三相不平衡负载（精选9篇）
三相不平衡负载 第1篇
近年来,随着我国城乡经济建设的发展,配电网的电力负荷呈现快速增长的态势。由于城乡低压配电网中普遍采用三相四线制接线方式,存在很多单相负载,电网三相负荷不平衡现象日益突出,导致线路损耗持续增大,电能质量问题日趋严重,严重影响到电网的经济运行效益。因此,通过调节减少三相负载不平衡造成的线路损耗,对于提高电网运行的经济效益,达到降损节能效果具有十分重要的意义。本文针对0.4 kV低压配电网普遍存在的三相负载不平衡现象,分析了三相负载不平衡对线路损耗的影响,提出应用三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡的方法,通过控制相相、相零之间连接的等效电容电感投切,实现三相负载平衡自动调节补偿,并对采用本技术方法研发的自动调节补偿装置运行后的降损节能效果进行对比分析。结果表明,采用相相、相零之间连接等效电容电感投切方法,能较好地自动调节三相负载平衡,降低电网损耗,电网运行的经济效益得到显著提高。
2 三相负载不平衡对线损影响的分析
线损是电网运行中产生的有功功率损耗和电能损失,是用来衡量供电部门技术管理、运行管理、计量管理、用电管理、营销管理水平的综合性经济技术指标,降低线损是供电部门节省能源、提高经济效益的重要手段。
三相四线制接线方式由于单相负载的不均衡性和用电不同时性等原因,不可避免地造成配电变压器的三相不平衡运行。严重的三相不平衡不仅影响电网的安全运行,也是线损增加的主要原因之一。
当三相负载不平衡时,所对应的三相电流也是不平衡的,在配电网线路将产生如下线损。
2.1 中性线电流线损
在三相四线制配电线路中,中性线电流为三相电流的矢量和。当三相负载电流不平衡时,三相电流的矢量和不为零,在中性线回路会产生较大的电流,由于一般中性线电阻比相线大,因此中性线的线路损耗也会很大。
设三相电流幅值分别为IA、IB、IC,对应的无功因数角为θA、θB、θC。中性线电流幅值为I0,电阻为R0,线路功率损耗为P0。根据三相四线制配电线路的运行规则,得:
中性线电流幅值:
据此,得:
中性线线路功率损耗。
由上式,可得:当三相电流平衡时,IA=IB=IC,θA=θB=θC,则I0=0。即,三相电流幅值相等且功率因数相同时,中性线电流等于0,不产生中性线线损。当三相电流不平衡使IA≠IB≠IC,θA=θB=θC时,设IA=IC+iCA,IB=IC+iBC,其中iCA为AC相电流幅值差值,iBC为BC相电流幅值差值。
代入(1)式,整理后得:
由不等式,得:
即,当三相电流不平衡使三相电流幅值不相等且功率因数相同时,中性线电流的平方大于等于其中某一相电流幅值与另两相电流幅值差值的乘积,随着某一相电流幅值与另两相电流幅值差值的增大,中性线线损也随之增大。
当三相电流不平衡使IA≠IB≠IC,θA≠θB≠θC,由式(1)得三角形内角嵌入不等式:
据此,当满足IA:IB:IC=sin(60°+θA-θB):sin(60°+θB-θC):sin(60°+θA-θB)时,,P0=0;当不满足该条件时,。
即,当三相电流不平衡使三相电流幅值不相等且功率因数不相同时,若满足IA:IB:IC=sin(60°+θA-θB):sin(60°+θB-θC):Sin (60°+θC-θA),可维持中性线电流等于0,不产生中性线线损;若不满足该条件时,中性线电流大于0,产生中性线线损。
可见,当三相负载不平衡导致三相电流不平衡时,会产生较大中性线线损。当三相电流平衡或三相电流不平衡但满足条件:IA:IB:IC=sin(60°+θA-θB):sin (60°+θB-θC):sin(60°+θC-θA)时,中性线电流为0,不产生中性线线损。
2.2 线路附加功率损耗
三相四线制供电系统在输送相同的有功功率时,如果三相负载均衡地分配到三相线路,这时三相电流是平衡的,线路功率损耗也最小。而随着三相负载的不均衡输送,三相电流也呈现不平衡,由于线路功率损耗与相电流的平方呈正比增加,因此三相负载不平衡时线路损耗增加很快,三相电流不平衡的线路功率损耗与三相电流平衡时线路功率损耗之差值,就是三相负载不平衡时的线路附加功率损耗。
设IA、IB、IC为三相各自的电流,IZ为总负荷电流,则IZ=IA+IB+IC。RL为相线等值电阻。根据架空配电线路设计技术规程规定,中性线截面可以是相线截面的一半,据此,可设中性线电阻R0是相线电阻RL的2倍。
三相负载平衡时,每相的电流为。得出以下公式。
三相负载平衡时相线总的功率损耗:
三相不平衡时带来的相线附加功率损耗:
三相不平衡时带来的相线附加功率损耗:
可见,三相不平衡的相线附加功率损耗增加与三相电流幅值差值增加的平方相关,IA=-IB、IB-IC、IC-IA变大时,线路附加功率损耗增加很快。
设三相极端不平衡时,某一相承载全部负荷电流IZ,这时,另两相负荷电流为O,中性线电流为IZ,则线路总的功率损耗:
即,同样的三相四线制供电线路,当三相负荷不平衡时,线路功率损耗最大可增加为原来的9倍。
可见,三相四线制供电线路的三相不平衡线路附加功率损耗与三相电流幅值差值增加的平方相关,三相电流幅值差值越大,线路附加功率损耗增加越大。当三相负荷不平衡时,在计入中性线电流线损的情况下,线路功率损耗最大可增加为原来的9倍。
以上分析结果表明,三相负载不平衡时使电能损耗增加,产生很大的线损,因此电力部门要节能降损,必须对三相负载不平衡进行治理。
3 三相负载平衡自动调节补偿解决方案
针对低压配电网三相负载不平衡的现象,国内电力部门大都采用不定期人工切换调整单相负荷的方法,力图使三相负荷在一定时段内大致趋于均衡,这种人工调节三相负荷平衡的方法无法做到实时、快速、准确,已远远不能适应电力部门降损节能的需要。
笔者所在单位在研究国内外电力电子技术发展现状的基础上,应用三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡的方法,研制基于该方法的三相负载平衡自动调节补偿装置并安装运行。装置采用的方法与无功补偿自动投切电容技术相类似,可以应用电力电子技术实现有级与无级相结合平滑自动调节三相负载,避免使用电力负荷开关接通或切除大负荷造成的电网波动,保证用户的安全用电,维持三相四线制供电线路的三相负载动态平衡,达到降低线损,减少能耗及提高电网经济运行效益的效果。
3.1 自动调节补偿方法
三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡方法的基本原理是通过在相与相之间接入不等容量电容进行投切,使重负载所在相的部分有功功率转移到另一相,实现三相负荷的不平衡度调整。
现以AB相间连接容量为QAB的电容为例,说明有功功率相间转移功能,设三相电压幅值相等,各相电压
对于A相方向,相间跨接电容线电压:
线电流超前90°,,分解为与A相电压平行的有功电流分量和与A相电压垂直的无功电流分量,得:
有功电流分量与A相有功电流方向相反,减小了有功功率。减小的有功功率:
