三相不平衡技术方案
BF-TSF三相不平衡动态无功补偿装置
技术方案
概述：
目前，学校、商场、宾馆、饭店及综合办公楼等场所的用电情况，使用的
多为单相(220V)电感性电器。单相负荷已经在低压配电网中占有相当大的比例,由于单相负荷投入的不同时性以及在低压电网建设改造和运行维护的不到位,导致了低压配电网三相负荷分配不平衡，由此对低压配电网的运行造成了一定的
影响，本文对此进行了原因分析并提出一些切实可行的解决措施。，因自身功
率因数较低，需要进行无功自动补偿，文章通过对无功自动补偿的性质和安装
位置的分析，结合实际工程采用的情况，说明了在上述范围内(三相负载不平衡配电系统)采用分相分组电容补偿比其他补偿方式具有明显的实际效果和无可比
拟的优越性。
当前城乡配电网中大部分配电变压器均采用三相变压器，变压器出口三相
负荷理论上应该达到对称，但是在低压配电网中存在大量的单相负荷,由于单相负荷分布的不均衡和投入的时间不同时性,使得三相负荷不平衡成为低压电网运行维护中一个比较突出的问题,笔者从电能质量和电网损耗两个方面来分析三相
负荷不平衡所带来的影响,同时就此提出一些切实可行的解决措施.
1三相负荷不平衡产生对电能质量的影响分析
目前在10千伏配变的绕组接线都采用Dyn0或者采用Yyn0的接线方式，配变一次绕组无中性线、二次绕组中性线接地,并接有零线。在二次低压供电方式中一般采取3相4线制供电。配变低压侧3相负荷不平衡直接体现在3相负荷电流的不对称，从电机学的原理来分析3相不对称电流可以分解为对称的正序、负序、零序电流，也可以简单的看成是对称的3相负荷加上单相负荷的叠加。由于配电变压器的一次绕组没有中性线，所以在二次绕组侧产生的零序电
流无法在一次绕组中平衡，零序电流在零序电阻上产生电压降直接导致了在配
变二次侧产生了中性点位置偏移。
同样根据简单的电路原理也可以分析出，由于在
A、B、C相的负荷不等，所以在
A、B、C三相上的电流也就不等，那么
A、B、C三相电流矢量和一般不等于0,也就是在中性线上的电流一般不等
于0,也即零线电流一般不等于0,在实际情况下,零线的电阻是不等于0的,这样在零线上就存在电压,形成了中性点位移，导致了
A、B、C相的相电压不对称，当某一相上接的负荷越大，这一相上的电压
也就越低，而另外两相的电压将变高，所以当三相负荷的差值越大，也就是三
相负荷的电流不平衡度越大，那么中性点的位移也就越大，所以导致电压的偏
差也就越大。在城区配网中大多数低压负荷为照明和家用电器，这些都是单相
负荷，同时用户的单相负荷的启用时间又不同时，所以三相电流的不平衡将会
很明显，导致了某些用户的电压偏低，有些用户的电压偏高，特别是在夏天用
电高峰期间，我们发现在有些配变的某一相上接了多台空调，在同时启动是就
会产生单相电流严重超过其他两相，导致该相上的电压偏低，使有些用户的电
器无法启动。这就是3相负荷不平衡导致3相电流、电压出现不对称的产生的
原因。
2三相负荷不平衡对线损的影响分析：
2.1三相负荷不平衡造成低压线路电能损耗增大。低压配电线路有三相四线
制、三相三线制、单相二线制等供电形式，线路交错繁杂，各相电流不平衡，
沿线负荷分布没有一定规律，并且缺乏完整的线路参数和负荷资料，所以要准
确地计算线路损耗是比较困难的，目前利用电流或者电压的不平衡度结合电流
电压的向量计算在实际情况下比较复杂同时在实际应用中也不太切实可行，笔
者在本文中利用一种简单近似的方法推导出因为的对低压配网的损耗影响，
以目前低压配网常见的三相四线制的接线方式分析，设定3相负荷平衡下3相负荷为3P负载=PA+PB+PC=3P（PA=PB=PC=P），此时的线路损耗为设定P损
（IA=IB=IC=I，RA=RB=RC=R），假设三相负荷耗=IA2R+IB2R+IC2R=3IA2RA=3P2/U2
出现最严重偏相的情况下，即出现二相缺相运行，假设所有负荷接在C相的情况上运行，同时认为每个电气节点的电压相等，
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P损耗=IC*R=（3P/U）*R=9P2/U2 *R=9P
