低压配电系统三相不平衡问题的判断与解决

发表时间:2019/12/16   来源:《当代电力文化》2019年第16期   作者:蒋坤
[导读] 相不平衡指的是供电线路各相电压、电流的幅值不等或相位差偏离120°。
         摘要:三相不平衡指的是供电线路各相电压、电流的幅值不等或相位差偏离120°。在低压配电网中,居民用电、单相电弧炉等占有一定比重,负荷的不同时性或三相负载分配不均造成配电网的三相不平衡。近年来,随着电力系统的发展,各类大功率单相负荷、分布式电源的接入使得三相不平衡问题更为严重,影响电能质量。三相负荷不平衡对配电网供电安全、供电质量和经济运行产生不良影响,是配电网运行薄弱环节之一。基于此,本文对低压配电系统三相不平衡问题的判断与解决进行研究,作出以下讨论仅供参考。

         关键词:低压配电系统;三相不平衡问题;治理
引言
         电力用户分布范围较广,这导致了配电台区之间会产生三相负荷不平衡问题,为用电用户带来许多安全性的问题。基于此,解决配电台区三相负荷的不平衡度的问题势在必行。配电变压器出口三相不平衡的问题主要体现在终端用户配相自身普遍存在一定的随机性和不确定性,在进行连接之后,负荷终端的用电负荷会呈现大幅度提升。同时,还需要对部分小型家庭工厂的用电特征呈现季节性和阶段性的特点进行考虑,阶段性的负荷如果超过了界限数据,且持续时间长,此时体现出的配电变压器出口三相不平衡的问题更为严重。
1三相不平衡的基本概念
         在供电线路中,三相平衡主要指三相交流电的电压相等,频率均为50Hz,初始两个之间的组态度为120°。三相不平衡表示电力系统中三相电压(或电流)的大小不统一,初始角度超出指定的范围。三相不平衡的发生既涉及端子负荷特性,也涉及电力系统的规划和负荷分配。如果三相电源是对称的,则可以根据中性点位移确定载荷端点不对称的程度。中性点位移超过一定水平时,负载上的电压严重不对称,导致负载的工作状态异常。GB/t 15543-1995“功率质量三相电压许用不平衡”适用于交流额定频率为50hz的电力系统的正常操作模式下,由于负序列组件引起的公共连接点的电压不平衡。该标准规定:电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%,短时间不得超过4%。
2低压配电系统三相不平衡问题
         随着国民经济的增长,电网的电力负荷急剧增加,电网中的三相不平衡问题也日益严重。造成三相不平衡的原因如下:(1)配电网侧有大量时空分布不平衡的单相负载,导致大多数配电区域出现不同程度的三相不平衡。(2)用户电气过程的随机性和不确定性,以及使用越来越多的电力负荷,单相电网的负荷会增加,从而导致三相不平衡。。三相不平衡会对配电网和用户侧产生严重的危害。主要是(1)电力的线损增加,三相四线配电网侧,三相负载不平衡运行时,中性线会通过电流,电网以及中性线也会发生损失,从而增加电网的损失。(2)增加配电变压器的功耗,将配电变压器用作低压配电网侧的重要安装,以三相不平衡运行时,可能会发生配电损失。(3)变光会产生随着三相不平衡的增加而增加的零序电流,因此涡流损失会增加配电变压器的局部温度,从而减少设备寿命。(4)影响电器的正常运行,三相不平衡导致供电质量下降,从而影响电器的运行。三相不平衡的减少不仅能稳定电网的电能质量,还能减少电网的电能损耗,节约能源。
3三相不平衡的危害
         三相不平衡的危险是多方面的。主要如下。①增加电源线的电力损耗。②增加配电变压器的功耗损失;③配电变压器功率降低;④配电变压器内部产生零序电流。⑤影响电气设备的安全运行。⑥电机效率下降。电网中的电流通过电网线时,阻抗会导致电力损失,损失与通过电流的平方成正比。电网中单相负载的存在使三相负载不平衡不可避免。三相四线布线方式,三相负荷平衡时最小线损;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最大。

三相负荷不平衡时,不管发生什么负荷分配情况,电流不平衡越大,线路损失的增加就越大,中性点的位移也就越大。电流通过中性线。这样不仅相位线有损失,而且中性线也有损失,从而增加电网线的损失。发电机、变压器在三相负载不平衡的情况下,如果额定控制最大相位电流,则其余两相就不能满载,从而降低设备利用率。相反,为了保持额定容量,可能会出现负载较大的一相过电压,磁路不平衡也会导致波形扭曲、设备额外损失增加等副作用。
4对三相负荷中不平衡电流的治理方法
         4.1人工离线负荷调整
         人工离线负荷调整是目前供电企业普遍使用的治理三相负荷不平衡采取的方法。这主要是指管理员使用电源信息收集系统中的数据信息,或测试用户的实际负载,以及及时了解本地分布式工作站的三相负载不平衡和负载平衡情况,从而根据情况开发用户负载平衡方案。调整方案通常使用本地停电来调整分布式平台上某些三相负载不平衡严重的用户,从而最终目标是平衡低压线路上的每个相负载。
         4.2电力电子型三相负荷自动调节技术的应用
         包括低电压静态无功补偿装置SVG、有源滤波器APF等,这是一种采用高功率关机电源电子开关技术的电能质量集成控制装置。这些设备根据检测到的无功、负序列、谐波电流、空间矢量脉宽调制(SVP WM)控制方法生成触发脉冲信号,并驱动检测到控制晶闸管输出的无功、负序列、谐波电流大小相同且方向相反的补偿电流,从而全面解决电源区域无功、谐波、电压波动和三相电流不平衡等问题。
         4.3换相开关
         传统机械开关功耗较低,导通能力较强,但是由于存在触点所以换相时间较长,且难以频繁操作,不能满足三相不平衡治理的需要。在模拟环境下对机械换相开关的性能进行试验,实测换相时间较长。为了缩短换相时间,需采用基于半导体器件的固态开关。采用固态智能换相开关实现各相之间的无扰动换相。但固态换相开关关断过程需在电流过零点,且存在反向阻断过程,有一定延时,换相过程中信号的时序控制要求较高,抗雷击能力较差。永磁开关机械性能高,抗腐蚀性好,在安全性、使用年限和维护成本上具有一定优势,适用于操作频繁的用电领域。换相开关的安装数目主要依据负荷的不平衡度以及不平衡量确定。配电台区的不平衡度和不平衡量不断改变,需要制定较为完善的算法确定换相开关的安装数目。另外,换相开关应尽可能均匀分布,以保证设备具有一致的使用寿命。
结束语
         总的来讲,电力系统三相不平衡的问题不容忽视,轻则影响设备使用年限、使用效率,重则直接导致设备损坏,甚至危及人身安全。所以,要从各个方面加强对电力系统三相不平衡问题的治理,改善电力系统运行环境,尽可能消除三相不平衡的影响,使配电线路更安全、更有效的运行。
参考文献
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