三相平衡化原理和应用论文作者：任 强 时间：2007-11-25 1:18:00 来源：论文天下论文网摘要：本文对三相平衡原理中补偿电抗和补偿电容与负荷阻抗之间的定量关系从 电路角度进行了推导，并对其在电气化铁道负序补偿中的应用，做了初步探讨关键词：三相不平衡负序动态补偿装置1前言在电力系 统中，存在着种种不平衡因素，可以归结为事故性和正常性两大 类事故性的不平衡是由于系统故障引起的，这种运行工况在系统中是不允许的， 一般要通过保护装置切除故障元件，经处理后再恢复系统运行正常性不平衡 是由于三相元件参数或负荷不对称引起的，象电气化铁道中的牵引负荷、冶炼系 统中的电弧炉等系统三相不平衡度如果超过一定范围，将会影响系统的安全 运行因此，针对正常性不平衡运行工况，制定了 “三相电压允许不平衡度”的 电能质量指标本文着重分析三相平衡化原理，并以电气化铁道为例，探讨负序补偿问题 对于不对称工业负荷，要求补偿装置具有快速响应特性和分相调整功能三相 平衡原理及实时平衡化公式的建立，是实现上述功能的基础目前能实现上述功 能的补偿装置以SVC为 典型代表国外一些发达国家如日本、澳大利亚等国已 成功地将SVC技术应用在电气化铁道的无功和负序补偿中。
在国内，SVC技术在 上述领域的应用尚属空白，因此有必要在建立较优的技术经济指标的前提下， 开发适用于电气化铁道负荷补偿的SVC装置，这对提高电网的运行质量无疑是有 益的2三相平衡化的基本原理因平衡的三相系统总功率是恒定的且与时间无关，而不平衡的三相系统的 总功率是在其平衡值上下波动的，因此将不平衡三相系统变换成平衡的三相系统 时，在平衡装置中应该设有能够暂时存储电磁能量的电磁元件，如：电抗器和 电容器，以单相电阻性负荷为例，如图1所示，它是不平衡的三相系统在不改变电源和负荷之间的有功功率交换的前提下，分别在U-W和W-V 相间装设电抗器和电容器，如图2所示图I 华相电FJL姓负荷U V VO Q 0L iv tv田2 平衡化M相系统根据三相平衡关系确定容抗X和感抗X的数值，假定系统三相电源是对称 的，即系统三相电压满足下述关索： '=就、式中： a=-0. 5-hj VT/2由于只是单相电阻负荷，图1所示电路为一典型的负荷不对称三相电路，在 U-W相和W-V相分别装设电感和电容后，应使得来自电源的三相电流满足如下 关系，才能形成一个三相平衡系统，即：在式3中:将上述关系式代入式3中得:tv = <^lv实部虚部分别相等，虚部相等有:—ig=—1/汽+77/程求彳叭 XL铝褓明而?囹fi实部相等！L用Xt =\3R代入得：UXl 冰=一两 v 3 /<求得； Xl、R氏由此可确定，对于单相电阻负荷（设在U-V相），为了实现三相平衡，应在U-W相装设电抗器，电抗值为• LR ；在V-W相装设电容器，容抗值为• LR。
将上述电抗值和电容值代入式4得：可以看出，米用上述平衡措施后，三相电流已完全对称，没有负序电流平 衡后三相系统的相量图如图3所示由图可以看出，三相负荷电流之间的相量关系应满足：A（ SO 前 Ivw前 htr『ivriS 前 Zhv由此确定感性元件和容性元件装设在哪两相之间，使得平衡化后的三相电流 为三相正序电流3电气化铁道牵引负荷的理想补偿网络牵引变电站（以Y/dn接线为例），接线如图4所示假定电源电压是平衡的，图4中丫阳、丫州是复数且互不相等，设:用4帝引丈电#佥花示意舛首先从校正功率因数入手，在每一负荷导纳上并联一个等于负荷电纳负值的 补偿电纳，使负荷导纳变成纯电导即令：B =—BWUR WUB =—BVWR VW这样，负荷功率因数为1，但仍然是不平衡的，各相分别为纯电导Gq G^， 按照单相电阻性负荷的平衡原理，对于U—W相电导G在V—W相之间装设电感 性电纳 阿，/A-wi = — 6祯/JT在:U-V相之间装设也容性热纳BbL—典/对于V—W相电导Gm在U—W相之间装设电容性电纳^K7 I ■ ~ f-r[ir/3在U—V相之间装设电感性电纳lirvi. = — Sir/7^3*与功率因数校正电纳相结合，得到三相理想补偿网络如图5所示。
因此，将一个理想的补偿网络与负荷相连就可以把任何不平衡的三相负荷变 换成一个平衡的三相有功负荷，而不会改变电源和负荷间的有功功率交换以上补偿网络的关系式只适宜用来说明补偿原理，对于电气化铁道频繁波 动的不对称负荷，要求用瞬时电压和电流求出所需的补偿电纳困5朴桂电熟后电轶的不乎街负荷网绻4三相平衡化原理的实现对于不对称负荷造成的电力系统三相电压的不对称，需要快速响应装置来调 整目前，常用可分相补偿的静止无功补偿装置（SVC ）来实现SVC 一般由并联电感和电容两个回路组成其中感性回路为动态回路，其 感性无功功率可连续分相调整，使得整个装置无功功率的大小和性质发生变化， 分相控制的依据正是三相平衡原理目前，国内的SVC装置在冶金系统（如电弧炉）已得到了广泛的应用，并 取得了良好的补偿效果现在电气化铁道中的三相平衡问题主要通过系统换相和 采用SCOTT变压器来改善，但上述方式对牵引臂上负荷的一致性有较高的要求， 因此对于一般情况下的平衡效果不是很好SVC装置在电气化铁道中应用的主要 问题是资金问题，对于诸多的牵引站，选择理想的安装点是降低投资的一条途 径此外，降低投资有赖于SVC装置自身成本的降低，采用新的调感方式，研制 新型的助磁式和磁阀式可控电抗器，简化控制和触发环节结构，对于降低装置成 本将是一件非常有意义的工作。