三相不平衡問題探究

金文佩,曾若鋒,王國慶

（廣州供電局有限公司荔灣供電局,510150）

三相不平衡問題探究

金文佩,曾若鋒,王國慶

（廣州供電局有限公司荔灣供電局,510150）

三相不平衡是指在電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。造成三相不平衡的主要原因是三相負(fù)荷不均衡，屬于基波負(fù)荷配置問題。技術(shù)人員對(duì)此要采取有效的調(diào)節(jié)治理措施。筆者根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，主要探析三相不平衡問題，供大家參考和借鑒。

三相不平衡；問題

0 引言

我國的低壓配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)荷性質(zhì)多樣、負(fù)荷變化波動(dòng)大。并且隨著人們生活水平的不斷提高，大功率用電設(shè)備越來越多，用戶的用電水平和用電規(guī)律參差不齊，再加上治理三相不平衡的方法相對(duì)欠缺，管理不到位，導(dǎo)致三相負(fù)荷的不平衡問題日益突出，嚴(yán)重影響著供電質(zhì)量以及低壓配網(wǎng)運(yùn)行的安全性。三相不平衡問題亟待得到解決。 這應(yīng)該引起我國電力行業(yè)相關(guān)問題的重視，采取有效方法解決這一問題。

1 三相不平衡的計(jì)算方法

根據(jù)我國電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不平衡度計(jì)算公式為（最大電流 - 最小電流）÷最大電流×100%。同時(shí)國家規(guī)定三相負(fù)荷不平衡度不應(yīng)大于15%，只帶少量單相負(fù)荷的三相變壓器，中性線電流不應(yīng)超過額定電流的25%。技術(shù)人員需要嚴(yán)格按照這一方法三相不平衡度。

2 三相不平衡的危害

目前我國低壓配網(wǎng)三相不平衡問題非常普遍，損耗高、缺陷多，運(yùn)行可靠性差，威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。三相負(fù)載不平衡問題對(duì)電力系統(tǒng)、用戶供電等都帶來了嚴(yán)重的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)三相電流不平衡產(chǎn)生零序電流，增加中性線線路損耗，在中性線產(chǎn)生壓降，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，致使三相電壓發(fā)生變化，負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高，過電壓影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行；如果在TN-C系統(tǒng)，中性點(diǎn)漂移，導(dǎo)致PEN線帶電，帶來安全隱患。

(2)三相電流不平衡致使配電變壓器實(shí)際出力減少，配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制，當(dāng)配電變壓器處于三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行，負(fù)載輕的一相就有富余容量，從而使配電變壓器的實(shí)際出力減少；

(3)三相電流不平衡致使配電變壓器鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。由于變壓器高壓側(cè)采用角接方式無零序電流通道，這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過鋼構(gòu)件時(shí)，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱，高溫可導(dǎo)致配電變壓器的繞組絕緣老化加速，導(dǎo)致變壓器壽命降低。

3 三相不平衡的治理的方法

傳統(tǒng)治理三相不平衡的手段相對(duì)欠缺，而且投入大、效率低、不能從根本上解決三相不平衡問題，傳統(tǒng)主要解決方法如下：

（1）通過人工改線調(diào)整負(fù)荷。這種方法使用率最高，但其人力投入大，需切斷用戶供電，而且難以長期適應(yīng)負(fù)荷的變化規(guī)律。

（2）自動(dòng)換相器。自動(dòng)換相器采用永磁繼電器對(duì)單相負(fù)載進(jìn)行換相，永磁繼電器受控于遠(yuǎn)程控制器，對(duì)通信可靠性要求極高，換相實(shí)時(shí)性低，；永磁繼電器壽命有限，可靠性差；且安裝點(diǎn)多，實(shí)施難度大，投入大，性價(jià)比差。

（3）通過電容、電感進(jìn)行補(bǔ)償。電容、電感可以濾除諧波，并對(duì)三相不平衡起到一定的補(bǔ)償作用，但這種方法成本高，而且也不能做到實(shí)時(shí)跟蹤無極補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

