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1、第第8章章 电力系统三相不平衡及其改善措施电力系统三相不平衡及其改善措施8.1 三相不平衡的概念及计算三相不平衡的概念及计算8.2 三相不平衡的国家标准和测量三相不平衡的国家标准和测量8.3 三相不平衡的危害和改善措施三相不平衡的危害和改善措施 电力系统三相不平衡及其改善措施8.1 三相不平衡的概念及计算三相不平衡的概念及计算8.1.1 三相不平衡的定义三相不平衡的定义8.1.2 三相不平衡的三相不平衡的计算方法计算方法电力系统三相不平衡及其改善措施8.1.1 三相不平衡的定义三相不平衡的定义(1)(1)三相对称和三相不对称三相对称和三相不对称对称对称: :频率相同频率相同, ,振幅或有效值相
2、等振幅或有效值相等, ,相位依次超前或滞后相位依次超前或滞后1201200 0的三相正弦的三相正弦特点特点: :三相正弦量的相量和必为三相正弦量的相量和必为0 0。不对称：不对称：振幅或有效值不相等振幅或有效值不相等(2)(2)三相平衡和三相不平衡三相平衡和三相不平衡平衡平衡: :任意时刻三相总瞬时功率与时间无关任意时刻三相总瞬时功率与时间无关特点特点: :三相总瞬时功率为常数三相总瞬时功率为常数不平衡：三相总瞬时功率不为常数。不平衡：三相总瞬时功率不为常数。电力系统三相不平衡及其改善措施负序分量均方根值与正序分量均方根值之比负序分量均方根值与正序分量均方根值之比（3）三相不平衡度的定义）三相
3、不平衡度的定义电力系统三相不平衡及其改善措施实际中实际中, ,按三相电量按三相电量a,b,ca,b,c计算计算8.1.2 三相不平衡度的计算三相不平衡度的计算电力系统三相不平衡及其改善措施工程中：工程中：某不对称负荷在某不对称负荷在PCCPCC上造成的三相电压不平衡度的近似计上造成的三相电压不平衡度的近似计算算 U UL L为为PCCPCC（公共连接点）公共连接点）线电压均方根线电压均方根,S,Sd d为为PCCPCC三相短路三相短路容量容量,I,I2 2为负荷电流负序分量为负荷电流负序分量 三相对称系统中某一相增加单相负荷引起电压不平衡近三相对称系统中某一相增加单相负荷引起电压不平衡近似计算
4、似计算 S SL L为单相负荷容量为单相负荷容量电力系统三相不平衡及其改善措施 8.2 三相不平衡的国家标准和测量三相不平衡的国家标准和测量8.2.1 我国标准：我国标准：GB/T 155431995GB/T 155431995电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度PCCPCC（公共连接点）公共连接点） ：正常运行：正常运行：2%2%；短时：；短时：4%4% 接于接于PCCPCC的用户：的用户：引起该点正常电压不平衡度允许值一般为引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%1.3%电力系统三相不平衡及其改善措施8.2.2 三相不平衡的测量三相不平衡的测量1.测量和取值测量和
5、取值2.测量仪器：测量仪器： 负序滤过器型测量仪负序滤过器型测量仪 调制型负序测量仪调制型负序测量仪 旋转磁场型负序测量仪旋转磁场型负序测量仪 数字型序分量测量仪数字型序分量测量仪电力系统三相不平衡及其改善措施1. 测量和取值测量和取值测量：测量：测量误差：测量误差：U U-0.2 %-0.2 %， I I- - 1 1 三相三线：负序，计算三相三线：负序，计算U U， I I 三相四线五线：利用对称分量法三相四线五线：利用对称分量法取值：取值：95%95%概率大值概率大值; ;日波动性负荷日波动性负荷:日累计超标时间日累计超标时间 72min,且且30min内超内超标时间标时间5min实测值