无功电流分量超前A相电压方向90°,补偿了A相无功功率。补偿的无功功率:
对于B相方向,相间跨接电容线电压与方向相反,得:
线电流超前90°,得,分解为与B相电压平行的有功电流分量和与B相电压垂直的无功电流分量,得:
有功电流分量与B相有功电流方向相同,增加了有功功率。增加的有功功率:
无功电流分量超前B相电压方向90°,补偿了B相无功功率。补偿的无功功率:
可见,在AB相间跨接的电容容量QAB投入时,可以将有功功率由A相转移到B相,并在AB两相分别补偿无功功率。同样,在BC相间跨接的电容容量QBC投入时,可以将有功功率由B相转移到C相,并在BC两相分别补偿无功功率,在CA相间跨接的电容容量QCA投入时,可以将有功功率由C相转移到A相,并在CA两相分别补偿无功功率。
在三相负载平衡调节需要投入的相间跨接电容容量较大时,由于相间跨接电容在转移有功功率的同时同步补偿两相无功功率,很容易出现无功过补偿。因此,需要在各相零之间接入不等容量的等效电容、电感进行无功因数调整,在无功过补偿时投入相应的等效电感进行反向补偿,使各相无功因数自动调节为接近1。
3.2 自动调节补偿装置
基于三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡的装置主要由微处理器控制模块、电压和电流检测模块、等效电感或电容模块等单元组成,安装在低压配电网三相严重不平衡的支路负荷中心点位置。
微处理器控制模块的主要功能:控制电压和电流检测模块采样所在支路三相电压、电流、功率因数等电网数据,通过专项计量芯片算出相应的有功与无功功率、电流、功率因数等数据,按照使三相有功功率不平衡度和线损最小的优化算法,综合计算确定三相有功功率平衡自动调节补偿方案,控制启动相相连接、相零连接等效电感或电容模块执行相应投切动作。此外,还用于控制管理液晶显示和手动按键设置功能参数。
电压电流检测模块设置3路A/D采样电路和高精度三相四线制计量芯片,可同时采样三相电压电流参数,经专项计量芯片算出相应的有功与无功功率、电流、功率因数等数据,发送给控制模块处理。
等效电感或电容模块按“Y”形接法连接多组分补等效电感或电容,按“△”形接法连接多组相间有功平衡调节等效电感或电容,该模块采用传统TSC (晶闸管投切电容器)与SVG(静止无功发生器)相结合的方式,实现无级三相负载平衡自动调节补偿。SVG利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路,经过电抗器并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流,就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,等效于电感或电容投切,实现无级快速动态精确调节补偿功能。
在采用相间输出感性或容性无功来转移有功功率实现三相负载自动平衡调节和无功补偿时,TSC与SVG相结合的优点是,既可充分利用传统电容补偿的低压成本结构简单的特点,又可以通过SVG快速产生感性和容性无功,达到快速动态精确实现三相负载自动平衡调节补偿的目的。
4 运行效果分析
为了验证采用三相不对称调补电容电感方法自动调节补偿三相负载不平衡的功能,笔者所在单位近期在广州市某区低压配电网多台公变安装试运行三相负载平衡自动调节补偿装置,取得了较好的运行效果。下面是某公变运行实例。
该台区变压器容量为500 kVA,在2#支路距离变压器400 m左右位置安装一台自动调节补偿装置。运行数据引自2015月7月23日晚上21:00左右用电高峰期,21:00分,2#支路自动调节补偿装置启动复位,装置全部等效电感电容切除,处于未投状态。21:05分后,装置检测到三相负荷不平衡,部分等效电感电容自动投入,通过装置自动检测采样回来的见表1、表2。
4.1 三相不平衡率
三相负载不平衡率=(相负荷-平均相负荷)/平均相负荷×100%
三相电流不平衡率=(相电流-平均相电流)/平均相电流×100%
得出:三相负载最大不平衡率投前为51.422%,投后降低为2.131%;三相电流最大不平衡率投前为51.635%,投后降低为2.715%
4.2 中性线线损
按每度电0.61元计算,一年中性线的线路损耗电费=0.61×362.414 866=221.07 (元)。
变压器2#支路安装自动调节补偿装置调节三相负载平衡后,中性线线路损耗电费1年可以节约8 683.96 (元)-221.07 (元)=8 462.89 (元)。
4.3 线路附加功率损耗
运行结果表明,该台区仅2#支路安装1台基于三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡的装置,每年就可减少线路损耗费用14 996.60元,其节能降损的效果非常显著。
5 结语
三相四线制供电系统在三相负载不平衡时,由于线路损耗与电流的平方成正比增加,线路损耗明显增大,产生较大的中性线线损和三相线路附加功率损耗。
采用三相不对称调补电容电感自动调节补偿三相负荷平衡的方法,可以实现有级与无级相结合平滑自动调节三相负载,使三相负载趋于平衡,达到降低线损,减少能耗,提高电网经济效益的效果。
我国城乡0.4 kV三相四线制低压配电网普遍存在三相负载不平衡现象,已成为线路电能损耗居高不下的重要成因,严重影响到电力部门的经济运行效益。随着城乡经济发展和人民生活水平的提高,低压配电网安装变压器的装机容量增长很快。一座中等规模城市的低压配电网按配电变压器装机台数5 000台估算,应用三相负载平衡自动补偿调节技术,每年可节省线路损耗费用超过数千万元,降损节能潜力非常巨大,符合国家倡导的节能减排发展方向,是一种值得研究推广的降损节能技术项目。
参考文献
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浅谈三相负荷不平衡及降低有功损耗 第2篇
【摘要】文章分析了配电网络降低有功损耗的各种技术措施和管理手段。城市经济发展与城市建设的现状，总结了当前配网进行三相不平衡率与降耗节能改造所面临的一些客观困难，由此提出了一些相关建议。
【关键词】；配电网；三相不平衡率与降耗 前言
在低压配变台区中，变压器担负着配电的重要任务，是配变台区的中心枢纽；配变台区的线路网络则为变压器的传输电能的通道。而三相负荷平衡既是衡量低压配变台区线路网络结构合理性的重要依据。配变台区三相负荷能否平衡，不仅关系到变压器供电的可靠性和稳定性及电压合格率，而且关系变压器供电的损耗及线路损耗。
配电变压器三相负荷不平衡时，将会造成配电变压器损耗及线路损耗的增加，还会降低变压器的利用率，还会对系统电压质量有影响，调整低压配变台区负荷平衡从而达到供电可靠性和稳定性，降低有功损耗。一、三相负荷不平衡及线路损耗的原因
通过在对台区负荷测试中发现，部分配变台区存在三相负荷不平衡的情况，及线路损耗经过分析其原因有以下几条：
1、工作人员测量数据存在偏差，同时工作人员责任心不强，负荷搭接时随意性较大，哪里好搭接，就在哪接。没有考虑到负荷的分