4 大功率電力電子同步補(bǔ)償器同步轉(zhuǎn)移補(bǔ)償裝置介紹

在大功率基礎(chǔ)上，電力電子同步補(bǔ)償器和同步轉(zhuǎn)移補(bǔ)償裝置有一定的特殊性，以下具體分析。

（1）三相不平衡補(bǔ)償介紹。大功率電力電子同步補(bǔ)償裝置融合了IGBT技術(shù)、SVG技術(shù)、智能控制技術(shù)等多種技術(shù)融合，裝置利用采樣電路實(shí)時(shí)采集低壓配電線路的三相電壓、三相電流等運(yùn)行參數(shù)，通過模型運(yùn)算計(jì)算出三相間的不平衡負(fù)荷和需要補(bǔ)償?shù)碾娏鳎缓蟾鶕?jù)裝置設(shè)定的值來控制 PWM信號(hào)發(fā)生器發(fā)出控制信號(hào)給內(nèi)部的IGBT使逆變器產(chǎn)生滿足要求的電流信號(hào)。三相負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)裝置在上電瞬間就能根據(jù)采樣電路的交流采樣分析出三相間的負(fù)荷不平衡情況，DSP運(yùn)算出需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦岛拖辔唬尚盘?hào)發(fā)生器發(fā)出PWM信號(hào)給IGBT驅(qū)動(dòng)，由逆變器產(chǎn)生一個(gè)滿足要求的電流信號(hào)送入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)。（2）雙向動(dòng)態(tài)無功跟蹤補(bǔ)償 。大功率電力電子同步補(bǔ)償裝置可利用調(diào)節(jié)三相不平衡后剩余的裝置容量實(shí)現(xiàn)感性、容性雙向動(dòng)態(tài)無功跟蹤補(bǔ)償，裝置根據(jù)外部電流互感器，實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流，并通過DSP計(jì)算來分析負(fù)載電流的無功含量，然后根據(jù)設(shè)定好的補(bǔ)償范圍來控制PWM信號(hào)發(fā)生器輸出PWM信號(hào)到IGBT驅(qū)動(dòng)電路，使逆變器產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)無功分量大小相等、方向相反的無功電流接入系統(tǒng)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償無功的目的。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)響應(yīng)時(shí)間小于10ms，可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)雙向精細(xì)補(bǔ)償。

5 治理三相不平衡的技術(shù)特點(diǎn)

三相不平衡治理技術(shù)功能強(qiáng)大，能夠完美解決三相電流不平衡。同時(shí)能夠精確補(bǔ)償無功電流，提高功率因數(shù) 3、濾除諧波，減少諧波干擾 4、減少線路損耗。具體來說，性能卓越：不平衡補(bǔ)償＜3%；功率因數(shù) ≥0.99；電流畸變率＜5%；整機(jī)效率＞97.5%。治理過程安全可靠：成熟的功率模塊和控制技術(shù)；采用工業(yè)級(jí)器件、芯片；自我檢測、故障診斷、自恢復(fù)功能。技術(shù)人員在治理過程中會(huì)產(chǎn)生技術(shù)參數(shù)，補(bǔ)償效果：額定容量內(nèi)補(bǔ)償后PF≥98%；裝置效率：整機(jī)效率 ≥97.5%；三相不平衡補(bǔ)償：額定容量內(nèi)補(bǔ)償后三相不平衡度 ≤5%；響應(yīng)時(shí)間：瞬時(shí)響應(yīng)≤100us，完全響應(yīng) ≤5ms；補(bǔ)償功能：具有連續(xù)、平滑、線性無功補(bǔ)償，可雙向補(bǔ)償（解決無功倒送）；采用LCD彩色液晶面板，觸摸按鍵操作，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)；保護(hù)功能：并聯(lián)接入，具備過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、短路、抗干擾等軟硬件保護(hù)，故障做到軟切除；一機(jī)多用：可以同時(shí)具有無功補(bǔ)償功能優(yōu)先、不平衡補(bǔ)償功能優(yōu)先、諧波治理優(yōu)先等，并可以自由選擇。

6 總結(jié)

綜上所述，在我國電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，三相不平衡問題會(huì)帶來極大的危害。為了避免這些危害，技術(shù)人員可以采取科學(xué)的方法治理三相不平衡問題，從而保證電力系統(tǒng)供電的正常性。文章主要從“三相不平衡的計(jì)算方法，三相不平衡的危害、三相不平衡的治理的方法、大功率電力電子同步補(bǔ)償器同步轉(zhuǎn)移補(bǔ)償裝置介紹、治理三相不平衡的技術(shù)特點(diǎn) ”等方面探析三相不平衡的相關(guān)問題。希望通過本文本的研究對(duì)三相不平衡問題治理水平的提高有所幫助。

[1]王恒利,付立軍,肖飛,揭貴生,朱威.三相逆變器不平衡負(fù)載條件下雙環(huán)控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù),2013,02:398-404.

[2]曾祥君,胡京瑩,王媛媛,熊婷婷.基于柔性接地技術(shù)的配電網(wǎng)三相不平衡過電壓抑制方法[J/OL].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014(04).

[3]曾祥君,黃明瑋,王文,陳銳,范必雙.配電網(wǎng)三相不平衡過電壓有源抑制方法研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2015,09:61-69.

Research on three phase unbalance problem

Yu Wenpei,Zeng Ruofeng,Wang Guoqing
（Liwan Power Supply of Guangzhou Power Supply Co. Ltd.,510150）

Unbalanced three-phase current (or voltage) amplitude is not consistent in the power system, and the amplitude difference exceeds the specified range.The main reason for the unbalanced three-phase load is the unbalanced three-phase load,which is a fundamental problem.Technical personnel to take effective measures to regulate and control.According to relevant working experience,the author mainly studies the three-phase imbalance problem,for your reference and use for reference.

three phase imbalance;problem

項(xiàng)目：“本論文來源為低壓配電網(wǎng)三相智能調(diào)荷開關(guān)的研究與應(yīng)用項(xiàng)目”