三相電不平衡的危害及解決措施.ppt

1 三相電不平衡的危害及解決措施 一 三相電二 三相電不平衡的危害三 三相電不平衡的解決措施 2 一 三相電1 概念三相電是一組幅值相等 頻率相等 相位互相差120 的三相交流電 由有三個繞組的三相發(fā)電機產(chǎn)生 2 三相電負載的接法分為三角形接法 符號 和星形接法 符號Y 三角形接法的負載引線為三條火線和一條地線 三條火線之間的電壓為380V 任一火線對地線的電壓為220V Y形接法的負載引線為三條火線 一條零線和一條地線 三條火線之間的電壓為380V 任一火線對零線或?qū)Φ鼐€的電壓為220V 三相電電器的總功率等于每相電壓乘以每相電流再乘于3 即總功率 電流 電壓 220V 3 p U I 3 3 4 二 三相電不平衡的危害1 概述三相電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 各相負載分布不均 單相負載用電的不同時性 以及單相大功率負載接入是導(dǎo)致三相不平衡的主要原因 由于城市民用電網(wǎng)及農(nóng)用電網(wǎng)中存在大量單相負載 使得當今三相不平衡現(xiàn)象普遍存在且尤為嚴重 電網(wǎng)中的三相不平衡會增加線路及變壓器的銅損 增加變壓器的鐵損 降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\行 會造成因三相電壓不平衡而降低供電質(zhì)量 甚至?xí)绊戨娔茏兊木榷斐捎嬃繐p失 5 2 危害1 增加線路的電能損耗在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中 電流通過線路導(dǎo)線時 因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗 其損耗與通過電流的平方成正比 當相電流平衡的時候 系統(tǒng)的電能損耗最小 例如設(shè)某系統(tǒng)的三相線路 變壓器繞組每相的總阻抗為Z 暫不記中性線 如果三相電流平衡 IA 100A IB 100A IC 100A 總損耗 100 Z 100 Z 100 Z 30000Z 如果三相電流不平衡 IA 50A IB 100A IC 150A 總損耗 50 Z 100 Z 150 Z 35000Z 比平衡狀態(tài)的損耗增加了17 在最嚴重的狀態(tài)下 如果IA 0A IB 0A IC 300A 總損耗 300 Z 90000Z 比平衡狀態(tài)的損耗增加了3倍 可見不平衡度愈嚴重 所造成損耗越大 6 2 降低配變變壓器出力以及增加鐵損配變設(shè)計時 其繞組結(jié)構(gòu)是按負載平衡運行工況設(shè)計的 其繞組性能基本一致 各相額定容量相等 配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制 假如當配變處于三相負載不平衡工況下運行 負載輕的一相就有富余容量 從而使配變的出力減少 其出力減少程度與三相負載的不平衡度有關(guān) 三相負載不平衡越大 配變出力減少越多 為此 配變在三相負載不平衡時運行 其輸出的容量就無法達到額定值 其備用容量亦相應(yīng)減少 過載能力也降低 假如配變在過載工況下運行 即極易引發(fā)配變發(fā)熱 嚴重時甚至?xí)斐膳渥儫龘p 配變產(chǎn)生零序電流 配變在三相負載不平衡工況下運行 將產(chǎn)生零序電流 該電流將隨三相負載不平衡的程度而變化 不平衡度越大 則零序電流也越大 運行中的配變?nèi)舸嬖诹阈螂娏?