配。
2、线路事故故障影响较多。如：变压器缺相运行、低压四线断线等事故故障等。
3、低压配网格局不合理，配网通道受到限制，存在着树线的矛盾。改造投入不彻底。
4、三相四线制用户因零线线径偏小，会因三相负荷不对称而造成烧断零线，进而烧坏用户的用电设备。
5、公用变压器的的工作接地和保护接地桩因年久锈蚀，接地电阻值很多不符合规程要求，会造成中心点偏移，而使三相负荷不平衡。
二、降低三相不平衡及降低有功损耗的技术措施
1、合理调整运行电压。通过调整变压器分接头、在母线上投切电力电容器等手段，在保证电压质量的基础上适度地调整运行电压。合理使用变压器，使配电变压器正常运行以减少变压器缺相运行带来的三相不平衡。
1．1平衡三相负荷。如果三相负荷不平衡，会增加线路、配电变压器的损耗。因此在负荷搭接时，要尽量使负荷分配合理。1．2合理安排检修，提高检修质量。电力网按正常运行方式运行时，一般是既安全又经济，当设备检修时，正常运行方式遭到破坏，使线损增加，使三相不平衡率提高，因此合理科学安排检修也是降低三相不平衡的技术手段之一。
1．3推广应用 新技术、新设备、新材料、新工艺，减少电能损耗的同时降低三相不平衡率。
1．4调整负荷曲线，避免大容量设备在负荷高峰用电，移峰填谷, 提高日负荷率。、降低有功损耗的技术措施
2．1合理装设无功补偿设备，优化电网无功分配，提高功率因数。2．2适当的加大三相四线的零线，使其不会因三相负荷不平衡，造成零线断线而损坏用户的用电设备，从而造成不必要的损失。2．3合理选择导线截面。线路的能量损耗同电阻成正比，增大导线截面可以减少能量损耗。
2.4加强线路维护，主要是定期巡查线路，及时发现、处理线路故障和缺陷，可以减少因线路故障和缺陷引起的停电损失，及时更换不合格的绝缘子，对电力线路沿线的树木进行砍青，使线路通道无障碍。
2．5改造公用变压器接线桩的接线方式：由于公用变压器的性质所决定，负荷变化无常，变压器接线柱及螺栓式设备线夹受温度变化影响大。针对这种情况，应将所有公用变压器的出现导线采用液压式压接鼻，消除了设备线夹受温度影响大的缺陷，接线柱上采用了握手线夹，增大了接线柱的接触面积，有效的避免了变压器接线桩故障的发生，减少了用户停电时间和损失，提高了供电量。
三、降低三相不平衡及降低有功损耗的管理手段
1、定期检查，加强监控，及时掌握台区负荷情况；
2、及时更新配变台区基础资料，其中核算班负责台区更新用户及转接资料，业务口负责台区负荷调整及新装用户图纸完善；
3、制定变压器负荷不平衡的运行管理制度；
4、加强供用电管理，确保变压器负荷平衡；
5、实行线损目标管理。供电公司对下属管理部门实行线损目标管理责任制，签订责任书，开展分所、分压、分线考核，并纳入内部经济责任制，从而调动职工的工作积极性；
四、当前城市配电网络改造的难点
1、负荷密度大，发展速度过快。由于城市经济快速发展，导致各区域用电负荷的迅速增长，从节能降耗的角度来看，这种大密度用电负荷需要更多的出线间隔、更多的线路（电缆）走廊。但受土地资源约束和城镇规划的局限，目前要进一步增加出线间隔和走廊难度极大。这在一定程度上也与负荷超常规发展以至超出城市规划的承受极限有重要的关系。如何解决配电网的空间需求是目前最为头痛的难题。
2、居民用户对电力设施的抵触情绪。电力设施的电磁辐射是一个众说纷纭的问题，目前尚无明确结论，但是广大居民用户因三人成虎的从众心理，对电磁辐射问题存在强烈的恐惧感；加之配电设备的噪音污染、高电压等原因，居民用户更是对配电设备的布点安装持莫大的抵触情绪。致使城市及其乡镇中普遍存在“只要电力不要设备”的现象，供电企业的配网改造和发展阻力极大。
3、节能变压器生产成本高。配电变压器的有功损耗是配电网损耗的重要组成部分，目前，国内已经开发出各种节能型的变压器，主要是显著降低了变压器的空载损耗，但因其造价比传统配电变压器
高出30%-80%，而将健康的高能耗配变更换为节能变压器的经济回收期一般达到20年左右。因此，出于经济成本的考虑，无论是专变用户还是供电企业，要放弃现在尚能运行的s7、s9系列改用s11等系列的配变的主观愿望基本上是没有的。这在很大程度上影响配电变压器节能降耗改造工作的进度。
4、配变无功补偿最佳容量的确定。配变低压无功动态补偿是降低配网有功损耗的有效措施，目前会昌100kva及以上的公用变压器均要求进行动态投切无功补偿。然而无功补偿的分组容量和总容量的确定是一个相对复杂的优化问题，与配变容量、负荷曲线、功率因数等因素密切相关，并涉及到电压水平问题。目前对所有配变均按30%容量左右来配置补偿容量不尽合理，造成部分补偿度不足、部分补偿容量过剩浪费的情况，且电压合格率还有提升空间，另外，无功补偿如何分组未能结合各配变负荷的实际，造成无功补偿效率较低、降损和三相不平衡率效果远达不到理论估算值。
5、电力设施被盗现象猖獗。目前电力电缆偷盗现象时有发生，以380v低压线路为例，只要拉一条较大截面的电缆，短期内就会被盗。由于我公司人员少、线路较长，迫于压力，只好采用截面较小的电缆来减少被盗的可能性，这显然是既不利于节能，又不足于满足负荷的需求，实在是无奈之举。
五、对策和思考
1．加强与政府的沟通和对群众的宣传。通过与政府和群众的沟通宣传，争取得到市政规划和广大群众的密切配合，让百姓减少对电
力设施的顾虑，确保配电网络的顺利进行。
2．与变压器生产企业联手向政府争取政策扶持,促进节能变压器厂家生产成本的下降，推动节能变压器的广泛应用。
3．加强对配网的三相不平衡率及有功降损研究分析，使配网三相不平衡率及有功降损更加合理，确定三相不平衡率及有功降损的优化方案与技术细节，从而获得更大的节能效益和经济效益。
六、结束语
目前城市用电负荷的不断增长，配电网降损和三相不平衡面临不少困难，因此，需根据不同配网实际情况，选择适合本地配网降损及三相不平衡率的综合方案，以取得更高的社会效益和经济效益。【 参考 文献 】
[1]高红英．10kv配电网降损 分析 [j]．电力设备，2008，（3）． [2]韩瑞君，冯晶，王云梅．降低配电网中线损的技术措施[j]．应用能源技术，2002，（5）．
三相不平衡负载 第3篇
关键词：三相UPS; 不平衡负载; 重复控制
中图分类号： TM762 文献标识码：A
输出电压的对称性是衡量三相交流电源性能的一个重要指标,三相输出电压不平衡的抑制对大功率UPS的控制尤为重要.UPS逆变器若采用半桥式结构,在直流母线上的两个串联电容的中点和交流输出的中性点相连,三相可独立控制［1］,但电容在单相负载时必须承受全负载相电流,所需电容量较大,直流电压利用率低.若采用三相四桥臂结构,则具有固有的不平衡消除能力,但开关频率低,限制了调节带宽,也不适用于输入输出隔离的逆变器［2］.对于大功率UPS,应用最多的还是三相四线式结构,在三桥臂逆变器和负载间有隔离变压器,变压器次级绕组的Y0接法给负载不平衡所产生的中线电流提供一个通路,Δ形连接的初级绕组让三相不平衡所产生的零序电流在变压器初级绕组线圈内形成环流［3］.
