三相電壓不平衡度標(biāo)準(zhǔn)解析：變壓器三相電壓不平衡的危害、后果以及三相不平衡的解決辦法

　　電力系統(tǒng)中三相電壓不平衡主要是由負(fù)荷不平衡，系統(tǒng)三相阻抗不對稱以及消弧線圈的不正確調(diào)諧所引起的。由于系統(tǒng)阻抗不對稱而引起的背景電壓不平衡度，很少超過０．５％。一般架空電網(wǎng)的不平衡度或不平衡電壓不超出０．５％～１．５％的范圍，其中１％以上的情況往往是分段的架空電網(wǎng)，其換位是在變電所母線上實現(xiàn)的。電纜線路的不對稱度等于零，因為無論是三芯電纜或單芯電纜，各相心線對接地包皮來說都處于對稱的位置。

　　電力系統(tǒng)三相電壓平衡的狀況是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。三相電壓不平衡過大（超過標(biāo)準(zhǔn)值２％）將導(dǎo)致一系列問題。國標(biāo)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》（ＧＢ／Ｔ１５５４３－１９９５）是針對電力系統(tǒng)正常工況而制定的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三相電壓不平衡的允許值及其計算、測量和取值方法等。這是控制電網(wǎng)不平衡度的主要依據(jù)，這種不平衡是由三相負(fù)荷不對稱引起的。電氣化鐵路、交流電弧爐、電焊機和單相負(fù)荷等均是三相不對稱負(fù)荷。

　　在中性點不接地系統(tǒng)（６、１０、３５ｋＶ）中，當(dāng)消弧線圈調(diào)諧不當(dāng)，和系統(tǒng)對地電容處于串聯(lián)諧振狀態(tài)時，會引起中性點電壓過高，從而引起三相對地電壓的嚴(yán)重不平衡?！督涣麟姎庋b置的過電壓保護和絕緣配合》（ＤＬ／Ｔ６２０－１９９７）規(guī)定，中性點電壓位移率應(yīng)小于１５％相電壓。需要指出，這種由零序電壓引起的三相電壓不平衡并不影響三相線電壓的平衡性，因此不影響用戶的正常供電，但對輸電線、變壓器、互感器、避雷器等設(shè)備的安全是威脅的，也必須加以控制。

　　三相電壓不平衡度標(biāo)準(zhǔn)----關(guān)于電壓不平衡度的允許值

　　國標(biāo)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》（ＧＢ／Ｔ１５５４３－１９９５）是電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)之一。

　　現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容作些介紹。

　　該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三相電壓不平衡度的允許值及其計算、測量和取值方法。標(biāo)準(zhǔn)只適用于負(fù)序分量引起的不平衡場合，因為零序分量引起的不平衡基本上不影響旋轉(zhuǎn)電機的正常運行，且國際上絕大多數(shù)有關(guān)不平衡的標(biāo)準(zhǔn)均是針對負(fù)序分量制定的。

　　此外，該標(biāo)準(zhǔn)只適用于電力系統(tǒng)正常運行方式下的電壓不平衡。因此故障方式引起的不平衡（例如單相接地，兩相短路故障等）不在考慮之列。由于電網(wǎng)中較嚴(yán)重的不平衡往往是由于單相或三相不平衡負(fù)荷所引起的，因此標(biāo)準(zhǔn)的衡量點選

　　在電網(wǎng)的公共連接點（ＰＣＣ），以便在保證其他用戶正常用電的基礎(chǔ)上，給干擾源用戶以最大的限值。實際上一個大用戶（例如：鋼鐵企業(yè)）內(nèi)部有多個連接點，負(fù)序干擾源在內(nèi)部連接點上引起的不平衡度一般大于在ＰＣＣ上引起的不平衡度。

　　標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為２％，短時不得超過４％。這是基于對重要用電設(shè)備（旋轉(zhuǎn)電機）標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)電壓不平衡度的實況調(diào)研，國外同類標(biāo)準(zhǔn)以及電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)全面分析后選取的。

　　作為電能質(zhì)量指標(biāo)的電壓不平衡度，在空間上和時間上均處于動態(tài)變化之中，從整體上表現(xiàn)出統(tǒng)計的特性，因此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用９５％概率大值作為衡量值。也就是說，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的“正常電壓不平衡度允許值２％”是在測量時間９５％內(nèi)的限值，而剩余５％時間可以超過２％。過大的“非正常值”時間雖短，也會對電網(wǎng)和用電設(shè)備造成有害的干擾，特別是對有負(fù)序起動元件的快速動作繼電保護和自動裝置，容易引起誤動。因此標(biāo)準(zhǔn)中對最大的允許值作了“不得大于４％”的規(guī)定。

　　標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對每個用戶電壓不平衡的一般限值為１．３％，這是參考了國外相關(guān)規(guī)定，并考慮到不平衡負(fù)荷是電網(wǎng)中少數(shù)特殊負(fù)荷而定的。但實際情況千差萬別，因此，還規(guī)定“根據(jù)連接點的負(fù)荷狀況，鄰近發(fā)電機、繼電保護和自動裝置安全運行要求，可作適當(dāng)變動?！?/p>

