配電網(wǎng)三相不平衡問題探討

李娜

摘 要：目前我國大多數(shù)低壓配電系統(tǒng)都是采取三相四線制接線方式，這樣會出現(xiàn)單相負載不均衡，變壓器容易處于三相不平衡狀態(tài)。文章主要從輸電線路、發(fā)電機、電動機以及變壓器等方面著手，分析配電網(wǎng)三相不平衡所引發(fā)的問題，并從技術與管理的角度提出相應解決方法。

關鍵詞：配電網(wǎng)；電能質量；三相不平衡；問題

隨著科學技術以及經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于電需求量逐漸增大，對于電能質量要求也越來越高。實際運行中電能質量會對電氣設備安全以及電網(wǎng)等產(chǎn)生直接的影響，關系到人們生活秩序好壞、企業(yè)產(chǎn)品質量以及經(jīng)濟運行。在用電方面三相不平衡問題經(jīng)常出現(xiàn)，是評價電能質量的主要指標。只有保證配電網(wǎng)三相平衡，才能減少耗能、降損降價。

1 配電網(wǎng)三項不平衡所引發(fā)的問題

1.1 增加線路電能損耗

在普通三相四線制電力系統(tǒng)中，有電流通過線路導線時，會存在一定的阻抗，必然會出現(xiàn)電能損耗。這種電能損耗的大小與電流通過的平方成正比。在電網(wǎng)通過三相四線制供電的過程中，由于存在一定的單向負載必然會出現(xiàn)三相負載不平衡。發(fā)生三相不平衡運轉的情況下，中性線路會通過電流，這樣不僅會使相線出現(xiàn)電流損耗，中性線也會有損耗出現(xiàn)，增加整體電線網(wǎng)絡線路的損耗。

1.2 對發(fā)電機的運行與安全產(chǎn)生影響

出現(xiàn)三相不平衡問題時，發(fā)電機運行過程中負序電流會有逆方向磁場出現(xiàn)，這樣轉子會出現(xiàn)一定損耗，這類損耗包含由于感應轉子表面產(chǎn)生渦流引發(fā)表面損耗、激磁繞組電流所引發(fā)的附加損耗，如果發(fā)電機存在阻尼繞組，會出現(xiàn)相應的損耗，這些所產(chǎn)生的損耗都會使轉子溫度提升。受到這一因素的影響，隱極發(fā)電機比凸極發(fā)電機更為嚴重，這主要是因為隱極發(fā)電機轉子槽中嵌有激磁繞組，會對散熱產(chǎn)生影響，凸極發(fā)電機同空氣直接接觸，受到的影響比較小。因此，汽輪發(fā)電機不平衡度值比水輪發(fā)電機高。負載不對稱的情況下，定子磁勢與正序旋轉磁場、轉子激磁磁場與負序旋轉磁場所產(chǎn)生100Hz交變電磁力矩會在定子機座與轉子轉軸上產(chǎn)生作用，并且出現(xiàn)震動。實踐研究顯示，震動不會對汽輪發(fā)電機產(chǎn)生太大影響，但是對水輪發(fā)電機所產(chǎn)生的影響較大，對負序電流形成一定的限制，無法保證發(fā)電機的安全運行。

1.3 增加配電變壓器的電能損耗

在低壓網(wǎng)供電中，配電變壓器是重要的設備，配變功率損耗主要是按照負載平衡度而發(fā)生相應的變化。因此，在配電變壓器出現(xiàn)三相負荷不平衡情況時，會使配電變壓器損耗增加，并且對其出力產(chǎn)生影響。這主要是由于配電變壓器是依照繞組結構以及負荷平衡進行設計的，其繞組性能基本一致，各個定額容量基本相同。配電變壓器最大出力受到各相額定容量的影響，一旦在三相負荷不平衡情況下配電變壓器運行，負荷輕的一相會有剩余容量出現(xiàn)，減少配電變壓器的出力，實際減少的程度是隨著負載不平衡程度而發(fā)生變化的，所產(chǎn)生的不平衡度越大，所減少的出力也就越多。所以，三相不平衡情況下，配電變壓器的運行期間，輸出容量難以達到額定容量，備用容量也會隨之減少，大大降低過載能力。在過載情況下運行，配電變壓器溫度上升，甚至會將變壓器燒損。

