三相不平衡的原因及危害(mi)

三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司 联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com 三相负荷不平衡的原因及危害 1 引言 农网改造中采取了诸如配电变压器放置在负荷中心，增添配电变压器数量，缩短供电半径，加大导线直 径，增加低压线路，用电户电能表集中安装等措施，极大地改变了农村低压电网状况，给我们建造了一个好的 电网“硬件”。但若“软件”配套不好，尤其是三相负荷不平衡，则不能挖掘出这个好“硬件”的内部潜力，致使低 压电网的可靠性和稳定性差，线损率较高。 2 三相负荷不平衡的原因 低压电网三相负荷失衡有以下数种原因： （1）低压电网三相负荷不平衡要增加损耗，虽然是是早已被提出来了的。但在农网改造前，由于： ① 农村低压电网不在电业部门的必管范围，设备线路状况极差，线损很高，收不够上缴电费就涨电价， 即线损水平虽高但降损的压力不大。 ② 农村照明等单相负荷很小，只占总用电负荷的 5～20％左右，故虽进行过低压整改，多是把配电变压 器移到负荷中心、改造低压线路、整改户内线路等。 三相负荷不平衡由于是较次要的因素，没有也不可能引起人们足够注意，故实践很少，亦不可能提出调平 三相负荷的具体方法。 （2） 农网改造由于规模大、任务重、时间紧，不可能面面俱到（如规划调平三相负荷）；加之改造资金有限， 为了降低费用，架设了一定数量的单相两线线路，尤其是低压分支线路中，单相两线线路占一定比例；还有在 下户线接火 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 中，一些施工人员素质低，没有三相负荷平衡的概念，施工中或随意接单相负荷，或为了不接 成 380V，把单相负荷都接到中间两根线上。这在一定程度上加重了三相不平衡度。 （3） 运行管理中，农村低压线路虽多为三相四线，但很多没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相上，也不 知道该怎样做才能均衡，造成某相或某两相负荷过多。更有甚者，有些地方供电所部署对于只有单相负荷且量 值较小的三相四线线路，停用两根相线，只用单相两线供电，加重了三相不平衡度。 （4） 有的各相负荷看上去比较接近，各相电流也较相近，但中性线电流却很大，甚至超过最大相电流，这是 因三相负荷的性质不同所引起的。 如 某 三 相 四 线 供 电 线 路 ， 测 得 相 电 压 UA=UB=UC=220V，IA=IB=4A，IC=3.2A，IN=4.2A。 为了验证 IN 的值，测得各相负荷的相位｜ΦA｜=｜ ΦB｜=40°，ΦC=0°，则 ZA和 ZB中必有一相为感性，一相为 容性。设 ZA 为感性， ZB为容性，向量图如图 1 所示。 ｜IA＋IB｜=2cos20°IA=7.5（A） 则 IN =｜IA＋IB＋IC｜=4.3（A），理论计算和仪表测量 三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司 联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com 结果基本吻合，说明中性线电流大确因三相负荷的性质不同所引起。 （5） 近年来，农村经济飞速发展，农民生活迅速提高，尤其是农网改造完成及“同网同价”实施后，农村家庭 除照明电器增多外，大量的中、高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家，例如电饭煲、电水壶、电炒锅、电 热水器、电取暖器、小水泵等，单台容量大多数在 800～2000kW，都是采用单相（220V）电源，单相负荷激 增；而另一方面，随着工业的发展，农村方便食品（如方便面、挂面）销售量增多，农户加工馒头、面皮、米 皮出售等新生事物纷纷涌现，农副业加工量减少，农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面。据了解，现在一 般农村单相负荷已占总负荷的 70％以上，富裕地方达到 90％以上，经济较差的农村也占到 50～60％。在单相 负荷用电量极大增长的情况下，若不注意三相平衡，可能使低压电网的三相不平衡度很大，电网技术状况很差。 3 三相负荷不平衡的危害 3.1 对配电变压器的影响 （1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗： 变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。 而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压 器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。 从 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 定理中我们知道：假设 a、b、c 3 个数都大于或等于零，那么 a+b+c≥33√abc 。 当 a=b=c 时，代数和 a+b+c 取得最小值：a+b+c＝33√abc 。 因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa＝Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中 Ia、Ib、Ic 分别为 变压器二次负荷相电流，R 为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下： Qa+Qb+Qc≥33√［（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）］ 由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当 Ia=Ib=Ic 时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。 则变压器损耗： 当变压器三相平衡运行时，即 Ia=Ib=Ic=I 时，Qa＋Qb＋Qc=3I2R； 当变压器运行在最大不平衡时，即 Ia=3I，Ib=Ic＝0 时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)； 即最大不平衡时的变损是平衡时的 3 倍。 （2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果： 上述不平衡时重负荷相电流过大（增为 3 倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热， 绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高 8℃， 使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。 （3）三相负荷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： 在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中 产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑 这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升 三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司 联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com 高，严重时将导致变压器运行事故。 3.2 对高压线路的影响 （1）增加高压线路损耗： 低压侧三相负荷平衡时，6～10k V 高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为 I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R 低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为 1.5I，另外两相都为 0.75 I， 功率损耗为： ΔP2 = 2（0.75I）2R＋（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）； 即高压线路上电能损耗增加 12.5％。 （2）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命： 我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相 电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使 用寿命。 