調(diào)整低壓電網(wǎng)中不平衡電流的實(shí)踐研究

張薇

摘要：三相不平衡電流的危害是多方面的，特別是不平衡電流增大將大大增加線損。由于對(duì)于三相不平衡電流，除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒(méi)有什么行之有效的解決辦法。正因?yàn)檎也坏浇鉀Q問(wèn)題的有效辦法，因此反而不被人們所重視。面對(duì)低壓電網(wǎng)中不平衡電流造成的危害，本文分析了如何恰當(dāng)?shù)剡x擇電容器的接法，達(dá)到即補(bǔ)償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的，并就電容的各種投切方式進(jìn)行了詳盡比較分析，找到了使用調(diào)整不平衡電流功率因數(shù)補(bǔ)償裝置可以大大減少不平衡電流和取得節(jié)能效果的方法。

關(guān)鍵詞：不平衡電流；補(bǔ)償電容；功率因數(shù)

1低壓電網(wǎng)中不平衡電流的危害

電網(wǎng)中的不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，影響電能表的精度而造成計(jì)量損失。

1.1不平衡電流對(duì)系統(tǒng)銅損的影響

由于系統(tǒng)的銅損是與電流的平方成正比的，忽略零線的損耗，當(dāng)三相電流平衡的時(shí)候，系統(tǒng)的銅損最小。設(shè)某系統(tǒng)的三相線路及變壓器繞組每相的總電阻為 R。如果三相電流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，則

總銅損 =1002R+1002R+1002R=30000R。

如果三相電流不平衡，IA=50A，IB=100A，IC=150A，則

總銅損 =502R+1002R+1502R=35000R

比平衡狀態(tài)的銅損增加了17%。在最嚴(yán)重的狀態(tài)下，如果 IA=0A，IB=0A，IC=300A，則

總銅損 =3002R=90000R

比平衡狀態(tài)的銅損增加了 3 倍。

1.2.不平衡電流對(duì)變壓器鐵損的影響

現(xiàn)有的 6/0.4kV 的低壓配電變壓器多為 Yyn0 接法三相三柱鐵心的變壓器。當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷不平衡，零線電流即為零序電流，而在一次側(cè)由于無(wú)中點(diǎn)引出線零序電流無(wú)法流通，故零序電流不能安匝平衡，對(duì)鐵心而言，有一個(gè)激磁零序電流，它受零序激磁阻抗控制，這一零序激磁阻抗較大，相對(duì)地電壓的對(duì)稱會(huì)受到影響，中性點(diǎn)會(huì)偏移。對(duì)三相三柱的磁路而言，零序磁通在油箱壁及緊固件內(nèi)形成回路，產(chǎn)生較大的渦流損耗，使變壓器的鐵損增加。

1.3不平衡電流對(duì)計(jì)量的影響

根據(jù)對(duì)稱分量法，三相不平衡電流可以分解為三相平衡的正序、負(fù)序、和零序三個(gè)分量。負(fù)序和零序電流分量的存在必然會(huì)對(duì)計(jì)量?jī)x表的精度產(chǎn)生影響。即使在高壓側(cè)，雖然零序電流在變壓器內(nèi)環(huán)流不會(huì)向系統(tǒng)傳遞，但負(fù)序電流分量可以毫無(wú)阻礙地向系統(tǒng)傳遞，因此仍然會(huì)對(duì)計(jì)量?jī)x表的精度產(chǎn)生影響。

2電感與電容組合調(diào)整不平衡電流

對(duì)于三相不平衡電流，通常采取的解決辦法是盡量合理地分配負(fù)荷，但是由于各用戶的負(fù)荷量不一致且用電的時(shí)間不一致，又不能人為控制，因此不能從根本上解決問(wèn)題。

普遍采用的方法是采用單相電容器分相補(bǔ)償?shù)霓k法，但是，這種方法使少投甚至不投補(bǔ)償電容的相得不到良好的補(bǔ)償。并且，采用這種方法在某些情況下雖然可以使三相電流的大小相等，但是由于三相的補(bǔ)償程度不同，三相的功率因數(shù)不同，三相電流的相位不是互差 120 度，零線仍然會(huì)有電流。

采用電感與電容的功率轉(zhuǎn)移作用不但可以將三相的功率因數(shù)均補(bǔ)償至接近于1，而且可以將三相間的不平衡有功電流調(diào)整至基本平衡。其基本工作原理分析如下：

