三相不平衡問題探究

金文佩,曾若鋒,王國慶

（廣州供電局有限公司荔灣供電局,510150）

三相不平衡問題探究

金文佩,曾若鋒,王國慶

（廣州供電局有限公司荔灣供電局,510150）

三相不平衡是指在電力系統中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規定范圍。造成三相不平衡的主要原因是三相負荷不均衡，屬于基波負荷配置問題。技術人員對此要采取有效的調節治理措施。筆者根據相關工作經驗，主要探析三相不平衡問題，供大家參考和借鑒。

三相不平衡；問題

0 引言

我國的低壓配電網點多面廣、結構復雜、負荷性質多樣、負荷變化波動大。并且隨著人們生活水平的不斷提高，大功率用電設備越來越多，用戶的用電水平和用電規律參差不齊，再加上治理三相不平衡的方法相對欠缺，管理不到位，導致三相負荷的不平衡問題日益突出，嚴重影響著供電質量以及低壓配網運行的安全性。三相不平衡問題亟待得到解決。 這應該引起我國電力行業相關問題的重視，采取有效方法解決這一問題。

1 三相不平衡的計算方法

根據我國電力行業的標準規定，不平衡度計算公式為（最大電流 - 最小電流）÷最大電流×100%。同時國家規定三相負荷不平衡度不應大于15%，只帶少量單相負荷的三相變壓器，中性線電流不應超過額定電流的25%。技術人員需要嚴格按照這一方法三相不平衡度。

2 三相不平衡的危害

目前我國低壓配網三相不平衡問題非常普遍，損耗高、缺陷多，運行可靠性差，威脅電網安全運行。三相負載不平衡問題對電力系統、用戶供電等都帶來了嚴重的危害，主要表現在以下幾個方面：

(1)三相電流不平衡產生零序電流，增加中性線線路損耗，在中性線產生壓降，從而導致中性點漂移，致使三相電壓發生變化，負載重的一相電壓降低，而負載輕的一相電壓升高，過電壓影響用電設備的安全運行；如果在TN-C系統，中性點漂移，導致PEN線帶電，帶來安全隱患。

(2)三相電流不平衡致使配電變壓器實際出力減少，配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制，當配電變壓器處于三相負載不平衡工況下運行，負載輕的一相就有富余容量，從而使配電變壓器的實際出力減少；

(3)三相電流不平衡致使配電變壓器鐵芯中將產生零序磁通。由于變壓器高壓側采用角接方式無零序電流通道，這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道，而鋼構件的導磁率較低，零序電流通過鋼構件時，即要產生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構件局部溫度升高發熱，高溫可導致配電變壓器的繞組絕緣老化加速，導致變壓器壽命降低。

3 三相不平衡的治理的方法

傳統治理三相不平衡的手段相對欠缺，而且投入大、效率低、不能從根本上解決三相不平衡問題，傳統主要解決方法如下：

（1）通過人工改線調整負荷。這種方法使用率最高，但其人力投入大，需切斷用戶供電，而且難以長期適應負荷的變化規律。

（2）自動換相器。自動換相器采用永磁繼電器對單相負載進行換相，永磁繼電器受控于遠程控制器，對通信可靠性要求極高，換相實時性低，；永磁繼電器壽命有限，可靠性差；且安裝點多，實施難度大，投入大，性價比差。

