定期開展也要不定期開展,尤其是在大的用戶負(fù)荷投運(yùn)和在高峰負(fù)荷期間,要增加實(shí)測的次數(shù),通過及時(shí)的測量配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流,便于準(zhǔn)確地了解設(shè)備的運(yùn)行情況,做好負(fù)荷的均衡合理分配。
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