UPS带平衡负载运行时,基于同步旋转坐标系的PI控制器能使输出电压很好地跟踪参考正弦信号［3-4］,但是这种控制器在不平衡负载下的补偿作用是有限的.为此,文献［5］提出了使用两组PI控制器,一组在同步旋转坐标系下的PI控制器用于正序分量的调节,另一组在反向旋转坐标系下的PI控制器补偿负序分量的影响.这种方法改善了逆变器输出在不平衡线性负载下运行的性能,但对于非线性负载来说起不到很好的谐波抑制作用.文献［6］加入了谐波补偿器,针对5次、7次谐波进行了补偿,在输出电压不平衡和谐波抑制方面都取得了很好的效果.但控制系统复杂,且只能对特定阶次谐波进行补偿.
文中分析了三相UPS输出电压不平衡产生的机理,结合重复控制和PI控制的优点,分别使用两组重复控制与PI复合控制器控制正序和负序电压,有效地抑制了UPS三相输出电压的不平衡和谐波分量,样机验证了理论分析结果的有效性.
4 结论
输出电压不平衡的抑制是三相大功率UPS电源控制的关键技术.本文对在不平衡负载和非线性负载情况下的UPS三相输出电压的不平衡的机理进行了分析.结合重复控制和PI控制的优点,分别使用了两组基于同步旋转坐标系的重复控制+PI复合控制器对正序和负序电压分量进行控制,基本消除了负序分量,有效地抑制了零序分量,对三相输出不平衡起到了良好的抑制作用,并能有效地抑制非线性负载导致的谐波分量.与企业合作,实现了大功率UPS的产业化.样机实验结果表明了基于复合控制的方案在非线性和不平衡负载的情况下,具有良好的对输出不平衡和谐波的抑制能力.
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三相不平衡负载 第4篇
目前电力系统中存在着大量的不对称负荷,大功率单相负载、电气化铁路牵引供电、配电网三相负荷不平衡等使得电力系统三相负荷不平衡[1,2,3],对电力系统的安全运行以及电能质量造成很大的影响。
对于系统电压平衡情况下不平衡负荷的补偿方法已有较多研究。文献[4,5]首先提出Steinmetz电纳平衡补偿理论,指出在三相三线系统电压平衡情况下任意不平衡负荷可以通过纯无源网络补偿成为三相对称且为单位功率因数的平衡负载,并提出通过实时采样的电压、电流数据计算补偿电纳的方法。Steinmetz电纳平衡补偿理论是静止无功补偿器(SVC)不平衡负荷补偿的理论基础,文献[6,7,8]在此基础上提出工程化实现方法。
基于可关断器件的静止同步补偿器(STAT-COM)[9,10]在动态响应速度及补偿性能上相比SVC有更大的优势[11,12],在电力系统中链式STATCOM已有了广泛的应用。对于不平衡负荷补偿情况,文献[13,14,15,16]提出星接STATCOM通过零序电压注入平衡三相有功功率的控制方法,但是该方法负序补偿能力十分有限,在系统电压不对称情况下难以实现且零序分量的计算方法十分复杂。文献[17]讨论了非理想系统电压下星接STATCOM各相功率分布情况,通过调节三相电容功率平衡间接实现不平衡补偿,系统补偿能力有限且响应速度慢。
文献[18,19,20]基于Steinmetz电纳平衡补偿理论提出三角接STATCOM通过三相链结角内环流平衡三相有功功率的控制方法,为不平衡负荷的补偿提供了新的思路。文献[21,22]对电纳平衡方法在不对称电压条件下的修正进行了讨论,但其理论推导并不完整,不能在非理想电压下有效补偿。
文献[23]分析了非理想电压下Steinmetz电纳平衡补偿理论存在的问题,指出在该系统电压情况下Steinmetz理论不再适用,提出了采用电网电流闭环补偿的控制方法对补偿电流进行修正,应用三角接STATCOM实现非理想电压下的不对称负载补偿,但该方法在动态响应特性和系统稳定性上存在不足。
本文充分扩展了Steinmetz电纳平衡补偿理论,分析非理想电压下不平衡负载补偿原理,针对单位功率因数和正序对称不同补偿目标给出补偿无功指令的详细计算方法,使SVC及三角接链式STATCOM可以有效应用于非理想系统电压下不平衡负荷的补偿,所提方法为开环控制,系统动态响应速度快,稳定性高。最后本文通过PSCAD/EMTDC仿真算例及现场试验进一步验证了所提理论的正确性。
1 Steinmetz电纳平衡补偿理论
系统电压对称情况下,任意三相负载都可以表示为三角接的导纳形式,如图1(a)所示,三相负载导纳各不相同,分别表示为Ylab、Ylbc、Ylca。
其中,k=ab,bc,ca;Glk、Blk分别为电导和电纳。
根据Steinmetz电纳平衡补偿理论,首先,如图1(b)所示在各相负载上并联无功补偿,得到纯电阻形式的负载,如图1(c)所示。
其次,考虑如图1(d)所示单相纯电阻负载的平衡补偿,如图1(e)所示在另外两相分别加入电容和电感,其中bc之间加入电容,ca之间加入电感:
在正序对称系统电压下,图1(e)即可等效成为图1(f)所示正序对称的星接纯有功负载。
最后,分别对图1(c)三相负载平衡化,即可得到三相对称的星接纯有功负载。
2 非理想电压下Steinmetz理论
非理想系统电压包含正序电压和负序电压,第1节所述Steinmetz电纳平衡补偿理论成立的前提为系统电压对称,即为正序电压情况,其单相有功负载补偿矢量图如图2(a)所示,其中IR为电阻电流,Irbc和Irca为无功补偿电流,通过矢量合成得到对称正序有功相电流Ia、Ib、Ic。当系统电压为负序时,如图2(b)所示,同样的补偿电流作用下,矢量合成后相电流依然不对称。
非理想系统电压可以分解为正序电压与负序电压的矢量叠加,由线性系统叠加原理可知,相间无功补偿电流是正、负序电压分别作用在补偿电纳上产生电流的矢量和,因此可知补偿后的相电流Ia、Ib、Ic依然不对称。
通过以上分析可以得到3个结论:
a.实现单相纯阻性负载的平衡补偿即可解决任意三相不平衡负荷的平衡补偿;
b.理想Steinmetz补偿理论通过在另外两相间加入等效电纳解决单相纯阻性负载的平衡补偿,当系统电压不对称时Steinmetz补偿无法达到平衡化效果;
c.非理想电压下无法仅通过无功补偿将任意不平衡负载补偿为正序对称且为单位功率因数。
3 非理想电压下平衡补偿原理
电力系统中系统电压存在着一定的不对称,系统出现异常情况时不对称情况将更加显著,非理想电压下不平衡负荷的补偿十分必要。
本文着重研究非理想电压下单相纯阻性负载的平衡补偿方法,理想Steinmetz理论的补偿电纳加在了没有负载的两相间上,本文在三相相间同时加入等效电纳补偿实现单相纯电阻负载的补偿,补偿后三相相电流可以为单位功率因数或正序对称,通过推导可以发现,理想Steinmetz理论是本文得出结论的一个特例。
3.1 单位功率因数补偿
考虑中性点不接地的非理想电压系统如图3所示,系统线电压Uab、Ubc、Uca构成矢量三角形ABC,ab相间为纯电阻负载,负载电流为IR,bc、ca相间断路。
