浅谈三相电压不平衡

浅谈三相电压不平衡

摘要：三相电压不平衡是电力系统运行中的常见非正常现象，本文浅析了中性点接地与非接地的三相系统在正常、事故情况下产生电压不平衡基本理论知识；三相电压不平衡对电力系统以及电力用户的危害；从理论上探讨了改善三相电压不平衡的切实可行措施方法；并给出了三相电压不平衡的国家执行标准。

关键词：电压不平衡不平衡危害改善措施标准

0 引言

在市场经济不断深化，国家电网公司提出建设”一强三优”的现代企业的战略目标的形势下，电能质量问题备受电力供应企业与电力用户的关注。提供优质的电能是电力企业的责任，然而随着国民经济的蓬勃发展，电力网负荷急剧增大，特别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长，使得电网发生电压波形畸变、电压波动与闪变和三相不平衡等电能质量问题。这些特征量是评定电能质量的重要指标，三相电压不平衡在电力系统正常运行与异常运行情况下均有出现，而且长时间不平衡严重影响系统正常运行，甚至损坏电气设备，所以保证三相电压平衡更具有重要意义。

1正常运行的三相电压不平衡

三相导线的不对称排列可能使各相导线对地电容不相等而引起三相电压不平衡。设三相对地电容为Ca、Cb、Cc，对于中性点非直接接地系统，由于导线换位不良所造成的不对称电压Upd，当考虑各相绝缘的对地泄露电阻时，不平衡电压Upd为：

Ca、Cb、Cc--系统的三相对地电容

假设三相电压平衡，各相泄漏电阻相等，即ra=rb=rc，则

系统采用中性点经消弧线圈接地可补偿对地电容不相等而引起三相电压不平衡问题，则不平衡电压如下[1]：

消弧线圈接地系统正常运行时电压不平衡的大小与补偿度有关，补偿度越小，中性点电压越高，三相电压愈不平衡；补偿度等于零，即谐振补偿时，中性点的电压最高即电压不平衡情况越严重。因此，一般规定补偿度选取原则是过补偿5～30%，欠补偿20～30%。

当消弧线圈调谐不当和系统对地电容处于串联谐振状态时，会引起中性点电压过高，从而引起三相对地电压的严重不平衡。这种由零序电压引起的三相电压不平衡并不影响三相线电压的平衡性，因此不影响用户的正常供电，但对输电线、变压器、互感器、避雷器等设备的安全是有威胁的，必须加以控制。

2电网事故情况下的三相电压不平衡

2.1中性点非直接接地系统单相接地

中性点非直接接地系统如果线路对地电容平衡，即线路换位很好，则中性点的对地电压为零。当发生单相接地时，例如C相接地，则C相对地电压Uc=0；中性点对地电压将由零变为相电压；A相和B相的对地电压变为线电压，即发生了三相电压不平衡。同样三相电压不平衡并不影响三相线电压的平衡性，用户可以正常供电，但电气设备承受电压升高，绝缘受到威胁。此种系统异常如图1所示。

2.2输电线路的断线

线路只断开一相或两相的情况为不对称断开，此种情况将造成三相电压不平衡，系统参数合适，严重时将产生过电压。主要产生原因是由于短路和其他原因使一相或两相熔断器断开，线路上的断线等。运行经验表明，当线路末端接有中性点绝缘的空载或轻载变压器时，不对称断开可能引起铁磁谐振过电压，大多数情况将发生相位反倾，致使接于变压器低压绕组上的电动机的旋转方向发生改变。

2.2.1中性点绝缘系统单相断线

①单相导线断线，且电源侧导线接地

此种情况等值接线图如图2所示

在图中A相导线断开，且电源侧的导线接地，A相电流将流经地及导线断开部分的对地电容C0，之后分两个支路，一条支路经相间电容C，另一条支路经变压器的电感LB，最后到达B、C相电源，形成回路。由于电源完全对称，可以认为，变压器零点的电位和相间电容星形接线的电位是一样的。

由图2可知，断开而未接地部分的导线对地电容C0上的电压为

C1、C2线路的正序电容、负序电容

C0线路断开而未接地部分的导线对地电容

当C1= C0和C1= 2C0两种极限情况时[2]，断线相A相未接地部分对地电压升高，此时电压出现不平衡现象，电压升高情况与变压器的励磁特性有关，最高可达额定相电压的2.8倍。

②单相导线断线，且无导线接地

此种情况等值接线图如图3所示

电流将经过A相电容C0后，一支流经b、c相的零序总电容，回到电源；另一支流经A相电容C0后，再分别流过电容C和变压器的电感LB，回到B、C相电源，形成了闭合回路。

这种情况的断线相电压升高除与变压器的励磁特性有关之外，断线位置对电压不平衡也有很大关系，当X`C0/ Xc1=0时最严重，C`0减少时，三相电压不平衡相对也减少；而断线处离电源越远，三相电压不平衡越严重，即过电压也越高。

地区系统曾发生过某全长14.5km的线路在5.1km处B相断线，并且两侧均未接地，末端变压器带0.8MW负荷，末端三相电压严重不平衡，三相电压：Ua=40kV、Ub=80kV、Uc=40kV。

2.2.2中性点接地系统一相断线

这种情况的简化接线如图4所示，其中Z代表相间电容C和变压器电感并联后的阻抗。电流流经电容C0和阻抗Z串联的回路，产生了三相不平衡现象，并且有过电压产生。

3三相电压不平衡的国家标准

作为电能质量指标之一的”三相电压允许不平衡度”，是针对正常不平衡运行工况制定的。

标准规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。这是基于重要用电设备（旋转电机）标准，电网电压不平衡度的实况调研，国外同类标准以及电磁兼容标准进行全面分析后选取的[1]。

4结束语

三相电压不平衡做为衡量电能质量的重要指标，对电力系统的安全、优质、经济运行具有重要影响，本文做以简要探讨。保证三相电压不平衡度在合格范围内，需要电力供应企业与电力用户相互配合，共同努力，采取一切可行措施，维护电力网的正常运行。

参考文献

[1]林海雪《电力系统的三相不平衡》中国电力出版社1998

[2]东北电业管理局调度通信中心《电力系统运行操作和计算》辽宁科学技术出版社1997