　　三相電壓不平衡度標(biāo)準(zhǔn)----三相平衡化的基本原理

　　將不平衡三相系統(tǒng)變換成平衡的三相系統(tǒng)時，在變換設(shè)備中應(yīng)該設(shè)有能夠暫時儲存電磁能量的電感線圈和電容器元件。最簡單的例子為圖1（a）所示的單相電阻負(fù)荷R形成的不平衡三相系統(tǒng)，在其他兩相分別適配電感和電容的電抗，如圖1（b）所示，即可構(gòu)成平衡的三相系統(tǒng)。該平衡的三相系統(tǒng)的相量圖如圖2所示。

　　由此可見，采用平衡化電路可將不平衡的三相系統(tǒng)變換成平衡的三相系統(tǒng)。

　　變壓器三相電壓不平衡的危害

　　增加線路的電能損耗。在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過線路導(dǎo)線時，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)以三相四線制供電時，由于有單相負(fù)載存在，造成三相負(fù)載不平衡在所難免。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運行時，中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗，而且中性線也產(chǎn)生損耗，從而增加了電網(wǎng)線路的損耗。

　　增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)載不平衡工況下運行時，將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負(fù)載的不平衡度而變化的。

　　配變出力減少。配變設(shè)計時，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當(dāng)配變處于三相負(fù)載不平衡工況下運行，負(fù)載輕的一相就有富余容量，從而使配變的出力減少。其出力減少程度與三相負(fù)載的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負(fù)載不平衡時運行，其輸出的容量就無法達到額定值，其備用容量亦相應(yīng)減少，過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時甚至?xí)斐膳渥儫龘p。

　　配變產(chǎn)生零序電流。配變在三相負(fù)載不平衡工況下運行，將產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三相負(fù)載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。運行中的配變?nèi)舸嬖诹阈螂娏?，則其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。（高壓側(cè)沒有零序電流）這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過鋼構(gòu)件時，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。同時，零序電流的存也會增加配變的損耗。

　　影響用電設(shè)備的安全運行。配變是根據(jù)三相負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當(dāng)配變在三相負(fù)載平衡時運行，其三相電流基本相等，配變內(nèi)部每相壓降也基本相同，則配變輸出的三相電壓也是平衡的。假如配變在三相負(fù)載不平衡時運行，其各相輸出電流就不相等，其配變內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在三相負(fù)載不平衡時運行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會有電流通過。因而使中性線產(chǎn)生阻抗壓降，從而導(dǎo)致中性點漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電，即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設(shè)備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無法使用。所以三相負(fù)載不平衡運行時，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運行。

　　電動機效率降低。配變在三相負(fù)載不平衡工況下運行，將引起輸出電壓三相不平衡。由于不平衡電壓存在著正序、負(fù)序、零序三個電壓分量，當(dāng)這種不平衡的電壓輸入電動機后，負(fù)序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負(fù)序磁場要強得多，電動機仍按正序磁場方向轉(zhuǎn)動。而由于負(fù)序磁場的制動作用，必將引起電動機輸出功率減少，從而導(dǎo)致電動機效率降低。同時，電動機的溫升和無功損耗，也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行，是非常不經(jīng)濟和不安全的。

　　三相不平衡的解決辦法

　　引起三相電壓不平衡的原因有多種，如：單相接地、斷；一、斷線故障如果一相斷線但未接地，或斷路器、隔離；二、接地故障當(dāng)線路一相斷線并單相接地時，雖引起三；諧振原因隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，非線性電力負(fù)荷大量增；諧振引起三相電壓不平衡有兩種：；一種是基頻諧振，特征類似于單相接地，即一相電壓降；另一種是分頻諧振或高頻諧振。

　?、佟♂槍ε渥兤骄?fù)載率低于25%、電壓波動過大的季節(jié)性“低電壓”問題，可使用有載調(diào)容、調(diào)壓配變；

　?、凇⌒略雠_區(qū)配變在設(shè)計時充分考慮供電半徑及負(fù)載大小、平衡分配；

　　③　對于出口電流不平衡度超過15%、負(fù)載率大于60%，且通過管理措施難于調(diào)整的配變臺區(qū)，可加裝三相不平衡自動調(diào)整裝置來調(diào)整，尤其對于低電壓諧波、電壓閃變、無功補償容量不足等多種因素導(dǎo)致“低電壓”問題，可配置低壓靜止無功發(fā)生器（LBSVG）；

　?、堋τ谟捎诠╇姲霃竭^大，負(fù)荷過重導(dǎo)致的供電末端“低電壓”問題，且通過增加無功補償裝置不能提高的，可加裝低壓線路調(diào)整裝置；

　?、荨∮捎谌嘭?fù)載不平衡導(dǎo)致某相電壓過高，另一相末端電壓低的臺區(qū)，在通過管理措施難于調(diào)整的，可通過加裝LINGBU系列-電網(wǎng)三相不平衡智能調(diào)節(jié)器（LBSTUR）來調(diào)整三相不平衡。領(lǐng)步技術(shù)團隊研發(fā)的三相不平衡智能調(diào)節(jié)器可以針對性解決三相不平衡問題，在補償系統(tǒng)無功的同時調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10％以內(nèi)。