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不容忽视的三相不平衡


三相不平衡是电能质量的一个重要指标。虽说影响电力系统的因素很多,单正常性不平衡情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的,供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象,损耗线路。因此,如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围,那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。可见,三相不平衡是电能质量中一个不可忽视的电能问题。


配电网三相不平衡的概况

在电网系统中,三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等,而且按照 A、B、C的顺序进行排列,他们两两之间构成的角度都为 2n/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。根据国家标准,三相不平衡主要是包括:电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为 2%,短时不可超过 4%。三相电压允许不平衡度可以作为一个电能质量的衡量标准。



配电网三相不平衡的原因

第一个原因是三相负荷的不合理分配。很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念。其次,我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的,所以在使用单相的用电设备时,用电的效率就会降低,这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。


第二个原因是用电负荷的不断变化。造成用电负荷不稳定的原因包括了地 II 经常出现的拆迁,移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。


第三个原因是对于配变负荷的监视力度的削弱。在配电网的检测上,对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。



三相不平衡的危害

增加线路的电能损耗。在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时,因存在阻抗必将产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。


增加配电变压器的电能损耗。配电变压器是低压电网的供电主设备,当其在三相负载不平衡工况下运行时,将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。


配变出力减少。配变设计时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能基本一致,各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。为此,配变在三相负载不平衡时运行,其输出的容量就无法达到额定值,其备用容量亦相应减少,过载能力也降低。


配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行,将产生零序电流,该电流将随三相负载不平衡的程度而变化,不平衡度越大,则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流,则其铁芯中将产生零序磁通。配变的绕组绝缘因过热而加快老化,导致设备寿命降低。同时,零序电流的存也会增加配变的损耗。


影响用电设备的安全运行。配变是根据三相负载平衡运行工况设计的,其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行,其三相电流基本相等,配变内部每相压降也基本相同,则配变输出的三相电压也是平衡的。同时,配变在三相负载不平衡时运行,三相输出电流不一样,而中性线就会有电流通过。三相负载不平衡运行时,将严重危及用电设备的安全运行。


电动机效率降低。配变在三相负载不平衡工况下运行,将引起输出电压三相不平衡。电动机的温升和无功损耗,也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行,是非常不经济和不安全的。



改进配电网三相不平衡的技术

注重对三相负荷的合理分配。在一些采用低压三相四线制的地 g,可以增设调整不平衡电流无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统无功,而且也可以调整不平衡有功电流的作用。另外,根据实际情况中负荷矩的不同情况,适当的调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。


对三相负荷中不平衡电流的治理方法。在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下,可以将不同性质符合的等效进行分析,确定相间和相对地的无功补偿量。总之,在进行比例调节系数额设置时,需要同时考虑功率因数的限制条件以及过补偿限制的条件。


增设对三相负荷的检测调整。定期开设对三相负荷的检测工作也是非常必要的。电力的平衡不能是绝对的,只能是尽力做到相对的平衡。对于检测过程中未发现问题的部位,也应当提高瞽惕。在检测结束以后,不仅需要进行数据的整理和分析,还要进行及时的反馈。



电能质量中的三相不平衡问题不仅会干扰配电网其他设备工作的正常运行,而且容易增加故障,缩短电力设备的寿命,进而产生对通信系统干扰等较大的影响。它不仅影响的是配电网的安全运转,更是整个电力系统的经济效益以及用户的用电情况。因此,从根本上改进三相不平衡的问题是非常必要的。


浙江南德电气有限公司,是一家集电能质量设备和 IoT 智能终端制造、系统开发、综合服务三位一体的电能质量综合解决方案提供商,是电能质量领域的“服务型制造”领跑者和世界500强ABB公司中国紧密型战略合作伙伴。公司专注于电网的无功补偿,三相负荷不平衡,谐波治理、电压暂降、电能监测采集等电能质量与安全用电领域的技术研发、设备制造以及解决方案的提供,自主研发 NAD 系列智能电容器、有源滤波器、静止无功发生器、电压闪变治理装置、PY 系列物联网智能监测终端等硬件设备。


由南德电气自主研发与生产的 NAD 系列三相负荷不平衡自动调节装置,主用于低压配电用户侧,治理三相电流不平衡,无功补偿及治理谐波的综合电能质量治理装置。具有功能强大、支持多种远程数据传输功能、可实现远程后台货移动端可视数据监测、可有多重保护适应各种恶劣环境等特点。


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同时,南德电气将物联网、互联网和产业制造进行深度融合,在10年制造的基础上,自主研发“电能质量安全隐患预警/管理系统”,实现设备互联互通及运行状态的全生命周期管理,帮助用户从容实现预测性维护。


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