本文提出单位功率因数补偿方法,首先在ab相间加入无功电流Irab,使得负载线电流由原来的IR变为Iab,然后分别在bc、ca相间加入无功补偿电流Irbc和Irca,调节Irab的幅值和方向,使得补偿后三相相电流Ia、Ib、Ic分别与三相电压矢量同相,即负载电流功率因数为1,图3中O点为△ABC的重心,本文考虑系统相电压无零序分量,根据矢量合成可知OA、OB、OC分别代表系统三相相电压矢量方向。
根据图3中矢量关系,可以推得三相无功补偿电流的幅值和方向。根据正弦定理,可以得到:
在△OEH、△OPQ、△OFG和△ODE中,根据正弦定理及三角关系可得:
将式(3)、(4)代入式(5)求解可得:
由以上分析可知:
a.非理想电压下单相相间纯电阻负载可以通过在三相相间加入式(7)中计算得到的纯无功电流补偿,补偿后三相负载电流功率因数为1;
b.Irbc为容性无功电流,Irca为感性无功电流,Irab无功性质取决于非理想电压的不平衡度,图3中Irab为容性无功电流,当式(6)中tanδ为负数时Irab为感性无功电流;
c.补偿后的系统三相相电流幅值并不相同,但其方向与对应相电压同相;
d.当系统电压正序对称时,由式(7)可得式(8)。
式(8)与式(2)的结论相同,即单位功率因数补偿在系统电压为正序对称情况时退化为理想Steinmetz平衡补偿。
3.2 正序对称补偿
如图4所示,系统电压和负载情况与3.1节相同,图4中O点为△ABC的垂心,各相间无功补偿电流分别与对应线电压垂直,本文提出正序对称补偿矢量作图方法如下。
a.在原负载电流IR上加入无功电流Irab,使得△OHE中OH=HE,其中EH与Uca垂直,OH与Ubc垂直,分别为ca、bc相间无功电流的方向,同时得到其全等△OPQ,OP为OE的反向延长线。
b.作OM、OJ分别与OE、OP成30°,得到PJ为bc支路无功补偿电流Irbc,ME为ac支路无功补偿电流Irca,且|Irca=Irbc|。通过矢量合成可得OM为补偿后a相电流Ia,OJ为补偿后b相电流Ib,OF为补偿后c相电流Ic,且|Ia|=|Ib|。
c.由△OHE可得:
△OME中根据正弦定理可得:
由此可知,|Ia|=|Ib|=|Ic|,根据图中角度关系可知Ia、Ib、Ic互差120°,即补偿后系统三相电流为正序对称。
根据图中矢量关系,可以推得三相无功补偿电流。由△OET可得:
△EHT中根据正弦定理可得:
△ODT为直角三角形,可得:
由此可得OH、EH和HT,再由△ODE和△OME可得:
补偿后三相相电流幅值为:
由以上分析可知:
a.非理想电压下单相相间纯电阻负载可以通过在三相相间加入式(14)计算得到的纯无功电流进行补偿,补偿后三相负载电流正序对称;
b.Irbc为容性无功电流,Irca为感性无功电流,Irab无功性质取决于非理想电压的不平衡度,图4中Irab为容性无功电流,当式(14)中tan(∠A+∠C/2)为负时Irab为感性无功电流;
c.补偿后三相负载电流的幅值与系统电压不对称度有关;
d.当系统电压正序对称时,由式(14)可得式(16)。
式(16)与式(2)结论相同,即正序对称补偿在系统电压正序对称情况时退化为Steinmetz平衡补偿。
3.3 小结
根据3.1及3.2节的理论推导和分析可以得到以下结论:
a.非理想电压下,对于任意单相相间纯电阻负载可以通过本文提出的2种补偿方式达到三相负载电流功率因数为1或正序对称;
b.可以注意到,无论单位功率因数补偿还是正序对称补偿,当三相电压为理想情况时,式(7)和式(14)都可以简化为与Steinmetz电纳平衡补偿理论相同的结论;
c.本文提出的补偿理论通过在三相相间都注入无功补偿电流达到了在系统电压任意的情况下补偿方案,相对Steinmetz电纳平衡理论增加了一个自由度,解决了非理想电压下的补偿问题,是对Steinmetz电纳平衡理论的扩充和完善;
d.在系统电压不平衡工况下,仅通过纯无功补偿不能将系统电流补偿为理想电源下正序对称三相电流,因此本文提出2种补偿方案,其中正序对称补偿适用于负载不平衡严重的工况,可以将系统电流补偿为三相正序对称,有效解决负载不平衡对系统造成的线路损耗及功率不平衡情况,而单位功率因数补偿适用于对功率因数指标敏感的工况,可以将系统补偿为单位功率因数状态,有效改善功率因数低下造成的系统损耗。
4 实施方案
以具有优良不对称补偿功能的三角接STAT-COM为例,本文提出的非理想电压下不平衡负载的补偿方案实现流程如图5所示,其中ila、ilb、ilc为三相负载电流瞬时值,uab、ubc、uca为三相线电压瞬时值,Gab、Gbc、Gca为三相负载有功分量,iQab、iQbc、iQca为无功负载电流分量,iRab、iRbc、iRca为有功负载电流分量,u+ab、u+bc、u+ca为系统电压正序分量,uab、ubc、uca为系统电压负序分量。
不平衡补偿实现过程主要分以下3个部分。
(1)电压正负序分离及锁相。
通过正序、负序同步旋转坐标变换,对三相电压进行正负序分离和锁相,得到相应的三相线电压幅值和相角,三相线电压矢量分别为Uabrms∠φ1、Ubcrms∠φ2、Ucarms∠φ3。
(2)负载有功电流分量提取。
实时采样三相负载电流ila、ilb、ilc,将星接三相相电流转化为三相线电流。角接三相负载相间存在同相环流,但是环流不影响负载的相电流特性,同时对于本文的补偿方法,环流的存在并不影响补偿电流的计算结果,因此可以认为等效角接三相负载的环流为0,得到三相相间负载线电流:
由此得到的电流中包含负载的有功、无功分量,也包含谐波分量,为应用本文提出的平衡补偿算法,需对电流中的有功分量进行提取。采用积分运算可以有效消除负载电流中谐波分量的影响,同时平抑负荷的快速波动,本文采用积分运算进行分相有功电流提取:
其中,T为基波周期。负载电流中剩余部分iQab、iQbc、iQca即为无功及谐波成分,可以作为无功及谐波补偿电流指令。
(3)不平衡补偿指令电流计算。
iRab、iRbc、iRca分别对应三相相间有功电流分量。根据第3节提出的平衡补偿方法,对3个有功线电流可以以单位功率因数或正序对称为补偿目标,分别计算补偿所需的无功电流,三者合成得到补偿指令irab、irbc、irca,三角接STATCOM根据无功补偿指令可以对负荷不平衡进行有效补偿。
由图5中所示不平衡补偿控制系统分析其动态性能可知,本文提出的非理想电压平衡补偿控制方法是开环系统,由系统电压及负载电流直接计算补偿电流指令,消除了闭环控制系统可能出现的稳定性问题并极大地提高了系统响应速度。控制过程中的主要延迟来自于系统三相电压锁相和负载有功电流分量提取,延迟时间小于10 ms,满足大部分系统补偿应用情况。
