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1、三相不平衡治理一、 概述：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。各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因，由于城市民用电网及农用电网中存在大量单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。电网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成因三相电压不平衡而降低供电质量，甚至会影响电能变的精度而造成计量损失。三种不平衡特征：1、 有功功率不平衡2、 无功功率不平衡3、 电流相位不平衡（有功无功组合不平衡）二、 危害：1. 增加线路及配电变压
2、器电能损耗在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比，当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小。例如设某系统的三相线路、变压器绕组每相的总阻抗为Z（暂不记中性线），如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A,IC=1OOA,则；总损耗=100Z+100Z+100Z=30000Z。如果三相电流不平衡，IA=50A，IB=100A,IC=15OA，则；总损耗=50Z+100Z+150Z=35000Z。比平衡状态的损耗增加了17%。在最严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A,IC=30OA，则；总损耗=300Z =90000Z。比平衡状
3、态的损耗增加了3倍。可见不平衡度愈严重，所造成损耗越大。2.降低配变变压器出力以及增加铁损配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡
4、工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。3电动机效率降低配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压
5、产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。4.影响用电设备的安全运行三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。由于配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡
6、时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。当配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。5. 影响用户用电质量当三相
7、负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三相电压不平衡，会引起电机过热现象。所以只有三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。6. 影响电能计量影响根据对称分量法，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序、和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流，不会向系统传递，但负序电流分量可以豪无阻碍地向系统传递，因此仍
8、然会对计量仪表的精度产生影响。三相不平衡危害1、线损（铜损）增加2、变压器损耗（铁损）增加3、电动机效率降低4、导线（零线）烧损5、中性点偏移（相电压越限）6、影响计量精度三、解决方法1、均匀分布负荷（手工/自动调平）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。 将不对称负荷分散到不
9、同的供电点，减少集中连接导致的不平衡度超标，此种方法无需任何设备投资，只需将单相负载均匀分布到A、B、C三相就可以改善三相不平衡，但我们需要面对一个客观的问题，各个用户的负荷量不一致且用电时间不一致，又不能人为控制，因此不能从根本上解决问题。2 、增加短路容量（增容忍受）将不对称负荷接到更高的电压的级上供电，使连接点的短路容量足够大，以提高系统承受不平衡的负荷能力。此方法改善了三相不平衡的用电环境，但没有实质性的解决三相不平衡问题，且同样存在一个客观问题，用电设备都有自己的额定电压，一般正常运行所允许的电压偏差范围并不大，所以将负荷接到更高电压等级供电的方法不是很实际。3、电感与电容组合调整（
10、静态补偿）此种方法是在不平衡的三相中、选择在相与相之间跨接电容与电阻，可提高每相的功率因数，转移相间有功功率，以平衡三相电流，但此方法需要投入电感，在调节不平衡电流装置中安装电感式件很麻烦的事情，电感又大又重，成本也高，损耗也大，虽说电网中大多数负载为感性，可利用其中的电感，只需接入电容，但接入电容很讲究方法，稍有不合理便不能达到理想的治理效果，所以从经济性、简易性角度此方法还需考虑。4、APFSVG （动态补偿）一般出现三相不平衡的电力系统功率因数都比较低，这就形成了一种需求，要是能有一款产品能在治理三相不平衡的同时又能补偿无功，那么这在电能质量治理领域会是很具性价比的一款产品。有源滤波器（
11、APF）及静止无功器（SVG）便是一款兼具三相不平衡及无功补偿的产品，它们可以在补偿无功提高功率因数的基础上，解决三相不平衡电流。其原理是通过CT实时检测电流信息，然后将采集信息发给DSP数字控制处理器分析，之后驱动功率电路、和利用内部储能电容将系统三相不平衡电流转移、均匀分配，使三相电流达到平衡状态，具体原理如下(以SVG为例)：如图1所示，假设A、B、C三相负载电流分别为：5A、10A、15A，这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡，三相电流完全平衡的状态应该是A、B、C三相电流全部为10A。SVG在运行时，会通过外接电流互感器（CT）实时检测系统电流，然后将CT采集到的电流信息发给
12、内部控制器进行处理，经过控制器分析之后， SVG就会发现系统的电流不平衡状态，同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值。这一系列的计算及控制动作都是在很短的时间内完成的，并且，在这一过程中 SVG只是起到一个重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量（如风扇运转、控制器件的能量消耗、开关器件的能量消耗）。图1在某一个瞬时，C相的IGBT动作，将C相的交流电整流为直流电之后储存在SVG内部的母线电容中，如图2所示。图2而在另一个瞬时，A相的IGBT动作，装SVG内部的母线电容（A、B、C公用同一组母线电容）上的直流电进行逆变，然后释放到系统A相上，如图3所示。图3 SVG的动作是瞬时的，而在
13、某一段时间内其收发电流的有效值却是平衡的，因此可以将其动作的结果理解为分流作用，使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态。当系统三相电流都偏离平衡点时，补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流存储到SVG母线电容中，然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某相。由于SVG治理三相不平衡面向的对象是电流且实时采集，使得无论负载分布如何、用电时间不一致，只要实时检测的三相电流因负载变化导致不平衡，SVG都能快速动作平衡电流。这就解决了三相不平衡传统解决方法中的客观局限性。而且相比“电感与电容组合调整”这类不平衡治理方式，SVG治理三相不平衡时安装更简便、无需前期繁
14、琐的计算、接入方法的堪忧，能即装即治。三相不平衡治理手段1、手工/自动调平2、增容忍受3、静态补偿4、动态补偿5、混合补偿6、补偿+谐波治理四、国内厂家及解决方案厂家/型号系列特点功能/技术参数其他河南平高电气股份PGMEC配电网电能质量综合优化装置（Multifunction Electricity Controller&Optimizer）PGMEC 配电网电能质量综合优化装置具有不平衡优先、无功优先、谐波优先、电压优先、只补不平衡、只补无功、只滤谐波、只补电压8 种工作模式可供选择，能大幅提升配电台区电能质量。远距离通信时装置可配置GPRS模块连接网络，用户可在客户端查看数据；近距离通信
15、时装置可配置WIFI无线通信，用户可在具有WIFI功能的终端设备（如手机）查看数据。额定工作电压：380V15%（线电压）接线方式：T 表示三相三线，F 表示三相四线 工作模式：不平衡、无功、滤波和电压控制任意组合 无功补偿精度：连续无级调节 单次谐波补偿率（25 次以内）：90% 过载能力：120%，1min 响应时间：20ms 有功损耗：5%（装置额定容量） 保护功能：过流、超温、直流侧过压、控制系统故障等 扩容方式：支持多台并联运行中船重工 鹏力（南京）新能源科技PEHSVG电能质量综合治理装置动态混合式无功补偿SVG+TSC快速+低价另有MVC系列安全无功补偿，可抑制谐波电流，避免谐振现象功率因数0.99瞬时响应50uS,全响应8mS广州智光电气股份ZG-PSVG配网低压电能质量改善装置补偿效果独立，不会造成谐波放大的危害。模块化设计，混联型电能质量治理装置。一机同时解决低压电源网络中动态无功补偿、谐波动态跟踪治理，以及三相不平衡和低电压、电压波动等电能质量问题， 全面补偿250次谐波，也可选择其中特定次谐波进行单独补偿。响应速度极快，10ms。河南昊锐电气低压动态无功补偿装置HRSVGHRSVG高压动态无功补偿装置