6、不少于实测值不少于30个个电力系统三相不平衡及其改善措施为减少平稳负荷的测量次数为减少平稳负荷的测量次数:日波动性小日波动性小:应与实测值的应与实测值的5次邻近数值的算术平均值对比次邻近数值的算术平均值对比日波动性大日波动性大:应与实测值的应与实测值的95%概率大值概率大值为减少偶然性波动的影响为减少偶然性波动的影响:对于离散采样对于离散采样,每次测量按每次测量按3s均方根取值。均方根取值。电力系统三相不平衡及其改善措施2. 测量仪测量仪(1)负序滤过器测量仪负序滤过器测量仪在在110kV110kV及以上系统（精度要求不高）广泛应用及以上系统（精度要求不高）广泛应用结构简单，单精度不太高结构简
7、单，单精度不太高影响因素：影响因素：元件参数的匹配元件参数的匹配1）环境温度，元件老化）环境温度，元件老化2）高次谐波，频率偏差）高次谐波，频率偏差措施：措施：（1）采用高级材料和精密元件）采用高级材料和精密元件（2）温度补偿措施）温度补偿措施电力系统三相不平衡及其改善措施(2)调制型负序测量仪调制型负序测量仪P三元件有功功率表三元件有功功率表不动线圈不动线圈3 3接接系统电压系统电压线圈线圈1 1，2 2接接TDFTDFTDF调制电压发生器调制电压发生器发出三相对称正弦电压发出三相对称正弦电压测量时按相调节测量时按相调节TDFTDF，直至，直至P P指指示最大示最大, ,力矩与负序电压成正比
8、力矩与负序电压成正比精度高，但有转动部分，结构精度高，但有转动部分，结构复杂复杂TDFABCNA1A2NAA3B1B2NBB3C1C2NCC3PPP电力系统三相不平衡及其改善措施TDF产生的对称电压产生的对称电压原系统不对称电压原系统不对称电压P中转矩中转矩P P中转矩最大时，其指示最大。而此时中转矩最大时，其指示最大。而此时TDFTDF的对称电压刚好的对称电压刚好与原系统中的负荷分量数值称正比与原系统中的负荷分量数值称正比电力系统三相不平衡及其改善措施(3)旋转磁场型负序测量仪旋转磁场型负序测量仪 测量仪转子安装两个相互垂直的线圈，定子加系统三相测量仪转子安装两个相互垂直的线圈，定子加系统三
9、相电压，手动或自动调节转子位置，使其中一个线圈的感应电电压，手动或自动调节转子位置，使其中一个线圈的感应电动势为最大，可根据此感应电动势确定对称分量值，在根据动势为最大，可根据此感应电动势确定对称分量值，在根据转子位置确定负序电压相角。转子位置确定负序电压相角。 结构简单，指示与频率和环境温度无关，但动作较慢且结构简单，指示与频率和环境温度无关，但动作较慢且精度不高。精度不高。基本原理：基本原理：不平衡电压系统正、负序合成磁场为椭圆型。在磁场放入一不平衡电压系统正、负序合成磁场为椭圆型。在磁场放入一线圈并旋转，与椭圆磁场长轴垂直时，线圈感应电动势最大，线圈并旋转，与椭圆磁场长轴垂直时，线圈感应
10、电动势最大，且正比于正、负序分量模的和；与短轴垂直时，感应电动势且正比于正、负序分量模的和；与短轴垂直时，感应电动势最小最小，且正比于正、负序分量模的差，且正比于正、负序分量模的差。电力系统三相不平衡及其改善措施电力系统三相不平衡及其改善措施(4)数字型序分量测量仪数字型序分量测量仪构成构成主系统：以主系统：以80988098为为CPUCPU，配以，配以ROMROM、RAMRAM和时钟电路和时钟电路采样系统：输入隔离电路、低通滤波器、自动选相和同步锁采样系统：输入隔离电路、低通滤波器、自动选相和同步锁相电路、相电路、A/DA/D转换电路转换电路原理原理每个周期采样每个周期采样128128点，经
11、点，经FFTFFT变换除去各此谐波，得出基波幅变换除去各此谐波，得出基波幅值和相位，利用对称分量法求出电压、电流基波正、负、零值和相位，利用对称分量法求出电压、电流基波正、负、零序的幅值、相位和三相不平衡度。序的幅值、相位和三相不平衡度。功能功能（1 1）实时显示；（）实时显示；（2 2）打印；（）打印；（3 3）统计分析；（）统计分析；（4 4）30min30min越限累积；（越限累积；（5 5）存储、打印以前；（）存储、打印以前；（6 6）不平衡度越限报警。）不平衡度越限报警。电力系统三相不平衡及其改善措施电力系统三相不平衡及其改善措施 8.3 三相不平衡的危害和改善措施三相不平衡的危害和