則其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通 7 高壓側(cè)沒有零序電流這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過 而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低 零序電流通過鋼構(gòu)件時 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 配變的繞組絕緣因過熱而加快老化 導(dǎo)致設(shè)備壽命降低 同時 零序電流的存也會增加配變的損耗 3 電動機效率降低配變在三相負載不平衡工況下運行 將引起輸出電壓三相不平衡 由于不平衡電壓存在著正序 負序 零序三個電壓分量 當這種不平衡的電壓輸入電動機后 負序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相反 起到制動作用 但由于正序磁場比負序磁場要強得多 電動機仍按正序磁場方向轉(zhuǎn)動 而由于負序磁場的制動作用 必將引起電動機輸出功率減少 從而導(dǎo)致電動機效率降低 同時 電動機的溫升和無功損耗 也將隨三相電壓的不平衡度而增大 所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行 是非常不經(jīng)濟和不安全的 8 4 影響用電設(shè)備的安全運行三相負荷平衡是安全供電的基礎(chǔ) 三相負荷不平衡 輕則降低線路和配電變壓器的供電效率 重則會因重負荷相超載過多 可能造成某相導(dǎo)線燒斷 開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴重后果 由于配變是根據(jù)三相負載平衡運行工況設(shè)計的 其每相繞組的電阻 漏抗和激磁阻抗基本一致 當配變在三相負載平衡時運行 其三相電流基本相等 配變內(nèi)部每相壓降也基本相同 則配變輸出的三相電壓也是平衡的 當配變在三相負載不平衡時運行 其各相輸出電流就不相等 其配變內(nèi)部三相壓降就不相等 這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡 同時 配變在三相負載不平衡時運行 三相輸出電流不一樣 而中性線就會有電流通過 因而使中性線產(chǎn)生阻抗壓降 從而導(dǎo)致中性點漂移 致使各相相電壓發(fā)生變化 負載重的一相電壓降低 而負載輕的一相電壓升高 9 在電壓不平衡狀況下供電 即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設(shè)備燒壞 而電壓低的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無法使用 所以三相負載不平衡運行時 將嚴重危及用電設(shè)備的安全運行 5 影響用戶用電質(zhì)量當三相負荷嚴重不對稱 中性點電位就會發(fā)生偏移 線路壓降和功率損失就會大大增加 接在重負荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏低 電燈不亮 電器效能降低 小水泵易燒毀等問題 而接在輕負荷相的單相用戶易出現(xiàn)電壓偏高 可能造成電器絕緣擊穿 縮短電器使用壽命或損壞電器 對動力用戶來說 三相電壓不平衡 會引起電機過熱現(xiàn)象 所以只有三相負荷平衡才能保證用戶的電能質(zhì)量 10 6 影響電能計量影響根據(jù)對稱分量法 三相不平衡電流可以分解為三相平衡的正序 負序 和零序三個分量 負序和零序電流分量的存在必然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響 即使在高壓側(cè) 雖然零序電流在變壓器內(nèi)環(huán)流 不會向系統(tǒng)傳遞 但負序電流分量可以豪無阻礙地向系統(tǒng)傳遞 因此仍然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響 11 三 三相電不平衡的解決措施 一 傳統(tǒng)解決方法1 均勻分布負荷將不對稱負荷分散到不同的供電點 減少集中連接導(dǎo)致的不平衡度超標 此種方法無需任何設(shè)備投資 只需將單相負載均勻分布到A B C三相就可以改善三相不平衡 但我們需要面對一個客觀的問題 各個用戶的負荷量不一致且用電時間不一致 又不能人為控制 因此不能從根本上解決問題 2 增加短路容量將不對稱負荷接到更高的電壓的級上供電 使連接點的短路容量足夠大 以提高系統(tǒng)承受不平衡的負荷能力 此方法改善了三相不平衡的用電環(huán)境 但沒有實質(zhì)性的解決三相不平衡問題 