电压质量监测

节电因素分析

第一章三相不平衡

一、什么是三相不平衡

三相不平衡是指三相电源各相的电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡。该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。

附：《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)

1 主题内容与适用范围

本标准规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法。

本标准适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的公共连接点的电压不平衡。

2 术语、符号

2.1不平衡度ε unbalance facor ε

指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电压或电流不平衡度分别用εu或εI表示。

2．2正序分量Positive—sequence component

将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后，其正序对称系统中的分量。

2．3负序分量negative—sequence component

将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后，其负序对称系统中的分量。

2．4公共连接点Point of common coupling

电力系统中一个以上用户的连接处。

3 电压不平衡度允许值

3.1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％(取值见附录

A)。

电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定，例如旋转电机按GB755《旋转电机基本技术要求》规定。

3．2接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1．3％，根据连接点的负荷状况，邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动、但必须满足3．1条的规定。

4 用户引起的电压不平衡度允许值换算

电压不平衡度允许值一般可根据连接点的正常最小短路容量换算为相应的负序电流值，为分析或测算依据；邻近大型旋转电机的用户，其负序电流值换算时应考虑旋转电机的负阻抗。有关不平衡度的计算见附录B。

5 不平衡度的测量(见附录A)

附录A 不平衡度的测量和取值(补充件)

A1本标准中ε值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产(运行)周期中的实测值。例如炼钢电弧炉应在熔化期测量；对于日波动负荷，可取典型日24h测量。

A2本标准规定的正常ε允许值，对于波动性较小的场合，应和实测的五次接近数值的算术平均值对比；对于波动性较大的场合，应和实测值的95％概率值对比，以判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能超过的限值。

为了实用方便，实测值的95％概率值可将实测值(不少于30个)按由大到小次序排列舍弃前面5％的大值，取剩余实测值中的最大值；对于日波动负荷，也可以按日累计超标时间不超过72min，且每30min中超标时间不超过5min来判断。

A3不平衡度测量仪器应满足本标准的测量要求。每次测量，一般按3s方均根取值，对于离散采样的测量仪器，推荐按下式计算：

(A1)

式中：εk——在3s内第k次测得的不平衡度；

m——在3s内均匀间隔取值次数(m≥6)。

对于特殊情况，由供用电双方另行商定。

仪器的电压不平衡度测量的绝对误差不超过0．2％；电流不平衡度测量的绝对误差不月过1％。

二、低压电网三相平衡的重要性

1．三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。

2．三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。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。

3．三相负荷保持平衡是节约能耗、降损降价的基础。三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而增大线路损耗。实践证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高2％-10％，三相负荷不平衡度若超过10％，则线损显著增加。

有关规程规定：配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10％，中性线电流不应超过低压侧额定电流的25％，低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于20％。通过电网技术改造，要真正使低压电网线损达到12％以下，上述指标只能紧缩，不能放大。

4．只有三相阻抗平衡，才能保证低压漏电总保护良好运行，防止人身触电伤亡事故。

三、三相负载不平衡的影响

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。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。

2．增加配电变压器的电能损耗。配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

3．配变出力减少。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。

4．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。(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。

5．影响用电设备的安全运行。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