淺談工業(yè)用電三相負(fù)載不均衡的危害及改善措施

劉巍 楚立新 林昌演

摘 要：文章以某晶體冶煉廠為例，通過對三相變壓器三相負(fù)載不均衡問題的分析，提出了解決三相負(fù)荷不平衡的解決方案。希望對相關(guān)工作人員有所幫助和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：三相負(fù)荷；不平衡；無功補(bǔ)償

1 產(chǎn)生三相負(fù)荷不平衡的原因

以某晶體冶煉廠為例，該廠供電變壓器的型號為S11-2000-10/0.4，即變壓器容量為2000kVA，進(jìn)線電壓10kV，輸出電壓0.4kV，變壓器連接組為Dyn11，變壓器經(jīng)過配電柜輸出給用電設(shè)備，每相分成9個(gè)開關(guān)輸出，每個(gè)開關(guān)控制一個(gè)單相負(fù)載，負(fù)載為一套整流設(shè)備帶晶體爐，但由于每相上的負(fù)載工作周期并不同步，在同一時(shí)間點(diǎn)，各相上的負(fù)載工作數(shù)量并不相同。這種工作周期不同步的單相負(fù)載三相不平衡不可避免，因?yàn)槊肯嗨鶐гO(shè)備數(shù)量相同，但并不是同時(shí)工作，所以造成三相負(fù)荷不對稱。

2 三相負(fù)荷不平衡造成的影響及危害

（1）增加輸電線路的電能損耗。在工業(yè)動(dòng)力電供電網(wǎng)中，電流流過輸電線路時(shí)，因存在線路阻抗必將產(chǎn)生電能損耗，電流越大其損耗越大。由于工業(yè)用電有單相負(fù)荷存在，造成三相負(fù)荷不平衡無可避免。當(dāng)三相負(fù)荷不均衡運(yùn)行時(shí)，中性線的電流就不為零。這樣不但相線存在損耗，中性線也會產(chǎn)生附加損耗，從而增加了供電網(wǎng)絡(luò)的損耗。

（2）增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓供電網(wǎng)路的主要設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)載不平衡狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，將會造成配電變壓器損耗的增加。因?yàn)榕潆娮儔浩鞯牟痪舛仍酱?，其功率損耗越大。

（3）配電變壓器輸出功率減少。配電變壓器在電參和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，各繞組的結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運(yùn)行工況而設(shè)計(jì)的，其繞組的性能差距很小，可達(dá)到2%以內(nèi)波動(dòng)，各相額定容量相同。配電變壓器的最大輸出功率一般不超過額定功率的1.1倍。當(dāng)配電變壓器變處于三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行，負(fù)載輕的一相就輸出容量就少，從而使配電變壓器輸出能力降低。其輸出能力降低程度與三相負(fù)荷的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)荷不平衡度越大，配電變壓器輸出能力降低的越多。為此，配電變壓器在三相負(fù)載不均衡狀態(tài)下運(yùn)行，其輸出的容量就無法達(dá)到額定值，其備用容量也相應(yīng)降低，過載能力也有所下降。如果配電變壓器在過載狀態(tài)下運(yùn)行，則容易導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐膳潆娮儔浩鳠龤А?/p>

（4）2000kVA配電變壓器將產(chǎn)生零序電流。因?yàn)樵撟儔浩鞯乃迂?fù)載都為單相負(fù)載，所以聯(lián)結(jié)組是Dyn11，因?yàn)槿嘭?fù)荷不平衡，所以N線的電流并不為零，此為零序電流。零序電流會產(chǎn)生零序磁通，零序磁通不能像正、負(fù)序磁通那樣可以經(jīng)過另外兩相的鐵芯形成回路。它被迫經(jīng)過絕緣介質(zhì)和外殼形成回路，產(chǎn)生遲滯和渦流損耗，殼體局部過熱，絕緣加速老化，降低變壓器的整體壽命。

3 三相負(fù)荷不均衡所造成危害的解決方案

首先盡量讓三相所掛負(fù)載的個(gè)數(shù)相同，即使負(fù)載個(gè)數(shù)相同也會有各相負(fù)載不同時(shí)使用的情況，對于這種情況可采用電容器分相補(bǔ)償?shù)姆椒?，因?yàn)楣I(yè)負(fù)載多為線圈類感性負(fù)載。在滿負(fù)荷情況下，知道各相的有功功率和無功功率就可知道補(bǔ)償容量，極大的降低了系統(tǒng)的不平衡度，其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相有功調(diào)至相等。

圖1 三相不均衡負(fù)載無功補(bǔ)償原理圖

根據(jù)需要可采用以下兩種補(bǔ)償裝置：

（1）TSC型無功補(bǔ)償裝置：自動(dòng)逐級投切，通過控制器檢測無功電流含量及功率因數(shù)來控制晶閘管觸發(fā)來控制投切。此裝置價(jià)格相對較低，但是非連續(xù)補(bǔ)償，對三相平衡度要求不是非常高可采用此裝置。

（2）FC+TCR型無功補(bǔ)償裝置：此裝置采用固定電容器和相控電抗器組成，并采用晶閘管作為無觸點(diǎn)開關(guān)，可根據(jù)負(fù)載變化快速調(diào)節(jié)無功功率的輸出，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償，可連續(xù)調(diào)節(jié)，但價(jià)格相對較高。

4 結(jié)束語

適當(dāng)分配負(fù)載加上無功補(bǔ)償裝置可以使供電電源輸出的電流基本上為三相均衡的有功電流，提高了供電質(zhì)量，減小了不均衡負(fù)載對電力系統(tǒng)的影響。

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作者簡介：劉?。?986-），男，2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)，現(xiàn)從事變壓器、電抗器等鐵磁器件設(shè)計(jì)工作。