三相不平衡如何治理?
1、随着用户、企业电量的逐年增加,致使用电负荷不断增长,一些配变台区由于受地理位置和技术因素的影响,三相不平衡及低电压情况突出。在中、低压配电网系统中,存在大量单相、不对称、非线性、冲击性负荷,由于早期电网设计规划的不周,会出现大量单相负荷集中在一相或两相的情况,这些不均衡负荷会使配电系统产生三相不平衡,导致供电系统三相电压、电流的不平衡。
1) 造成配电变压器和线路损坏增加;
2)配电台区中重载相供电电压质量大大下降;
3)造成配电变压器的有效出力降低,电能转换效率下降;
4)三相负荷不平衡运行造成配电变压器运行温度升高,危害其安全与寿命。
配变负荷不平衡除了容易对用户电压、台区线损造成影响外,还会造成变压器过负荷烧毁,给供电企业和人民生活造成一定的影响,因此研究三相负荷不平衡调节装置,及时掌握变压器的负荷大小及三相电流、电压等情况,从根本上解决“三相不平衡”电力质量问题显得尤为重要。
1、1、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。
一个三相平衡电路的三相电压源必须是正弦波,且频率相同,幅度相同,相位互差120度;三相的负荷阻抗相同且均为线性阻抗,因此三相的电流都是正弦波,且频率相同,幅度相同,相位互差120度。
绝对的三相平衡是不存在的,实际的三相系统总是存在不同程度的不平衡现象。
对于不平衡现象比较严重的系统,可以使用调整不平衡电流无功补偿装置。根据wangs定理(王氏定理),在相间跨接的电容器可以在相间转移有功电流。通过在各相与相之间以及各相与零线之间恰当地接入不同数量电容器的方法,不但可以使各相均得到良好的补偿,而且可以调整不平衡有功电流。
2、三相负荷不平衡的原因
(1)低压电网三相负荷不平衡要增加损耗,固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分的必管范围,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留意,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,为了降低用度,架设了一定数目的单相两线线路,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中,一些施工职员素质低,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) 运行治理中,农村低压线路虽多为三相四线,但很多没有留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) 有的各相负荷看上往比较接近,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。
3、三相不平衡危害
三相不平衡是指三相的电压或电流中含有负序以及零序分量,导致三相电压或电流的有效值大小不等、相位不再是互差120度、零线电流过大等现象。
不平衡的三相电压或电流所能引起的危害主要有:
(1)引起旋转电机的附加发热和振动,危害其安全运行和正常出力;
(2)引起以负序分量为启动原件的多种保护误动作,对电网安全运行造成严重威胁;
(3)降低系统容量利用率,增加系统网络损耗,降低电网能量传输效率;
(4)不平衡的三相负荷将使变压器因为某相过热而缩短寿命、加大损耗;
(5)配电网中中线一般较细,三相负荷不平衡时中线电流很大,中线发热严重,可能引起火灾,甚至中线被烧断。
1、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(LBSVG);
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,可通过加装LINGBU系列-电网三相不平衡智能调节器(LBSTUR)来调整三相不平衡。
1、1、领步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。
2、三相不平衡补偿原理:DSP控制器实时检测负载电流,计算分析负载电流并判断系统是否处于不平衡状态,采用先进控制算法分离出不平衡电流的正序分量、负序分量和零序分量,然后控制器实时驱动IGBT,STUR发出与负序分量和零序分量反向的电流,最后电网侧电流达到三相平衡状态。
3、电网电压支撑原理:DSP控制器实时检测补偿点电压数据,并判断补偿点电压是否超过设定值;超过电压上限(Umax)时,此装置输出感性电流,补偿点电压降低;当低于电压下限(Umin)时,此装置输出容性电流,补偿点电压提升;最终使各相电压稳定在正常范围内。
1、可全面改善台区电能质量,具体如下:
解决配电网三相不平衡问题,降低线路损耗;
稳定三相电压,提高供电质量,改善用电环境;
解决变压器单相过载问题,提高变压器运行寿命;
无功平衡,提高配电网有效输出容量;