三相电不平衡的危害及解决措施

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2.危害
1．增加线路的电能损耗
在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻
抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比,当相电流
平衡的时候，系统的电能损耗最小。
例如设某系统的三相线路、变压器绕组每相的总阻抗为Z(暂不
记中性线)，如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A,IC=100A,
不平衡。 由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分
量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁
场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正
序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。
而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，
从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，
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正如通常我们所说的电流值的大小是电流有效值一样，我们
前文所述的SVG分流电流的大小也是在一定时间内的有效值。而 实际上SVG补偿三相不平衡时开关器件的动作都是瞬时的。
在某一个瞬时，C相的IGBT动作，将C相的交流电整流为直流 电之后储存在SVG内部的母线电容中，如图2所示。
图2
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而在另一个瞬时，A相的IGBT动作，装SVG内部的母线电容 （A、B、C公用同一组母线电容）上的直流电进行逆变，然后释 放到系统A相上，如图3所示。
可见不平衡度愈严重，所造成损耗越大。
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2．降低配变变压器出力以及增加铁损
配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的， 其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出 力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平 衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出 力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负 载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不 平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦 相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即 极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。配变产生零 序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流， 该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则 零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中 将产生零序磁通。
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3、电感与电容组合调整
此种方法是在不平衡的三相中、选择在相与相之间跨接电容 与电阻，可提高每相的功率因数，转移相间有功功率，以平衡三 相电流，但此方法需要投入电感，在调节不平衡电流装置中安装 电感式件很麻烦的事情，电感又大又重，成本也高，损耗也大， 虽说电网中大多数负载为感性，可利用其中的电感，只需接入电 容，但接入电容很讲究方法，稍有不合理便不能达到理想的治理 效果，所以从经济性、简易性角度此方法还需考虑。
间的电压为380V，任一火线对地线的电压为220V； Y形接法的负载引线为三条火线、一条零线和一条地线，三
条火线之间的电压为380V，任一火线对零线或对地线的电压为 220V。
三相电电器的总功率等于每相电压乘以每相电流再乘于3， 即总功率=电流×电压（220V）×3（p=U×I×3）
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二、三相电不平衡的危害 1.概述
总损耗=100²Z+100²Z+100²Z=30000Z。
如果三相电流不平衡，IA=50A，IB=100A,IC=150A，
总损耗=50²Z+100²Z+150²Z=35000Z。
比平衡状态的损耗增加了17%。
在最严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A,IC=300A，
总损耗=300²Z =90000Z。比平衡状态的损耗增加了3倍。
图3
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盛弘 SVG的动作是瞬时的，而在某一段时间内其收发电流的 有效值却是平衡的，因此可以将其动作的结果理解为分流作用， 使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态。 当系统三相电流都偏离平衡点时，补偿原理与以上所述的两相偏 离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流存储 到SVG母线电容中，然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某 相。
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6. 影响电能计量影响
根据对称分量法，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的 正序、负序、和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必 然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电 流在变压器内环流，不会向系统传递，但负序电流分量可以豪 无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。
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如图1所示，假设A、B、C三相负载电流分别为：5A、10A、 15A，这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡，三相 电流完全平衡的状态应该是A、B、C三相电流全部为10A。
图1
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盛弘SVG在运行时，会通过外接电流互感器（CT）实时检测 系统电流，然后将CT采集到的电流信息发给内部控制器进行处理， 经过控制器分析之后， SVG就会发现系统的电流不平衡状态，同 时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值。以图1为例， A相电流想达到平衡状态则需要增加5A的电流，B相电流正好为 10A无需调整，C相电流想达到平衡状态则需要减少5A的电流。计 算完成之后，控制器就会通过IGBT驱动电路来驱动IGBT动作，从 而使得电流从系统C相流入SVG 5A，从SVG内部流出5A到系统A相。 从而使得A、B、C三相电流全部重新分配为10A，而系统的三相总 电流保持不变。当然，这一系列的计算及控制动作都是在很短的 时间内完成的，并且，在这一过程中 SVG只是起到一个重新分流 的作用，只需消耗很小一部分的能量（如风扇运转、控制器件的 能量消耗、开关器件的能量消耗）。