3.3 对配电屏和低压线路的影响 （1）三相负荷不平衡将增加线路损耗： 三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为 I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R 在最大不平衡时，即某相为 3I，另外两相为零，中性线电流也为 3I，功率损耗为：ΔP2 = 2（3I)2R = 18I2R = 6（3I2R)； 即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的 6 倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失 1200 kWh，则平衡时 只损失 200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。 （2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果： 上述不平衡时重负荷相电流过大（增为 3 倍），超载过多。由于发热量 Q＝0.24I2Rt，电流增为 3 倍，则 发热量增为 9 倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的 50％，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。 同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。 3.4 对供电企业的影响 供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电 工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重 则为了得到钱违法犯罪。 变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更 换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。 三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司 联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com 3.5 对用户的影响 三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。 变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如 停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的 事故。 结果基本吻合，说明中性线电流大确因三相负荷的性质不同所引起。（5） 近年来，农村经济飞速发展，农民生活迅速提高，尤其是农网改造完成及“同网同价”实施后，农村家庭除照明电器增多外，大量的中、高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家，例如电饭煲、电水壶、电炒锅、电热水器、电取暖器、小水泵等，单台容量大多数在800～2000kW，都是采用单相（220V）电源，单相负荷激增；而另一方面，随着工业的发展，农村方便食品（如方便面、挂面）销售量增多，农户加工馒头、面皮、米皮出售等新生事物纷纷涌现，农副业加工量减少，农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面。据了解，现在一般农村单相负荷已占总负荷的70％以上，富裕地方达到90％以上，经济较差的农村也占到50～60％。在单相负荷用电量极大增长的情况下，若不注意三相平衡，可能使低压电网的三相不平衡度很大，电网技术状况很差。3 三相负荷不平衡的危害3.1 对配电变压器的影响（1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3 个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc 。当a=b=c 时，代数和a+b+c 取得最小值：a+b+c＝33√abc 。因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa＝Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic 分别为变压器二次负荷相电流，R 为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：Qa+Qb+Qc≥33√［（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）］由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic 时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。则变压器损耗：当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I 时，Qa＋Qb＋Qc=3I2R；当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic＝0 时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)；即最大不平衡时的变损是平衡时的3 倍。（2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3 倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。（3）三相负荷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：在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com高，严重时将导致变压器运行事故。3.2 对高压线路的影响（1）增加高压线路损耗：低压侧三相负荷平衡时，6～10k V 高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为：ΔP1 = 3I2R低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：ΔP2 = 2（0.75I）2R＋（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）；即高压线路上电能损耗增加12.5％。（2）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。3.3 对配电屏和低压线路的影响（1）三相负荷不平衡将增加线路损耗：三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为：ΔP1 = 3I2R在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：ΔP2 = 2（3I)2R = 18I2R= 6（3I2R)；即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6 倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失1200 kWh，则平衡时只损失200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。（2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3 倍），超载过多。由于发热量Q＝0.24I2Rt，电流增为3 倍，则发热量增为9 倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50％，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。3.4 对供电企业的影响供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。三相负荷不平衡的原因及危害 保定巴方电力电子有限公司联系电话：0312-5901608 5950368 传真：0312-3181101 http://www.bdbafang.com3.5 对用户的影响三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故