5 仿真验证及实验
基于PSCAD/EMTDC仿真对本文提出的补偿方案进行验证。非理想系统电压源电压矢量(单位k V)为Uab=14.14 ej0°、Ubc=10.64 e-j115°、Uca=13.64 ej135°,由此可得系统三相相电压分别为Ua=8.55e-j 22.1°、Ub=7.01e-j152.6°、Uc=6.65e-j104.9°,如图6所示。其中,正序线电压幅值8.96 k V,负序线电压幅值1.50 k V,三相不平衡。
5.1 单相负荷平衡补偿
考虑单相负载,ab相间接入负荷,bc、ca相间开路,三相负载电流矢量(单位k A)为Ia=14.14ej0°、Ib=14.14ej180°、Ic=0,如图7所示。
针对此非理想电压系统及负载情况,根据本文提出的单位功率因数补偿理论,由式(7)和式(14)可以分别计算得到补偿电流指令如表1、2所示。
单位功率因数补偿后,系统相电压电流波形如图8所示,与图6和图7相比可以看到三相相电流电压分别同相,三相电流的有效值分别为0.727 k A、0.593 k A、0.567 k A。正序对称补偿后系统相电流波形及其与相电压相位关系分别如图9、图10所示,可以看到,补偿后三相电流幅值均为0.64 k A且相角互差120°,但各相电压与电流不再是同相位,由此可见本文提出的平衡补偿在单相负载补偿中有效。
5.2 三相负荷平衡补偿
考虑与5.1节相同的系统电压情况,在ab、bc、ca相间分别接入不同负荷,三相负载电流矢量(单位k A)为Ila=0.685e-j28°、Ilb=0.700e-j136.5°、Ilc=0.809ej96.84°,如图11所示。
针对此非理想电压系统及负载情况,根据本文提出的单位功率因数补偿理论,由式(7)和式(14)可以分别计算得到补偿电流指令如表3、4所示,其中正值代表发出容性无功,负值代表发出感性无功。
单位功率因数补偿后,系统三相电压、电流波形如图12所示,三角接STATCOM补偿电压、电流波形如图13所示,经过纯无功补偿,系统三相相电流、电压分别同相位,功率因数为1。正序对称补偿后,系统三相电压、电流波形如图14所示,三角接STATCOM补偿电压、电流波形如图15所示,可见补偿后三相电流幅值均为0.508 k A且呈正序,相角互差120°。因此由单相负载和三相不平衡负载2种情况的补偿结果可以验证本文提出理论的正确性。
5.3 现场试验
将本文提出的非理想电压下不平衡负载补偿理论用于某钢厂110 t大型交流电弧炉电能质量治理。现场电网系统及三角接直挂STATCOM一次接线如图16所示。装置参数如下:电网电压为35 k V,变压器容量为130 MV·A,三角接STATCOM容量为±40 Mvar,固定电容补偿容量为40 Mvar,连接电抗为15 m H×2,级联连接数为36×3相。现场实测波形如图17—19所示。
电弧炉冶炼过程中负荷波动剧烈,三相显著不平衡,如图18所示系统电压不平衡度达到5%左右。系统电压不平衡主要由不平衡负荷导致,投入补偿后系统电压不平衡度有所降低,但依然在2%左右,在补偿计算中需要进行考虑。不平衡补偿前后系统电流正、负序分量含量如图19所示,可以看到,在补偿投入后系统电流中的负序分量显著减少,有效抑制三相不平衡。瞬时电流波形如图17所示,可以看到负荷显著不平衡且有较快变化,经补偿后系统电流达到平衡,进一步验证本文提出方法的有效性。
6 结论
本文在Steinmetz电纳平衡补偿理论基础上讨论了系统电压非理想情况下不平衡负载的补偿问题,得到以下结论。
a.相对于Steinmetz电纳平衡理论,本文提出的补偿方法增加了一个自由度,即在三相相间分别注入无功补偿电流,实现了非理想电压下不对称负载的补偿。
b.非理想电压情况下通过纯无功补偿可以将任意不对称负载补偿为单位功率因数负载或正序对称负载形式,针对这2种补偿方案本文给出详细的理论推导及补偿电流指令的计算方法。
c.当系统电压为理想电压时,本文提出单位功率因数补偿和正序对称补偿方案均退化为Steinmetz电纳平衡理论,因此可以认为本文提出的补偿理论是对Steinmetz电纳平衡理论的扩展。
解决三相负荷不平衡的措施 第5篇
(1) 重视低压配电网的规划工作, 加强与政府规划等部门的工作沟通, 避免配电网建设无序。在配电网建设和改造当中对低压台区进行合理的分区分片供电, 配变布点尽量接近负荷中心, 避免扇型供电和迂回供电, 配电网络的建设要遵循“小容量、多布点、短半径”的配变选址原则。
(2) 在低压三相四线制供电的地区, 要积极争取对有条件的配电台区采用3芯或者4芯电缆或者用低压集束导线供电至用户端, 这样可以在低压线路施工中最大程度地避免三相负荷出现偏相的出现, 同时要做好低压装表工作, 单相电表在A、B、C三相的分布尽量均匀, 避免出现单相电只挂接在一相或者两相上, 在线路末端造成负荷偏相。
(3) 低压配电网中零线采用多点接地, 降低零线电能损耗。由于三相负荷的分布不平衡, 导致了零线出现电流, 按照规程要求零线电流不得超过相线电流的25%, 在实际运行当中, 零线电流过大也会造成一定的电能损耗, 所以在低压配电网零线采用多点接地, 降低零线电能损耗, 避免因为负荷不平衡出现零线电流产生的电压严重危及人身安全, 而且通过多点接地, 降低因为发热等原因造成的零线断股断线问题。
(4) 在单相负荷比重大的供电地区积极推广单相变供电。农村地区存在着人均用电量小, 居住分散, 供电线路长等问题, 对这些地区可以考虑采用单相变压器供电的方式, 以达到减少损耗和建设资金的目的。目前单相变压器损耗比同容量三相变压器减少15%~20%, 有的厂家生产的单相变在低压侧可以引出380V和220V两种电压等级, 同时在一些地区也已开展利用多台单相变向三相负荷供电的试点, 为使用单相变供电提供了更加广阔的空间。
三相供电不平衡分析与应对 第6篇
(1) 三相供电不平衡会降低配电变压器输出功率, 影响其出力, 严重三相供电不平衡在供电高峰期时会烧坏配电变压器。
(2) 三相供电不平衡会造成中性线电流增大, 电压中性点位移, 出现台区低电压, 引起计量不准, 线损增大, 而且有可能发生断中性线故障, 烧坏家用电器。
(3) 三相供电不平衡会引起剩余电流动作保护器误动。剩余电流动作保护器检测的剩余电流数据是三相漏电相量和, 三相供电严重不平衡, 会导致剩余电流动作保护器误动。
(4) 三相供电不平衡, 引起电动机启动困难, 降低电动机转速, 影响其输出功率, 严重时会烧坏电动机。
2 引起三相供电不平衡的原因