可以推出当出现负荷最严重偏相时，低压线路的损耗增加了6倍。
目前由于低压电网的3相负荷分布不均的现象比较普遍，负荷分配的实时
变化很大，所以如果引入实际情况下的电流、电压的矢量值计算非常烦琐，而
且意义不大，笔者在这里引入一种平均不平衡度的计算，在正常的误差范围
内，可以说明负荷分配的不平衡对电网低压线路的损耗变化的影响，设定三相
负荷为P
A、P
B、PC，三相的平均负荷为Pav为（PA+PB+PC）/3，假定各相功率因数相同,每个电气节点的电压相等，三相的负荷的平均不平衡度对应为△
A、△
B、△C，（△A=（PA-Pav）/ Pav的差值）相线的功率损耗为：
P损耗=IA2*R+IB2*R+IC2*R=[Pav（1+△A）/ U]2*R+[Pav（1+△B）/ U]2*R+[Pav（1+△A）/ U]2*R=（U/R）2*Pav2[（1+△A）2+（1+△B）2+
（1+△A）2]=（Pav*U/R）2 *[（1+△A）2+（1+△B）2+（1+△C）2]
因为△A+△B+△C=0，所以P损耗=（Pav*U/R）2*[3+△A2+△B2+△C2]，对此我们可以通过负荷实际测量出
A、B、C的实际负荷数值推出配变台区的相线低压损耗。
此外，在三相系统中每个相线对星形接法的中点电压间有120°的相位移动，故当每相的负荷相等时，在零线上的电流为零。当三相负荷不均衡时，零
线电流等于3相不平衡电流的矢量和，在抵消基波电流后的不平衡电流流入零线，由于谐波的影响，零线电流可以达到相线电流的 1.5倍。此零线电流在零线回路造成的损耗在低压线路损耗中也占有一定的比例。
2.2三相负荷不平衡造成配变自身电能损耗增大。
配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行，在低压侧产生零序电流。对于
Y/Y0接线的配电变压器来说，变压器高压侧无中性线，所以高压侧无零序电
流，低压侧零序电流产生的零序磁通就不能和高压侧相互抵消。所以，零序磁
通将从通过配电变压器的铁心、油箱壁等钢铁构件中，因为铁心等构件本身也
是导体，在垂直于磁力线的平面上就会产生感应电动势，这个电动势形成闭合
回路并产生电流，使变压器的损耗增加,这也就是常讲的变压器的铁损增加了。目前虽然由于三相负荷不平衡造成配变自身电能损耗在整个配电网中损耗不是
太大，但是也不能忽视。
综上所述,，低压配电网三相负荷不平衡，将降低配变出力，增大线路上的
功率损失，影响电压质量。因此在有关设计运行的规程中提出变压器三相负载
不平衡率不能大于20％。所以解决三相负荷不平衡已经成为做好配电网运行的重要工作。
3针对二相380V供电（L1-L
2、L2-L3或L3-L1）的工业点焊机群（该类负荷引起系统功率因数低、电压波动和闪变、谐波含量较大、以及三相不平衡等电能质量问题，造成焊接质量差、力率罚款、系统损耗增加等影响。我公司开发生产了KMT-TSF三相不平衡动态无功补偿装置。
3.1主要功能
实时动态无功补偿，保障功率因数达标；
稳定电压，改善电压波动及闪变；
有效抑制或治理谐波；
改善系统三相不平衡度；
节能降耗，提高设备利用率。
3.2技术指标
额定电压：0.45KV
动态响应时间：
系统响应时间≤120ms
有效抑制3次以上谐波
电压、电流显示
功率显示
整机功耗：
≤１％装置容量
防护等级：
IP31（特殊要求可定制）
3.3参照图纸设计要求，我公司三相不平衡动态无功补偿装置具体配置如下：
1.补偿柜3xx，
AC、B
C、AB相各一台。
2.每台补偿柜补偿容量160Kvar（电容电压等级400V）,安装容量200Kvar （电容电压等级450V）。
3.每台补偿柜分10路补偿回路，每路补偿容量16 Kvar。
4.控制回路投切由可控硅控制。
5.每条回路xx13%电抗器。
6.每台补偿柜各装一台无功补偿控制器单独控制。
7.装置有电压、电流、功率因数显示，过载保护。
3.4适用环境
运行环境温度：
－20oC～＋45oC，25oC时相对湿度≤90％xx：
≤2000m
无剧烈振动及冲击
无导电及爆炸性尘埃，无腐蚀性气体
保定巴方电力电子责任公司2010年1月8日