（3）通過電容、電感進行補償。電容、電感可以濾除諧波，并對三相不平衡起到一定的補償作用，但這種方法成本高，而且也不能做到實時跟蹤無極補償調節。

4 大功率電力電子同步補償器同步轉移補償裝置介紹

在大功率基礎上，電力電子同步補償器和同步轉移補償裝置有一定的特殊性，以下具體分析。

（1）三相不平衡補償介紹。大功率電力電子同步補償裝置融合了IGBT技術、SVG技術、智能控制技術等多種技術融合，裝置利用采樣電路實時采集低壓配電線路的三相電壓、三相電流等運行參數，通過模型運算計算出三相間的不平衡負荷和需要補償的電流，然后根據裝置設定的值來控制 PWM信號發生器發出控制信號給內部的IGBT使逆變器產生滿足要求的電流信號。三相負荷平衡調節裝置在上電瞬間就能根據采樣電路的交流采樣分析出三相間的負荷不平衡情況，DSP運算出需要補償的電流值和相位，由信號發生器發出PWM信號給IGBT驅動，由逆變器產生一個滿足要求的電流信號送入到系統中，實現三相負荷平衡調節。（2）雙向動態無功跟蹤補償 。大功率電力電子同步補償裝置可利用調節三相不平衡后剩余的裝置容量實現感性、容性雙向動態無功跟蹤補償，裝置根據外部電流互感器，實時檢測負載電流，并通過DSP計算來分析負載電流的無功含量，然后根據設定好的補償范圍來控制PWM信號發生器輸出PWM信號到IGBT驅動電路，使逆變器產生一個與系統無功分量大小相等、方向相反的無功電流接入系統，從而達到實時動態跟蹤補償無功的目的。動態無功補償的閉環響應時間小于10ms，可實現功率因數雙向精細補償。

5 治理三相不平衡的技術特點

三相不平衡治理技術功能強大，能夠完美解決三相電流不平衡。同時能夠精確補償無功電流，提高功率因數 3、濾除諧波，減少諧波干擾 4、減少線路損耗。具體來說，性能卓越：不平衡補償＜3%；功率因數 ≥0.99；電流畸變率＜5%；整機效率＞97.5%。治理過程安全可靠：成熟的功率模塊和控制技術；采用工業級器件、芯片；自我檢測、故障診斷、自恢復功能。技術人員在治理過程中會產生技術參數，補償效果：額定容量內補償后PF≥98%；裝置效率：整機效率 ≥97.5%；三相不平衡補償：額定容量內補償后三相不平衡度 ≤5%；響應時間：瞬時響應≤100us，完全響應 ≤5ms；補償功能：具有連續、平滑、線性無功補償，可雙向補償（解決無功倒送）；采用LCD彩色液晶面板，觸摸按鍵操作，實時顯示系統各種數據；保護功能：并聯接入，具備過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、短路、抗干擾等軟硬件保護，故障做到軟切除；一機多用：可以同時具有無功補償功能優先、不平衡補償功能優先、諧波治理優先等，并可以自由選擇。

6 總結

綜上所述，在我國電力系統運行過程中，三相不平衡問題會帶來極大的危害。為了避免這些危害，技術人員可以采取科學的方法治理三相不平衡問題，從而保證電力系統供電的正常性。文章主要從“三相不平衡的計算方法，三相不平衡的危害、三相不平衡的治理的方法、大功率電力電子同步補償器同步轉移補償裝置介紹、治理三相不平衡的技術特點 ”等方面探析三相不平衡的相關問題。希望通過本文本的研究對三相不平衡問題治理水平的提高有所幫助。

[1]王恒利,付立軍,肖飛,揭貴生,朱威.三相逆變器不平衡負載條件下雙環控制策略[J].電網技術,2013,02:398-404.

[2]曾祥君,胡京瑩,王媛媛,熊婷婷.基于柔性接地技術的配電網三相不平衡過電壓抑制方法[J/OL].中國電機工程學報,2014(04).

[3]曾祥君,黃明瑋,王文,陳銳,范必雙.配電網三相不平衡過電壓有源抑制方法研究[J].電工技術學報,2015,09:61-69.

Research on three phase unbalance problem

Yu Wenpei,Zeng Ruofeng,Wang Guoqing
（Liwan Power Supply of Guangzhou Power Supply Co. Ltd.,510150）

Unbalanced three-phase current (or voltage) amplitude is not consistent in the power system, and the amplitude difference exceeds the specified range.The main reason for the unbalanced three-phase load is the unbalanced three-phase load,which is a fundamental problem.Technical personnel to take effective measures to regulate and control.According to relevant working experience,the author mainly studies the three-phase imbalance problem,for your reference and use for reference.

three phase imbalance;problem

項目：“本論文來源為低壓配電網三相智能調荷開關的研究與應用項目”