且同樣存在一個客觀問題 用電設(shè)備都有自己的額定電壓 一般正常運行所允許的電壓偏差范圍并不大 所以將負荷接到更高電壓等級供電的方法不是很實際 12 3 電感與電容組合調(diào)整此種方法是在不平衡的三相中 選擇在相與相之間跨接電容與電阻 可提高每相的功率因數(shù) 轉(zhuǎn)移相間有功功率 以平衡三相電流 但此方法需要投入電感 在調(diào)節(jié)不平衡電流裝置中安裝電感式件很麻煩的事情 電感又大又重 成本也高 損耗也大 雖說電網(wǎng)中大多數(shù)負載為感性 可利用其中的電感 只需接入電容 但接入電容很講究方法 稍有不合理便不能達到理想的治理效果 所以從經(jīng)濟性 簡易性角度此方法還需考慮 13 二 新型三相平衡技術(shù)1 APF SVG一般出現(xiàn)三相不平衡的電力系統(tǒng)功率因數(shù)都比較低 這就形成了一種需求 要是能有一款產(chǎn)品能在治理三相不平衡的同時又能補償無功 那么這在電能質(zhì)量治理領(lǐng)域會是很具性價比的一款產(chǎn)品 盛弘有源濾波器 APF 及靜止無功器 SVG 便是一款兼具三相不平衡及無功補償?shù)漠a(chǎn)品 它們可以在補償無功提高功率因數(shù)的基礎(chǔ)上 解決三相不平衡電流 其原理是通過CT實時檢測電流信息 然后將采集信息發(fā)給DSP數(shù)字控制處理器分析 之后驅(qū)動功率電路 和利用內(nèi)部儲能電容將系統(tǒng)三相不平衡電流轉(zhuǎn)移 均勻分配 使三相電流達到平衡狀態(tài) 具體原理如下 以SVG為例 14 如圖1所示 假設(shè)A B C三相負載電流分別為 5A 10A 15A 這時候我們就認為此系統(tǒng)的三相電流出現(xiàn)了不平衡 三相電流完全平衡的狀態(tài)應(yīng)該是A B C三相電流全部為10A 圖1 15 盛弘SVG在運行時 會通過外接電流互感器 CT 實時檢測系統(tǒng)電流 然后將CT采集到的電流信息發(fā)給內(nèi)部控制器進行處理 經(jīng)過控制器分析之后 SVG就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電流不平衡狀態(tài) 同時計算出三相電流達到平衡狀態(tài)所需轉(zhuǎn)換的電流值 以圖1為例 A相電流想達到平衡狀態(tài)則需要增加5A的電流 B相電流正好為10A無需調(diào)整 C相電流想達到平衡狀態(tài)則需要減少5A的電流 計算完成之后 控制器就會通過IGBT驅(qū)動電路來驅(qū)動IGBT動作 從而使得電流從系統(tǒng)C相流入SVG5A 從SVG內(nèi)部流出5A到系統(tǒng)A相 從而使得A B C三相電流全部重新分配為10A 而系統(tǒng)的三相總電流保持不變 當然 這一系列的計算及控制動作都是在很短的時間內(nèi)完成的 并且 在這一過程中SVG只是起到一個重新分流的作用 只需消耗很小一部分的能量 如風(fēng)扇運轉(zhuǎn) 控制器件的能量消耗 開關(guān)器件的能量消耗 16 正如通常我們所說的電流值的大小是電流有效值一樣 我們前文所述的SVG分流電流的大小也是在一定時間內(nèi)的有效值 而實際上SVG補償三相不平衡時開關(guān)器件的動作都是瞬時的 在某一個瞬時 C相的IGBT動作 將C相的交流電整流為直流電之后儲存在SVG內(nèi)部的母線電容中 如圖2所示 圖2 17 而在另一個瞬時 A相的IGBT動作 裝SVG內(nèi)部的母線電容 A B C公用同一組母線電容 上的直流電進行逆變 然后釋放到系統(tǒng)A相上 如圖3所示 圖3 18 盛弘SVG的動作是瞬時的 而在某一段時間內(nèi)其收發(fā)電流的有效值卻是平衡的 因此可以將其動作的結(jié)果理解為分流作用 使得系統(tǒng)三相電流的有效值達到一個平衡狀態(tài) 當系統(tǒng)三相電流都偏離平衡點時 補償原理與以上所述的兩相偏離平衡點的狀況類似 其根本原則就是將某相多出來的電流存儲到SVG母線電容中 然后從母線電容取出電流補償需要補償?shù)哪诚?由于盛弘SVG