三相电压不平衡带来的危害及解决方法

(整期优先)网络出版时间:2019-06-16
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三相电压不平衡带来的危害及解决方法

赵有能

(黔南民族职业技术学院都匀市558022)

摘要:本文主要针对三相电压不平衡带来的危害及解决方法展开深入研究,在变压器方面、用电设备方面等阐述了三相电压不平衡带来的危害,然后重点提出了几点解决方法,主要包括重视规划和加强沟通、争取低压集束导线供电、降低零线电能损耗、安装三相不平衡智能调节器等,顺利解决和处理好三相电压不平衡现象,确保电能质量的稳步提升,提高能源控制消耗水平,避免出现不必要的损耗现象。

关键词:三相电压;不平衡;危害;解决方法

在电力系统中,针对三相不平衡来说,作为重要的指标之一,对电能质量产生了极大的影响,已经成为了电力企业内部共同关注的话题之一。一般来说,三相负荷的因素是较不统一的,所以供电点的三相电压和电流,出现的不平衡现象比较常见,影响和损耗线路的正常运行,而且也严重影响着供电点上的电动机,不利于电动机的正常运行。因此,必须要制定切实可行的解决方法,对三相电压不平衡的原因进行深入分析,将三相不平衡控制在配电网承受的范围之内,促进电力系统的安全运行,将产生的危害降至最低。

一、三相电压不平衡带来的危害

(一)在变压器方面

三相负载不平衡,很难确保变压器运行的平衡状态,变压器负载和空载损耗比较大,变压器输出容量与其额定值不相符合,过载能力的提升比较缓慢。在过载工况下,变压器的运行极容易使变压器发热现象显著,这对于变压器的经济运行产生了极大的威胁,也不利于延长变压器的使用寿命。同时,在变压器三相负载不平衡现象显著的情况下,零序电流会越来越大,一定程度上增加了变压器铁芯磁滞和涡流损耗,局部温升比较显著,所以变压器绝缘老化现象比较常见,很难保证变压器的使用年限。

(二)在用电设备方面

要想确保电能质量,电力系统三相负载平衡发挥的作用是不可比拟的,一旦三相负载出现不对称现象,极容易导致中性点电位出现偏移现象,进一步加重线路压降和功率损失。高负荷一相的单相用户,极容易导致电压较低【1】,而且也会影响到照明亮度。而对于低负荷相的单相用户来说,其电压比较高。

对于电机设备,其电压分量主要包括正序、负序等,在这种不平衡电压输入到电机以后,负序电压和正序电压,所产生的旋转磁场是呈现相反的状态,其制动作用比较显著,进而不利于提高电机输出功率,也很难确保电动机的效率。

(三)在线损方面

三相负载的平衡,有助于实现节能降耗目标。在单相负载的影响下,三相负载不平衡现象比较常见。三相负载不平衡,很难确保三相电流、电压的高度平衡,并导致线路损耗的增加。如果电流不平衡度比较明显,也会增大线损程度。结合相关数据可以看出,三相负载不平衡,线损率至少升高约2%,如果三相负荷不平衡度在10%以上,将会进一步加剧线损程度。

二、三相电压不平衡的解决方法

(一)重视规划和加强沟通

要积极开展和落实好低压配电网的规划工作,与地方政府规划等部门保持密切的沟通和联系,不断提高配电网建设的有序性,在配电网建设和改造中,要合理分区分片供电低压台区,配变布点,要与负荷中心保持较近的距离,防止出现扇型供电和迂回供电,在配电网络的建设过程中,要按照相应的配变选址原则来进行,比如“小容量、多布点”等。

(二)争取低压集束导线供电

如果供电地区应用了低压三相四线制,对有条件的配电台区,要加强低压集束导线供电的应用,具体传输到用户端,在低压线路施工中,要将低压装表工作落实到位,单相电表在A、B、C三相的分布【2】,要确保高度的均匀性,避免在线路末端导致负荷偏相的出现。

(三)降低零线电能损耗

在低压配电网零线,要加强多点接地的应用,对零线电能损耗进行有效控制。现阶段,由于三相负荷的分布平衡性严重缺失,加大了零线电流的发生概率,结合相应的规程要求,零线电流要控制在相线电流的25%以下,在运行过程中,零线导线截面比较细,如果零线电流过大,在导线上极容易导致电能损耗的出现。因此,低压配电网公用主零线中,要加强多点接地的应用,对零线电能损耗进行有效控制,避免在负荷不平衡的影响下,导致零线电流产生的电压严重化,甚至对人身安全造成威胁,而且加强多点接地的应用,避免了由于发热等原因,导致零线断股断线的出现,涨高用户使用的相电压,并对家用电器造成损坏问题。

此外,针对零线损耗问题,在一般低压电缆中,零线的截面,是相线的一半,电阻值大,如果造成三相负荷不平衡,将会大大加剧零线的损耗程度【3】,所以要对零线的导线截面进行增大,比如五芯电缆,每相所用的芯线为一个,而零线所用的芯线为两个。

(四)安装三相不平衡智能调节器

针对三相不平衡问题,要加强三相不平衡智能调节器-STUR的研发和应用,该装置具有补偿系统无功,而且对于不平衡有功电流的调整也具有极大的帮助。其理论结果,可以使三相功率因数均补偿到1,确保三相电流高度的平衡状态。在实际应用过程中,三相功率因数补偿可以达到0.95,不平衡电流调整到变压器额定电流的允许范围内。

三、三相不平衡测试实例

在供配电系统中,负荷情况具有高度的复杂性,对于主要生产设备,三相负荷与单相负荷比较显著,尤其对于制丝、卷包等设备,三相不平衡,是设备安全运行的重要影响因素。以某学校实训楼低压配电系统为例,对系统中三相不平衡现状进行深入分析。

在三相不平衡现场测试选择过程中,配电变压器低压侧出线柜发挥着极大的作用,加强Fluke434电能质量分析仪的运用,其测量精度在±0.3%左右【4】。图1为某学校实训楼三相不平衡度的测试数据。

图1三相不平衡度测试数据表

有图1可以看出,某学校实训楼各台变压器三相电压不平衡度最少为0,最高可至0.2%,电流不平衡度控制效果显著,大都在10%以内。图2为某学校实训楼卷包7#变压器的电压不平衡相位图:

图2卷包7#变压器电压不平衡(左)

与电流不平衡(右)相位图

由图2可知,A、B、C三相电压(电流)相位相差120°,电压和电流不平衡度分别为0.2%、4.2%,三相电压、电流相位分布比较良好,所以在系统中,三相负载分配满足合理性要求,也有利避免了负载不平衡损害现象的出现。

四、结束语

总之,针对三相电压不平衡现象,必须要对其危害进行深入分析,并制定出可行合理的解决方法,满足节能降耗需求,避免出现不必要的浪费现象,确保电气设备使用效率的稳步提升。

参考文献:

[1]刘青松,邓军,伍衡,楚金伟,王奇,孙勇.500kV变压器低压侧电压不平衡度仿真及应用研究[J].变压器,2018,55(10):36-40.

[2]徐玉刚,张超,刘其颖,李卓昕,丁贤兵.110kV变电站35kV侧三相电压不平衡原因探究[J].湖南电力,2018,38(04):29-33.

[3]黄志诚,楚红波.电气化铁路三相电压不平衡分析及治理措施研究[J].电器与能效管理技术,2017(09):74-77.

[4]王吉彪,陈启宏,刘莉,张立炎,全书海.面向微电网三相电压不平衡补偿的逆变器并网控制[J].电力系统自动化,2017,41(08):38-44.