(1) 现场把关不严, 工程验收不到位。农网改造升级, 由于供电企业人员有限, 存在未经考试合格、业务技能欠缺的人员进入农网改造施工队伍的现象。某些施工队只重时效不重质量, 在接接户线时因担心接错中性线造成烧坏家用电器, 引起纠纷和赔偿, 将用户接户线一般都搭在中间两根线上 (因为中性线总在中间两根线上任意一根) 。而施工把关人员睁一只眼, 闭一只眼, 留下隐患。在有些地方工程验收流于形式, 况且三相供电是否平衡, 并未列入验收项目。
(2) 业扩搭线随意性较大。农网线路设计中性线一般在中间, 所以在装表接电时一般都接在线路中间两根导线上, 或者为图方便接在距用户最近的相线上, 引起三相供电不平衡。
(3) 农村电网点多、面广、线长、用户分散, 且用户用电存在季节性、时段性强的特点, 使得农村三相负荷平衡的可能性更低。
3 应对措施
(1) 施工人员务必持证上岗, 按图施工, 搭接接户线应依次错开, 尽量避免集中于某一相造成单相供电。三相平衡度应列入验收项目, 以求在源头上控制三相供电平衡。
(2) 装表接电相关人员应及时与台区管理员沟通, 及时了解三相负荷情况, 均衡分配各相负荷, 杜绝习惯性接中间相或就近接线的陋习。
(3) 及时调整三相负荷。由于农村供电负荷季节性强, 建议在每年7月、11月初进行调整。因为峰值供电时, 若三相供电严重不平衡, 就会带来很多问题, 特别是线损异常增大。笔者在工作实践中总结出了电压、电流调整法, 操作方便, 效果好, 具体做法如下。
电压调整。即在台区供电末端开始, 用一只数字钳形万用表, 插好测试线, 把万用表拨到合适的交流电压挡。正确着装登杆, 并由专人监护, 用黑探针接触中性线, 用红探针逐相测试其电压。从低电压相移部分负荷至高电压相, 力求每一基电杆电压基本持平, 依次从负荷侧向供电侧逐步推进。
电流调整。以电压为基准测试调整后, 再用钳形万用表电流挡从变压器低压侧母线上复查三相供电电流是否平衡, 中性线电流是否过大, 如果未达到预期效果, 则在就近线路修正。已调整的台区在集抄系统中跟踪几天, 以验证效果。
三相不平衡运行的危害与解决 第7篇
三相不平衡是指在电力系统运行中三个相序的电压、电流幅值不同, 或者相序互相相差不为120°。目前, 三相不平衡有两种, 一种是事故性三相不平衡, 另一种是正常性三相不平衡。事故性不平衡是由系统的一些故障造成的, 比如两相相间断路, 三相短路或者单相接地短路等。然而, 电力系统运行过程中, 正常性的三相不平衡是十分普遍的, 只是没有超出限定值。
电力系统中导致三相运行不平衡问题产生的原因有供电环节的不平衡和用电环节的不平衡, 其中用电环节的不平衡是主要的原因也是十分难以解决的。电机、变压器等设备的设计和制造都建立在三相致良好对称性的基础之上, 同时也具有很好的对称平衡性。然而, 位于用电环节的三相间各个负荷的不平衡往往是造成供电线路不平衡的主要原因, 即三相负荷的不平衡。当各相序的阻抗和导纳分别不相等时, 称线路就处于不平衡运行状态。
2 三相不平衡的危害
2.1 增加了线路损耗
电流通过导线时, 由于导线的阻抗作用, 致使一小部分电能在导线上损耗掉, 然而三相负荷的不平衡会增加线路的损耗, 分析如下:
设每根导线的电阻值为R, 总的负荷电流为I, 功率因数为1, 若采用单相式线路供电时, 线路的功率损耗为
若采用二相式供电线路, 则每相线路上的电流变为之前的一半, 其功率损耗为
若采用三相式供电, 每相的导线电流变为原来的1/3, 此时线路上的功率损耗为
1) 式除以2) 式得:△P1/△P2=2.67倍
1) 式除以3) 式得:△P1/△P3=6倍
经过以上的分析可以得出, 线损受三相负荷不平衡的影响甚大, 线损则会增加数倍, 且线损会随着不平衡度的增加而增大。
2.2 对电力变压器的影响
理论上, 变压器应该工作在三相平衡状态, 但是有于现实生活和生产过程中, 供配电网中的负载众多, 运行状态复杂, 存在很多单相负载。当三相负载不平衡时, 变压器的三相就会工作在不对称状态, 导致了变压器空载和负载损耗的增大, 不利于变压器的经济运行。由于三相电压不平衡的供电会造成供电质量的急剧下降, 甚至会影响对电能的有效利用, 造成电能的损失。
变压器最大处力按变压器三相中负荷最大的一相来计算, 且不能超过额定负荷受每相额定容量限制。三相负荷不平衡时, 其最大出力必定会受到限制, 而负荷量小的那一相则会轻载运行, 变压器的过载能力和效率都会随之降低。而变压器出力降低程度与平衡度成正比。三相不平衡度越明显, 变压器出力降低的幅度也就越大。
三相不平衡运行会在变压器的低压侧产生零序电流, 在零序电流的作用下, 铁心中会产生零序磁通, 而这些磁通产生的电流会在变压器的局部通过, 造成局部发热, 升高了变压器的运行温度, 使变压器变压器使用寿命缩短, 导致内部绝缘老化加快, 更为严重的情况会烧毁变压器。
2.3 降低了电动机等设备的效率
不平衡电压可以分为正序、零序、负序三个分量, 若将这三个分量同时连接到电机的输入端, 虽负序分量产生的旋转磁场远小于正序旋转磁场, 但是由于正序电压产生的旋转磁场与负序电压产生的旋转磁场相反, 零序分量的存在对电机的旋转起到制动作用, 制动作用的影响减少了电动机的输出功率, 从而导致电动机效率降低。另一方面, 随三相电压的不平衡度的增大电动机的温升和无功损耗也将升高。三相不平衡的运行会加速设备部件更换频率, 导致用电设备使用寿命缩短, 增加设备维护的成本, 不利于设备的经济运行。
此外, 三相负荷不平衡造成三相漏电电流不平衡, 则合成漏电电流越大, 甚至使保护器动作。农村低压电网线路漏电现象依然客观存在, 如果三相负荷不平衡程度较大, 就会有明显的灵敏相不灵敏相, 在灵敏相上稍有漏电, 即达到动作电流值, 保护器就会动作。而在不灵敏相, 保护器则有可能会拒动等等。
3 三相负荷不平衡的解决措施
电力部门在面对三相不平衡的问题时要根据不同原因和不同实际情况做出有效的解决方法及措施, 目前采取的一些常用解决措施如下:
1) 在对供、配电网的规划和建设过程中, 应将不对称的负荷分散接在不同的配电网, 以避免不平衡负荷的集中连接而造成不平衡度严重超标的问题。
2) 在供电线路的连接过程中, 可以使用交叉换相等的办法合理的分配负荷在每相的占用量, 尽量使分配均匀化, 负荷平衡化。
3) 加大负荷接入点的短路容量, 如通过提高供电电压级别来提高系统承受不平衡负荷的能力。
4) 装设平衡装置。对于三相不平衡电流, 电力部门除了尽量合理地分配负荷之外, 还可以装设调整不平衡电流的无功补偿装置, 该装置具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。
参考文献
[1]张立琴, 贺洁.三相不平衡的危害及解决措施[J].技术与市场, 2009.
[2]丁仁杰, 刘健等.一种基于瞬时无功功率理论的SVC控制方法[J].电工技术学报, 2006.