12、改善措施 8.3.1 三相不平衡产生原因三相不平衡产生原因（1 1）事故性不平衡）事故性不平衡不对称故障：单相接地、两相接地短路、两相短路不对称故障：单相接地、两相接地短路、两相短路（2 2）非事故性不平衡）非事故性不平衡发电机、变压器：对称发电机、变压器：对称线路：三相阻抗不等，中低压短线路可能不对称线路：三相阻抗不等，中低压短线路可能不对称负荷：三相负荷可能不对称，尤其是单相大容量负荷（电气负荷：三相负荷可能不对称，尤其是单相大容量负荷（电气化铁路、电弧炉、电焊机）化铁路、电弧炉、电焊机）电力系统三相不平衡及其改善措施8.3.2 三相不平衡的危害三相不平衡的危害对电动机的影响对电动机的影响
13、负序产生制动转矩，最大转矩和输出功率下降；引起电动负序产生制动转矩，最大转矩和输出功率下降；引起电动机振动；负序电流使电动机铜损增加，效率降低，发热，机振动；负序电流使电动机铜损增加，效率降低，发热，绝缘老化绝缘老化对变压器的影响对变压器的影响容量得不到充分利用，局部过热容量得不到充分利用，局部过热对换流器的影响对换流器的影响触发角不对称，产生较大非特征谐波，投资增大触发角不对称，产生较大非特征谐波，投资增大电力系统三相不平衡及其改善措施对继电保护和自动装置的影响对继电保护和自动装置的影响负序分量导致继电保护和自动装置误动作负序分量导致继电保护和自动装置误动作对线损的影响对线损的影响负序、零序
14、导致总损耗增大负序、零序导致总损耗增大对计算机的影响对计算机的影响中性点电位漂移，对计算机产生噪声干扰，造成计算机无中性点电位漂移，对计算机产生噪声干扰，造成计算机无法正常工作法正常工作电力系统三相不平衡及其改善措施3. 三相不平衡的改善措施三相不平衡的改善措施（1 1）将不对称负荷合理分布于三相，使各相尽量平衡）将不对称负荷合理分布于三相，使各相尽量平衡（2 2）将不对称负荷分散接于不同供电点，减少集中连接造）将不对称负荷分散接于不同供电点，减少集中连接造成的不平衡度过大成的不平衡度过大（3 3）将不对称负荷接入高一级电压供电）将不对称负荷接入高一级电压供电（4 4）将不对称负荷采用单独的变
15、压器供电）将不对称负荷采用单独的变压器供电（5 5）采用特殊接线的平衡变压器供电）采用特殊接线的平衡变压器供电（6 6）加装三相平衡装置）加装三相平衡装置电力系统三相不平衡及其改善措施2. 原理举例原理举例（1） 将不对称负荷合理分布于三相将不对称负荷合理分布于三相S1S4S2S3S5S1S2S4S3S5S1=5MVA，S2=15+j7MVA， S3=10+j2MVA， S4=20+j9MVA， S5=25+j8MVA电力系统三相不平衡及其改善措施（2）加装三相平衡装置）加装三相平衡装置原三相不平衡系统为含单相负荷原三相不平衡系统为含单相负荷R R在其他两各相间分别适配电感和电容构成三相系统在
16、其他两各相间分别适配电感和电容构成三相系统acbacb电力系统三相不平衡及其改善措施（3）理想补偿导纳网络）理想补偿导纳网络三相负荷导纳不等三相负荷导纳不等在每相负荷上并联一个补偿电纳，数值等于：在每相负荷上并联一个补偿电纳，数值等于：电力系统三相不平衡及其改善措施（4）在两相之间并联电容）在两相之间并联电容电容的大小和连接位置取决于各相的等值负序电流的大小电容的大小和连接位置取决于各相的等值负序电流的大小和相位和相位（5）引入附加电动势）引入附加电动势此附加电动势的大小应抵消负序电压此附加电动势的大小应抵消负序电压如：利用可调节抽头的变压器如：利用可调节抽头的变压器电力系统三相不平衡及其改善措施
