浅析三相不平衡的产生、危害及治理方法

返回列表来源：领步电能质量发布时间：2017-04-10分享加入收藏关注：-

           在发电、变电、配电、用电过程中会存在大量电能质量相关的问题，谐波问题、无功补偿问题、零线电流过大问题及三相不平衡等问题。那么常常提及的三相不平衡是如何定义的呢？它是如何产生会造成什么危害，又需要如何治理呢？今天就这些问题进行全面的分析，让我们来认真了解一下三相不平衡。

            一、三相不平衡是什么？

           三相不平衡：是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。三相不平衡是电能质量的一个重要指标，虽然影响电力系统的因素有很多，但正常性不平衡的情况大多是因为三相云件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的，所以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。不仅如此，其对供电点上的电动机也会造成不利的影响，危害电动机的正常运行。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。
           其次我们需要引入一个概念：三相电压不平衡度。三相电压不平衡度是指三相系统中三相电压的不平衡程度，用电压或电流负序分量与正序分量的均方根百分比表示。三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量4%的状态下运行，由于发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。
            我国目前执行的GB/T15543—1995《三相电压允许不平衡度》规定了电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，同时规定了短时的不平衡度不得超过4%，其短时允许值的概念是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证继电保护和自动装置正确动作。对接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3% 。

           二、三相不平衡主要原因
        （1）太偏重于单相负载使各相之间发生不平衡；
       （2）系统的无效电力，高次谐波电流使各相之间发生不平衡；
       （3）机器接触端子及电缆接触不良导致另外的不平衡；
       （4）外部环境的人力，电力导致不平衡的发生；

          三、三相不平衡的危害有哪些？

          1、三相不平衡对负载的影响：
       （1） 电压不平衡的发生导致达到数倍的电流不平衡的发生；
       （2） 诱导电动机中逆扭矩增加使温度上升，效率降低，损失增加，发生震动，输出节减等影响；
       （3） 各相之间不平衡的发生带来缩短机器寿命和加快机器及部品交替周期和增加了设备维持补修的费用；
      （4） 断路器容许电流的余量减少，负载变更时或负载交替时发生超载、短路；
      （5） 中性线中流入过大的不平衡电流所以中性线增粗；

         2、三相负载不平衡运行对变压器的危害
     （1） 三相负载不平衡将增加变压器的损耗；
     （2）三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高；

          3、三相不平衡对电机的影响
          在电机负载较多的电路中，三相电机输入电压信号，须满足一定的平衡度，如果三相不平衡，则可能会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热、电机转速不均匀、电控制设备紊乱、零线电流过大等现象，严重会造成电机损坏。由于发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。下图为三相不平衡对电机的影响。

           4、三相负荷不平衡对线损的影响
           采用三相四线制供电方式，由于用户较为分散，线路较长，如果三相负荷不平衡，将直接增加电能在线路的损耗：当三相负荷平衡时线损Z小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小。
            当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量Z大。 当三相负荷不平衡时，不论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。 为此在三相四线制的低压网络运行中，应经常测量三相负荷并进行调整，使之平衡，这是降损节能的一项有效措施，对于输送距离比较远的配电线路来说，效果尤为显著。

            四、三相不平衡如何治理？

           对于三相不平衡的定义、产生及危害已经有了一定的了解，那么我们更加关心的是：三相不平衡出现到底该如何治理呢？对于让人头疼的三相不平衡问题，有下面几种治理方法：
        （1）针对配变平均负载率低于25%、电压波动过大的季节性“低电压”问题，可使用有载调容、调压配变；
        （2）新增台区配变在设计时充分考虑供电半径及负载大小、平衡分配；
        （3）对于出口电流不平衡度超过15%、负载率大于60%，且通过管理措施难于调整的配变台区，可加装三相不平衡自动调整装置来调整，尤其对于低电压谐波、电压闪变、无功补偿容量不足等多种因素导致“低电压”问题，可配置低压静止无功发生器（SVG）；
       （4）对于由于供电半径过大，负荷过重导致的供电末端“低电压”问题，且通过增加无功补偿装置不能提高的，可加装低压线路调整装置；
       （5）由于三相负载不平衡导致某相电压过高，另一相末端电压低的台区，在通过管理措施难于调整的，可通过电网三相不平衡智能调节器（LBSTUR）来调整三相不平衡。三相不平衡智能调节器（Smart Three-phase Unbalanced Regulator，简称STUR）是一种用于动态治理配网三相不平衡、补偿无功的新型电力电子装置，它能够根据配网用户由于不同时间段或不同负荷导致的配网三相不平衡电流，利用先进控制算法分离出不平衡电流的正负零序及无功，通过触发功率器件IGBT，使逆变器发出与之相反的抵消电流，达到消除不平衡及补偿无功的作用。

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