[3]李鑫, 曾光等.基于瞬时无功理论的SVC无功电流检测方法[J].电力电子技术, 2006.
中压配电线路三相电流不平衡保护 第8篇
某日,在青云35kV变电站10kV青和线某段线路停电操作过程中,操作地点杆塔A相和变电站另一条10kV线路青齐线B相发生了同时接地故障,最后不幸造成停电操作入触电死亡,事故原因分析如图1所示。当青和线A相和青齐线B相同时接地时,故障电流If从变电站A相母线流出,经青和线A相故障接地点F1流入大地,再从青齐线B相故障接地点F2流出,回到变电站B相母线形成闭合回路。青云站过电流保护(Ⅲ段)定值分别为180A(青和线)和195A(青齐线),接地前青和线负荷电流为26A,接地后青和线A相电流升至125A。由于青和线故障点F1处混凝土电杆接地电阻较大,加上B相未装设电流互感器,使这两条线路接地相故障电流都未达到过流保护定值,导致变电站内两条线路的开关均未动作。事故分析报告显示,两相接地时青和线故障点F1处混凝土电杆对地电压达4 000V以上,这样高的对地电压无疑会对接触者及接近者的人身安全造成极大威胁。
2 增设三相电流不平衡保护的必要性
由事故分析可以确定,青云站10kV线路电流保护是不完善的,保护范围存在死区。如果设置了线路三相电流不平衡保护(以下简称电流不平衡保护),站内青和线断路器就能跳开,这起事故就可以避免。然而,我国中压配电线路普遍没有采用电流不平衡保护。
为了提高供电可靠性,目前我国中压配电线路普遍采用小电流接地方式,即中性点不接地或经消弧线圈接地。按照有关规程规定,中压配电线路发生单相接地后,由于不影响对用户的供电,因此仍可继续运行2h。而中压配电线路遍布城乡各个角落,很多杆塔位于人群密集区域,线路一旦发生单相金属性接地,非接地相对地电压就会升到原来的倍,这对非接地相对地绝缘是个严重考验,在绝缘相对薄弱处很容易再次发生异相接地事故,造成类似触电事故。可见,同一个系统中的中压配电线路发生异相接地故障时,为了有效地保障人身、电网和设备安全,变电站线路断路器应及时动作,从而尽快解除危险状态。因此,设置电流不平衡保护是必要的,具有积极的现实意义。
3 电流不平衡保护的实现方法
相较于传统的电磁式继电器电流保护装置,微机电流保护装置优势明显。目前,各地中压配电线路微机保护越来越普遍,最终会完全取代电磁式继电器电流保护。另外,在微机电流保护装置中增设电流不平衡保护,只需在主程序中插入一段子程序即可,不需要增加任何硬件。因此,现阶段应首先完善线路微机电流保护装置,增加电流不平衡保护功能。
电流不平衡保护子程序框图如图2所示,为了消除多次短暂两相接地故障时的时间累加,计数定时器应具有超时复位功能。
3.1 动作条件及整定
电流不平衡保护动作条件为:Iunb,max>Iset,且T>Tset。其中,Iunb,max为线路最大不平衡电流,取自|Ia-Ib|、|Ib-Ic|、|Ic-Ia|中的最大值;Iset为电流设定值;Tset为时间设定值。同时满足上述条件时,不平衡保护就会启动出口跳闸。
根据中压配线线路杆塔情况及接地状况,Iset一次值一般可取为50A。当异相接地电阻较小、线路不平衡电流较大时,常规过流保护也会动作,为了使常规过流保护具有优先权,不平衡保护时限T应比常规过流保护时限大一个级差。此外,为了实现选择性,上下级时限也要按常规要求进行配合。
3.2 关于零序电流保护
现行主流线路微机保护装置中,普遍设有零序电流保护,但不能用零序电流保护代替电流不平衡保护。线路异相接地有两种情况:一种是不同线路异相接地;另一种是同一条线路异相接地。前一种类型如图1所示,很明显,无论用零序电流互感器方式还是保护装置自产方式,青和线或青齐线都会检出很大的零序电流,这种接地故障可以用零序电流保护来解除。后一种类型如图3所示,可以看出,无论用零序电流互感器方式还是保护装置自产方式,两条线路都无法检出较大的零序电流,因此这种接地故障就不能用零序电流保护来解除了。
4 结束语
快速调整台区三相负荷不平衡的方法 第9篇
1 改进措施
按照以往常规三相负荷调整的方法, 首先在台区配电变压器综合配电箱中, 通过三相负荷计算, 将某相部分负荷向另一相转移, 如果在综合箱内就可以将三相负荷调整均匀, 则不需要再往下进行。但实际调整中, 并不能如此快速实现, 由于每根相线所带用户较多, 往往只能大致调整, 而需要检修人员在电杆下引线上进行进一步调整, 如果一基电杆无法调整至平衡, 则需要继续在下一基电杆上调整, 直至三相负荷不平衡率达到要求为止。这种方法需要检修人员多次上下电杆, 既增加了检修人员的安全隐患, 又无法提升工作效率, 往往一条线路三相不平衡故障需要花费检修人员一天的时间, 同时还需要台区停电, 影响农村居民正常生活用电, 引起客户投诉等不良影响。
而通过在台区计量表箱入口处安装手动相位转换开关 (见图1) , 对三相负荷任意快速转换, 来实现快速调整三相负荷平衡的目的, 在实际应用中取得了良好效果。
如图1所示, 如果在台区每个计量表箱入口处安装一台手动相位转换开关, 同样上述问题, 当在综合配电箱中无法调整平衡时, 可以直接在电杆下引线的计量表箱通过相位转换开关带电进行L1相至L3相的负荷转移。如果一只表箱无法调整至平衡时, 只需要依次对计量表箱进行相位转换即可, 最终实现整个台区配电变压器的三相负荷平衡。
2 优点
(1) 操作简便, 可以不定时地调整三相负荷平衡。
(2) 人员安全系数高, 避免了检修人员登杆作业。
(3) 减少停电时间和次数, 可以在带电状态下进行调整。
3 注意事项
(1) 手动相位转换开关应用的前提条件是必须将线路中三相全部引入计量表箱, 目前部分台区计量表箱为单相引线, 所以必须及时引入三相四线制线路。
(2) 手动相位转换开关在带电转换时为避免发生相间短路故障, 应选用大容量转换开关或加装灭弧罩的转换开关。
对于用电客户较多、用电负荷较大的台区, 可根据实际选择部分表箱安装手动相位转换开关, 而不需要在每个表箱中都安装, 一般一个台区安装5—10个手动相位转换开关即可实现三相负荷的调整工作。
4 实例分析
2015年2月, 晋城供电公司采用该方法对所辖凤和供电所一台区进行了三相负荷调整, 并将调整前后的数据进行了分析对比, 结果如下。
调整前, 2月9日19时, 三相电流分别为IU=80.4A, IV=205.4 A, IW=231.7 A, IN=91 A, 三相不平衡率为65.51%。该台区配电变压器容量为315 k VA, 导线采用JKLYJ-1-120型, 线路长度500 m (查表并计算得到20℃时导线电阻R为0.13Ω) 。
调整前线路损失
调整后, 2月14日18时30分, 三相电流分别为IU=142.7 A, IV=160.8 A, IW=201 A, IN=17 A, 三相不平衡率为29%。
调整后线路损失
按每月30天计算, 该台区单月少损失电能量