對低壓配電網(wǎng)三相不平衡問題及對策進(jìn)行研究

王悅

摘要：三相不平衡問題是低壓配電網(wǎng)運行維護(hù)中需要重點解決的問題之一。該問題不僅會使電流失穩(wěn)，出現(xiàn)無規(guī)律變化，還會使電壓產(chǎn)生波動，最終影響供電質(zhì)量。此外，它還會對變壓器等設(shè)備造成質(zhì)損，使其不能正常運行。三相不平衡問題產(chǎn)生時，線路損耗量會增加，從而產(chǎn)生負(fù)面影響，是運行人員目前需要維護(hù)解決的重點問題。因此，運行人員需要基于低壓配電網(wǎng)的運行現(xiàn)狀，找到三相不平衡問題的解決對策，保障配電網(wǎng)安全運行。

關(guān)鍵詞：低壓配電網(wǎng);三相不平衡;解決策略

引言

運行人員在對三相不平衡問題進(jìn)行分析研究時，可以從其產(chǎn)生原因入手，順藤摸瓜找到問題的影響對象，然后歸納總結(jié)問題產(chǎn)生的具體危害，使有源不平衡補償裝置與典型硬件拓?fù)涞扔杏梦渲?。因此，本文重點針對低壓配電網(wǎng)中存在的三相不平衡問題及對策進(jìn)行分析。

一、低壓配電網(wǎng)三相不平衡概述

電力系統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)中，三相電壓量大小相等，并按照順序排序。三相彼此之間構(gòu)成2π /3角，這種情況被稱為三相平衡;反之，則被稱為三相不平衡系統(tǒng)。三相不平衡的產(chǎn)生原因可以分為止常性和事故性兩類。正常性不平衡主要是系統(tǒng)三相元件或者負(fù)載批次之間不對稱造成的。將三相電壓允許不平衡度作為衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)，在一定程度上是根據(jù)正常性不平衡來確定的。

一般情況下，三相電壓不平衡是三相負(fù)荷之間彼此不平衡造成的。當(dāng)不平衡的三相電壓加在三相電動機(jī)上時，會導(dǎo)致電動機(jī)產(chǎn)生負(fù)序電流、阻尼力矩，從而導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)子中的熱損失增加，造成電動機(jī)溫度升高，噪聲變大。尤其是當(dāng)一相開路時，電動機(jī)會處于兩相運行的狀態(tài)。如果此時的負(fù)載不變，則會導(dǎo)致電動機(jī)被燒壞。

二、三相不平衡問題對低壓配電網(wǎng)的危害分析

1、對變壓器的危害

三相不平衡問題對變壓器的危害主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

第一，對出力方面的影響。變壓器主要應(yīng)用對象為三相，其輸出容量等同于三相輸出容量值相加之后的和，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每一相輸出容量。變壓器應(yīng)用時，三相電路需要處于平衡狀態(tài)，才‘會使變壓器的繞組結(jié)構(gòu)處于正常運行狀態(tài)，相關(guān)的電氣特征參數(shù)才正常，且其在每相中的數(shù)值是一致的。當(dāng)三相不平衡問題出現(xiàn)后，三相中的輸出容量必定不同，最大輸出容量數(shù)值也會降低，導(dǎo)致電氣特性參數(shù)出現(xiàn)差異。有了差異，必定有大小之分，這會對三相負(fù)載造成影響，進(jìn)而影響變壓器的最大出力。該出力數(shù)值以負(fù)載最大相為參照。實驗證明，三相不平衡狀態(tài)下的變壓器利用率和過載能力都會下降。

第二，對損耗的影響。在三相不平衡狀態(tài)下，變壓器的運行效率會下降，運行時間內(nèi)的損耗也會增加。這種狀態(tài)下的變壓器電壓會出現(xiàn)高低之分。高壓和低壓產(chǎn)生的電流也不相同，主要分為無零序電流和零序電流。零序電流在流通中會發(fā)生勵磁反應(yīng)，會將變壓器作為電路構(gòu)成范圍，將金屬構(gòu)件、油箱壁等作為回路構(gòu)成對象。因為變壓器內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計不考慮勵磁問題和導(dǎo)磁設(shè)計，所以相關(guān)的金屬構(gòu)件不具備這樣的導(dǎo)磁功能。當(dāng)三相出現(xiàn)不平衡問題時，金屬構(gòu)件產(chǎn)生的磁滯和渦流等會造成大量損耗，而損耗會使金屬構(gòu)件溫度直接飄升，損耗量會持續(xù)增大。此外，當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)零序電流時，隨之產(chǎn)生的是零序電阻。因為此電阻數(shù)值很大，所以造成的損耗會隨之增加。