三相电不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压） 幅值不一致，且幅值差超过规定范围。各相负载分布不均、单 相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相 不平衡的主要原因，由于城市民用电网及农用电网中存在大量 单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。电 网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的 铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造 成因三相电压不平衡而降低供电质量，甚至会影响电能变的精 度而造成计量损失。
2 、增加短路容量
将不对称负荷接到更高的电压的级上供电，使连接点的短路
容量足够大，以提高系统承受不平衡的负荷能力。此方法改善了
三相不平衡的用电环境，但没有实质性的解决三相不平衡问题，
且同样存在一个客观问题，用电设备都有自己的额定电压，一般
正常运行所允许的电压偏差范围并不大，所以将负荷接到更高电
压等级供电的方法不是很实际。
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（二）新型三相平衡技术 1、APF\SVG
一般出现三相不平衡的电力系统功率因数都比较低，这就形 成了一种需求，要是能有一款产品能在治理三相不平衡的同时又 能补偿无功，那么这在电能质量治理领域会是很具性价比的一款 产品。
盛弘有源滤波器（APF）及静止无功器（SVG）便是一款兼 具三相不平衡及无功补偿的产品，它们可以在补偿无功提高功率 因数的基础上，解决三相不平衡电流。其原理是通过CT实时检测 电流信息，然后将采集信息发给DSP数字控制处理器分析，之后 驱动功率电路、和利用内部储能电容将系统三相不平衡电流转移、 均匀分配，使三相电流达到平衡状态，具体原理如下(以SVG为 例)：
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由于盛弘SVG治理三相不平衡面向的对象是电流且实时采集， 使得无论负载分布如何、用电时间不一致，只要实时检测的三相 电流因负载变化导致不平衡，SVG都能快速动作平衡电流。这就 解决了三相不平衡传统解决方法中的客观局限性。而且相比“电 感与电容组合调整”这类不平衡治理方式，盛弘SVG治理三相不 平衡时安装更简便、无需前期繁琐的计算、接入方法的堪忧，能 即装即治。
三相电不平衡的危害及解决措施
一、三相电 二、三相电不平衡的危害 三、三相电不平衡的解决措施
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一、三相电
1.概念
三相电是一组幅值相等、频率相等、相位互相差120°的三相 交流电，由有三个绕组的三相发电机产生。
2.三相电负载的接法
分为三角形接法(符号△)和星形接法(符号Y)。 三角形接法的负载引线为三条火线和一条地线，三条火线之
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高压侧没有零序电流这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构
件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构
件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温
度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿
命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。
3．电动机效率降低
配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相
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在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带 的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则 可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电 设备的安全运行。
5. 影响用户用电质量
当三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路 压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出 现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。 而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝 缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三 相电压不平衡，会引起电机过热现象。所以只有三相负荷平衡 才能保证用户的电能质量。
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三、三相电不平衡的解决措施
（一）传统解决方法
1、均匀分布负荷
将不对称负荷分散到不同的供电点，减少集中连接导致的不
平衡度超标，此种方法无需任何设备投资，只需将单相负载均匀
分布到A、B、C三相就可以改善三相不平衡，但我们需要面对一
个客观的问题，各个用户的负荷量不一致且用电时间不一致，又
不能人为控制，因此不能从根本上解决问题。
也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不
平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。
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4．影响用电设备的安全运行
三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡，轻则 降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过 多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧 毁等严重后果。由于配变是根据三相负载平衡运行工况设计的， 其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相 负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也 基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。当配变在三相 负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三 相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时， 配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性 线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中 性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低， 而负载轻的一相电压升高。