1.4 電動機效率降低

三相不平衡情況下，如果配電變壓器運行會造成輸出電壓發(fā)生不平衡，在將不平衡電壓輸入到電動機后，正負序電壓會出現(xiàn)旋轉磁場，進而引發(fā)一定的制動效果。但是負序電壓磁場要比正序電壓磁場弱，電動機會根據(jù)正序磁場方向進行轉動的同時對負序磁場產(chǎn)生一定的制動，受到制動作用的影響，電動機輸出功率會有所減少，進而降低效率。此外，電動機的無功損耗與溫升會隨著三相電壓不平衡程度而逐漸增大，所以在三相不平衡情況下電動機運行缺乏安全性。

2 將不對稱負荷與更高電壓級相連接

將不對稱負荷與更高電壓級相連接，能確保連接點之間短路容量sk達到一定的負荷容量，簡單來說，在單相負荷情況下，sk如果能到達50倍的負荷容量，各個連接點的電壓不平衡可以控制2%左右。目前，國際上通常使用SVC，也就是靜止無功補償器，這一補償器的主要特點是能對無功功能進行快速調價，所以在沖擊負荷并且需要快速進行動態(tài)無功補償情況下得到普遍應用，進而對三相電壓不平衡加以校正。一般是利用分相做無功功率補償。靜止無功補償器主要是由容性與感性并聯(lián)而成的兩大回路，其中至少會有一回路是動態(tài)回路，可以根據(jù)具體需要對無功功率回路進行快速調節(jié)。依照動態(tài)回路構成的不同方式，可以將靜止無功補償器分成三種，即為自飽和電抗器（SR）；晶閘管投切電抗器（TSC）；晶閘管控制電抗器（TCR）。不可能做到絕對的平衡，只能達到相對平衡的狀態(tài)。實際工作過程中，可以將平衡度衡量指標作為具體標準，增加負荷調查分析的力度，詳細記錄各個配電變壓器的發(fā)展趨勢、平均負載以及最大負載，并且對各項負荷電流進行定期測試，及時發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的不平衡情況。在反饋負荷問題過程中，要不定期的進行調整與組織。

3 將不對稱負荷分散

對于不對稱負荷采取分散供應的方式，避免出現(xiàn)過多的集中連接，發(fā)生嚴重不平衡情況。三相系統(tǒng)如果能維持平衡狀態(tài)，其總功率是一定的，與時間沒有直接的聯(lián)系，如果三相系統(tǒng)不平衡，其總功率會存在一定的波動，因此，在將不平衡三相系統(tǒng)改為平衡三相系統(tǒng)過程中，平衡裝置內可以添加能儲存電磁能量的電磁元件，避免發(fā)生波動?？偠灾?，要按照我國有關標準采取科學、合理以及經(jīng)濟的控制措施，避免發(fā)生不平衡情況，引發(fā)安全隱患，對用電設備造成損壞，需從本質上提升電能質量，保證電力系統(tǒng)正常、安全的運行。

4 適當?shù)膶⒉粚ΨQ負荷分配到每個相保證平衡

一旦發(fā)生電壓不對稱情況，主要是由于三相系統(tǒng)內部單相負荷位置不合理所導致的，在在設計供電系統(tǒng)的過程中，首先應該在三相中均勻分布單相負荷，使得三相負荷電流不平衡程度得以降低。通常情況下應該將供電系統(tǒng)電流不平衡程度控制在20%之內，但也有個別的情況出現(xiàn)，比如，在TT系統(tǒng)與TN系統(tǒng)接地狀況下，低壓電網(wǎng)如果選取Y/y0繞組三相變壓器，其單向不平衡負荷所形成的中性線電流要在低壓繞組額定電流25%以下，同時一相電流在滿載的狀況下，不能超過額定值的1000V電網(wǎng)系統(tǒng)的各個單相設備，并且各相之間所產(chǎn)生的容量最低值與容量最高值差異需要控制在25%左右。

5 結束語

三相不平衡可以分為兩類，即事故性與正常性。事故性不平衡主要是因為系統(tǒng)故障所引發(fā)的，一般情況下可利用相關保護裝置切除故障元件解決問題；正常性不平衡主要是因為線路參數(shù)與負荷不對稱，或者是三相元件所導致的，這類不平衡情況可以在一定時期存在或者是長期存在，長期存在所產(chǎn)生的危害比較大。文章針對配電網(wǎng)三相不平衡所產(chǎn)生的問題，提出不對稱負荷與更高電壓級相連接、不對稱負荷分散、適當?shù)膶⒉粚ΨQ負荷分配到每個相三點解決措施，為配單網(wǎng)三相平衡提供參考依據(jù)。

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