2、對線路損耗的危害

三相負(fù)荷不平衡不僅會對變壓器損耗造成影響，還會嚴(yán)重影響線路損耗。三相平衡和不平衡狀態(tài)下的電流形式不同，功率損耗也不同。配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡時，電流主要為零序電流形式，數(shù)值為3I。線路損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三相正常狀態(tài)下的數(shù)值，而且是三相平衡狀態(tài)下的6倍。三相線路中，只有三相處于平衡狀態(tài)時，線路損耗才能降至最低。運行人員在分析線

路損害時，一定要采取定量分析方式。這種方法涉及的計算內(nèi)容可以成為分析三相不平衡問題時的參考依據(jù)。定量分析中，除了分析電路功率損耗，還要考慮三相電流條件不同時，電流不平衡導(dǎo)致的附加線損。這些條件主要包括：相角相等，有效值不等;相角不相等，有效值相等;相角不相等，有效值也不相同。附加損耗將低，線路損耗也會降低。通過計算三種條件下的附加損耗發(fā)現(xiàn)，這三種情況都會產(chǎn)生損耗。但是，在第三種條件中，相角和有效值皆不相同的狀態(tài)下，產(chǎn)生的附加損耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余兩種條件下產(chǎn)生的附加損耗。所以，在線路損耗降低解決對策中，運行人員要將附加損耗降至最低，最好降低到零，因為這意味著三相處于完全平衡狀態(tài)。進(jìn)行分析。這些數(shù)據(jù)和電流有關(guān)，且數(shù)據(jù)中的電流類型不止一種，包括不平衡電流、諧波電流以及無功電流等。將這些電流數(shù)值和正常數(shù)值進(jìn)行比較，找到需要補償?shù)膶ο螅b置會自動選擇補償電流。

3、電流檢測算法

電流檢測算法有多種，如基于FFT的諧波檢測算法、基于瞬時無功功率的諧波檢測算法、電流檢測算法和主要控制算法等?；贔FT的諧波檢測算法雖然可以對補償信號進(jìn)行計算，但會產(chǎn)生實時性差?；谒矔r無功功率的諧波檢測算法通過計算機(jī)波電流值獲得補償信號，可以改善前一種方法的缺陷。綜合性較強的電流檢測算法也是基于瞬時無功功率，不僅可以檢測三相不平衡狀態(tài)下的電流，還可以測試無功以及諧波狀態(tài)下的電流。在此背景下，運行人員需要計算基波電流值。原電流中包含補償電流，運行人員還要依靠這兩者的分離工作獲得補償信號。這種綜合性檢測方法精度較高，因此運行人員應(yīng)發(fā)展綜合治理裝置，且要提高裝置的多元化功能。主要控制算法可以分別有效控制直流側(cè)電壓和補償電流，并顯著提高補償裝置的補償效果。

三、低壓配電網(wǎng)中三相不平衡問題的解決對策

運行人員可以從技術(shù)層面和管理方面解決三相不平衡問題。技術(shù)層面主要采取技術(shù)措施解決電流不平衡問題，使電流重新歸于平衡狀態(tài)。利用相間無功補償裝置將有功功率轉(zhuǎn)移可以實現(xiàn)此目的。運行人員也可以調(diào)整負(fù)荷，使其在經(jīng)過換相裝置后恢復(fù)平衡。這些方法在應(yīng)用中各有優(yōu)劣勢，針對缺陷，運行人員要采用新技術(shù)來平衡三相負(fù)荷。有源型三相負(fù)荷不平衡補償裝置和數(shù)字信號處理技術(shù)則是新型技術(shù)設(shè)備的代表。運行人員可以通過研究，提高設(shè)備的補償精度，使無功功率和諧波等得到有效補償。管理方面主要將變壓器和線路作為管理對象。在日常管理中，要時刻關(guān)注這兩方面相關(guān)參數(shù)的變化。如果數(shù)值不再保持原狀，運行人員要調(diào)整線路產(chǎn)生的負(fù)荷，使其分配比例滿足要求。

四、結(jié)論

在三相不平衡問題解決中，運行人員應(yīng)隨時注意配電網(wǎng)中電流或電壓等參數(shù)值的變化。運行人員要做好參數(shù)動態(tài)實時測量工作，然后判斷測量值是否己恢復(fù)正常。利用補償裝置前后，運行人員要將三相電流變化反映在電流趨勢變化圖中，從而對三相現(xiàn)狀做出正確判斷。此外，運行人員要監(jiān)控線路損耗量，要解決措施貫徹落實到低壓配電網(wǎng)中，使三相恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

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