三相負荷的平衡與節電研究

何 平

（富順縣富益電力股份有限公司，四川 自貢 643200）

目前所有供電網都采用三相制，但某些用電設備，不適于三相用電，僅適于單相用電，這樣的設備接于電網上必造成三相電流不平衡。不平衡的電流在系統各相中產生不同的電壓降落，導致系統電壓的三相不平衡。其主要危害論述如下：

1 對感應電機的危害

三相電壓不平衡，在感應電動機的定子上便產生一個逆序旋轉磁場，感應電機在正逆兩個磁場的作用下運行。因正序旋轉磁場比逆序旋轉磁場強大得多，故感應電機的旋轉方向仍為正序方向相同，但轉子逆阻抗很小，故逆序電流較大，又因為有逆序電流、逆序磁場存在，而產生較大的逆序制動力矩，使電動機輸出功率大小減小，電動機繞組要過分發熱。

2 影響變、配電設備的出力，增加電能損耗

發、供、變電設備的容量都是在三相負荷平衡的條件下設計確定的。如果三相負荷不平衡則電容量必然減少。

變壓器、供電線路的電能損耗，都與其負荷電流的平方成正比，即按I2R關系變化。故在供同樣容量時，三相電流不平衡比平衡電流損失要多很多。

3 不平衡的三相電流易引起零序繼電保護誤動作。

三相三線網路中，當三相電流平衡時，所產生的磁通可互相“抵消”而等于零。如果三相三線網路中有一相或兩相電流與另一相或兩相電流相差很大，各相所產生的磁通不能完全互相“抵消”，則必呈現一定的磁場。

零序繼電保護就是利用這一原理進行工作的，如三相電流不平衡太大，雖非事故也能引起零序保護的誤動作，使零序保護失去保護作用。

為了將不平衡的三相負荷轉化為平衡的三相負荷，以解決因供電不平衡而帶來的不利影響，有很多辦法。下面就兩臺單相變壓器供電法；三臺單相變壓器供電法；V接三相——單相轉換裝置法；變壓器——電容器相平衡法；容抗平衡法；移相平衡法論述如下：

1 兩臺單相變壓器法

用兩臺單相變壓器，其中一次側V接線，二次側倒轉一相串聯，如圖1所示。

從網絡取三相電流，而負載為單相，這樣，網絡的三相電流比用一臺單相變壓器的電流平衡。

2 三臺單相變壓器法

三臺單相變壓器供單相負載時，變壓器一次側Y接線，三臺變壓器的二次側串聯，如圖2所示。

這樣二次側端電壓為變壓器二次側額定電壓的2倍，當A、B、C三相電壓互差120°時，二次電壓關系如下：

Eao=Ebo=Eco 互差 120°

因Eao與Ebo相 差120°，故Eao+Ebo=Eab， 又 因 為Eab與Eco大小相等，相位相同，因此，Eab+Eco=2Eao=2Eab=2Eac=Exyo

這種接法，二次端電壓（Exy）為每臺變壓器二次額定電壓的二倍。因變壓器二次繞組三臺串聯，為變壓器二次額定電流所限，三臺單相變壓器實際負荷能力，為三臺變壓器總容量的2/3倍。

3 V接三相——單相轉換裝置法

這種裝置是一個V形連接的變壓器輸入三相電流，輸出單相負荷，變壓器輸入的三相電流是不平衡的，可用一組電容器Qp使之平衡，這組電容器同樣可以起到補償工率因率作用。V接變壓器的兩個一次繞阻中各裝有載調壓開關，用它調整變壓比以改變二次電壓，配合用電設備對電壓和電流的不同要求。由于兩個變壓器的變比不同，也可以改變單相負載的相角，使單相負載能在各種功率因數下恰好與電容器Qp組成全平衡的關系，達到了不調整或少調整電容的目的，簡化了操作，又有滿意的平衡效果。如果單相負載沒有需調整電壓的必要，變壓器一次側可不備調壓開關，這時需調整Qp的容量，以適應二次負載變化的需要。

這種裝置如圖3所示。

4 變壓器——電容器相平衡法

這一方法接線的特點是電容器既起到相平衡作用，又起到功率因數補償作用，在經濟上是合理的。

這種方法的原理接線如圖4所示。

圖中的Rf與Xf是單相負載的電阻和阻抗，Tp是平衡變壓器，其變壓比為N，Qp是平衡電容器。

5 容抗平衡法

這是解決大容量單相感性負載接入三相電網，并使其三相電流平衡的一個方法。它的特點是按一定的容量比例在三相電網接入單相負載的同時接入一組平衡電容器與一組平衡電抗器，用以組成三相平衡電流。這樣就能拒單相負載匹配成三相對稱的負載，消除了逆序電壓，改善了供電質量，節約線路電能損耗。

這一方法的原理接線如圖5所示。

6 移相平衡法

所謂移相平衡法是為了區別于上述各種方法。在使單相負載轉化為三相平衡負載時不需附加平衡電容器，平衡變壓器、平衡電抗器之類設備的一種方法。嚴格講，上述幾種方法也是通過移相來實現三相電流平衡的，這一方法又用電容器來移相，這些電容器作為移相用，又作為補償用，所以是經濟合理的，在很多條件下比前幾種方法優越。

移相平衡法可采用以下兩種方法中的任何一種，均能實現三相電流平衡。

（1）在接有單相負載的三相電力系統中，在一定的相序間加裝一定數量的電容器，使這些電容器既起到補償功率的作用，又利用它與負載電流方向不同的電流來移動相位，將單相電流轉化為三相平衡電流。

（2）當兩個單相負載接成“V”形或三個功率不等的單相負載接成“△”形成“V”供電時，三相電流是不平衡的。但當采用了移相平衡法后，不需附加任何設備，即可使上述三種方式運行不平衡的三相電流，轉化成平衡的三相電流。

移相平衡法的幾種接線：

A在三相供電網上A、B相間接一單相負載P2，另設一組電容量Qab、Qcb、Qca分別接于電源，按三角形接線，如圖6所示。

B如果另有一個單相負載P1，將P1接于B-C相間，將平衡電容器接于C-A相間，如圖7所示。

C由兩個單相負載P1和P2同時投入運行，經加裝了平衡電容器平衡的三相平衡系統，如圖8所示。

通過以上幾種連接方法，都可將不平衡的三相負荷轉化為平衡的三相負荷，從而達到節電的目的。

參考資料

[1]電工與電子基礎.北京：機械工業出版社，1980（07）.

[2]用電安全技術.石油化學工業出片社，1977（02）.

[3]電器安全工程學.北京經濟學院勞動保防工程系編.

[4]水電站電氣設備運行與維修[M].北京：中國水利水電出版社，2006，07.