當(dāng)一個(gè)電阻性負(fù)荷跨接于兩相之間，對(duì)于這樣的負(fù)荷狀態(tài)，在A相與C相之間跨接一個(gè)電感，選擇電感量為 22KVar，在 B 相與 C 相之間跨接一個(gè)電容，選擇電容量為22KVar。于是三相的功率因數(shù)均變成1，并且有功功率被平均分配到了三相之間。

當(dāng)單相電阻性負(fù)荷，對(duì)于這樣的負(fù)荷狀態(tài)，在 A相與B 相之間跨接一個(gè)電容，選擇電容量為 25kVar，在 A 相與 C 相之間跨接一個(gè)電感，選擇電感量為 25kVar，在 C 相與零線之間跨接一個(gè)電容，選擇電容量為13KVar，在 B 相與零線之間跨接一個(gè)電感，選擇電感量為 13KVar，于是三相的功率因數(shù)均變成 1，并且有功功率被平均分配到了三相之間。

以上這些調(diào)整不平衡電流的方法利用了一個(gè)基本原理，即在相線與相線之間跨接的電感或者電容具有在相線之間轉(zhuǎn)移有功功率的作用。當(dāng)實(shí)際的負(fù)荷相當(dāng)于若干個(gè)電阻時(shí)，只要按照各個(gè)電阻的情況分別計(jì)算出補(bǔ)償量，再按照迭加原理相加就可以了。

3電容調(diào)整不平衡電流

上述的調(diào)整不平衡電流的方法也帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是需要使用電感。電感又大又重，成本很高，損耗較大。

在實(shí)際的系統(tǒng)中，往往擁有大量的感性負(fù)荷，而負(fù)荷中的電感正好可以為我們所利用。理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)均表明只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電容器的接法，就可以達(dá)到即補(bǔ)償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的。

實(shí)踐中，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低且三相嚴(yán)重不平衡，三相的功率因數(shù)均為 0.71，C 相電流比 A 相電流大一倍。由于負(fù)荷含有足夠多的電感，補(bǔ)償電容器的總?cè)萘壳『玫扔谪?fù)荷中的電感總?cè)萘?，只是由于恰?dāng)?shù)剡x擇了電容器的接法，從而使三相的電流平衡，并且三相的功率因數(shù)均等于1，零線沒(méi)有電流。

這種設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的負(fù)荷含有足夠多的電感，因此可以取得較好的調(diào)整不平衡效果。當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)較高，可以利用的電感較少，而三相電流的不平衡現(xiàn)象又比較嚴(yán)重時(shí)，可能達(dá)不到完全平衡的目的。經(jīng)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都表明只要負(fù)荷中含有電感，就可以在將三相的功率因數(shù)均補(bǔ)償至 1的基礎(chǔ)上，使三相有功電流的不平衡程度有所減輕，仍然可以達(dá)到其他補(bǔ)償方式所達(dá)不到的效果。

因此，只要恰當(dāng)?shù)卦谙到y(tǒng)的各相線與相線之間及各相線與零線之間接入不同數(shù)量的單相電容器，就可以達(dá)到即補(bǔ)償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡有功電流的目的。并且投入的電容器總量與將三相的功率因數(shù)均補(bǔ)償至1所需的電容器總量相同。

4電容調(diào)整不平衡電流投切方式分析

在設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置時(shí)，為了充分利用電容器，應(yīng)該使各電容器即可以接于相線與相線之間也可以接于相線與零線之間，因此結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本比普通的三相電容器同時(shí)投切的補(bǔ)償裝置要稍高一些。但是由于其達(dá)到的效果是普通補(bǔ)償裝置所達(dá)不到的，如果應(yīng)用于三相電流不平衡的場(chǎng)合，其性能價(jià)格比優(yōu)于其他任何形式的補(bǔ)償裝置。

實(shí)踐中，我們對(duì)各種補(bǔ)償方法的性能進(jìn)行比較，可以肯定的是，如果考慮了變壓器的鐵損，則調(diào)整不平衡電流功率因數(shù)補(bǔ)償裝置可以得出更好的節(jié)能效果。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，使用單相電容器分相投切按電流平衡算法的補(bǔ)償方法可以取得最好的節(jié)能效果，并且零線電流很小，完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于零線電流不超過(guò)變壓器額定電流25%的要求。同時(shí)，零線電流小即表明中性點(diǎn)漂移小，因此也可以獲得最好的供電質(zhì)量。

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