三相不平衡治理 | 電能質量治理專家——薩頓斯

三相交流電是電能的一種輸送形式，簡稱為三相電。一個三相平衡電路的三相電壓源必須是正弦波，且頻率相同，幅度相同，相位互差120度。就如同我們攝影機的三角支架一般，三邊一樣長，角度相隔一樣，這樣的一個平衡的三角支架可以給我們帶來方便。但是如果我們的三角支架不平衡呢？那么勢必會導致我們的攝影機不平衡，照出來的相片也是歪的。

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同樣的道理如果我們的三相電不平衡的時候會帶來哪些后果呢？事實上在實際的生活中絕對的三相平衡是不存在的，三相系統總是存在不同程度的不平衡現象。

 

三相平衡和不平衡的對比圖

 

不平衡嚴重時負荷相電流過大（增為3倍），超載過多，可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱，盡緣老化加快；變壓器油過熱，引起油質劣化，迅速降低變壓器的盡緣性能，減少變壓器壽命（溫度每升高8℃，使用年限將減少一半），甚至燒毀繞組。變壓器燒毀時后果不堪設想，尤其是大型變壓器燒毀時，將會大致大范圍停電。

 

變壓器燒毀圖

 

不僅如此，當不平衡嚴重時，由于電流增為3倍，則發熱量增為9倍，可能造成該相導線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的50％，但在選擇時，有的往往偏小，加上接頭質量不好，使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。同理在配電屏上，造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞，因而整機損壞等嚴重后果。

三相不平衡補償原理

SPC開啟后，通過外接電流互感器（CT）實時檢測系統電流，并將系統電流信息發送給內部控制器進行處理分析，以判斷系統是否處于不平衡狀態，同時計算出達到平衡狀態時各相所需轉換的電流值，然后將信號發送給內部IGBT并驅動其動作，將不平衡電流從電流大的相轉移到電流小的相，最后達到三相平衡狀態。

 

電壓支撐原理

SPC對補償點電壓進行采樣，將電壓信息傳遞給內部DSP，以判斷補償點電壓是否超過設定值，當電壓超過 調壓上限（Umax）時，SPC輸出感性電流，降低電壓；當電壓低于調壓下限（Umin）時，SPC輸出容性電流，提升電壓。最終使各相電壓穩定在正常范圍內。

 

三相不平衡產生的原因

（1）三相負荷的不合理分配

很多的裝表接電的工作人員并沒有專業的對于三相負荷平衡的知識概念，因此在接電的時候并沒有注意到要控制三相負荷平衡，只是盲目和隨意的進行電路的接電荷裝表，這在很大程度上造成了三相負荷的不平衡。其次，我國的大多數電路都是動力和照明混為一體的，所以在使用單相的用電設備時，用電的效率就會降低，這樣的差異進一步加劇了配電變壓器三相負荷的不平衡狀況。

（2）用電負荷的不斷變化

造成用電負荷不穩定的原因包括了地II經常出現的拆遷，移表或者用電用戶的增加；臨時用電和季節性用電的不穩定性。這樣在總量上和時間上的不確定和不集中性使得用電的負荷也不得不跟隨實際情況而變化。

（3）對于配變負荷的監視力度的削弱

在配電網的管理上，經常會忽略三相負荷分配中的管理問題。在配電網的檢測上，對配電變壓器的三相負荷也沒有進行定期的檢測和調整。除此之外，還有很多因素造成了三相不平衡的現象，例如線路的影響以及三相負荷矩的不相等等。

（4）斷線故障

如果一相斷線但未接地，或斷路器、隔離開關一相未接通，電壓互感器保險絲熔斷均造成三相參數不對稱。上一電壓等級線路一相斷線時，下一電壓等級的電壓表現為三個相電壓都降低，其中一相較低，另兩相較高但二者電壓值接近。本級線路斷線時，斷線相電壓為零，未斷線相電壓仍為相電壓

（5）接地故障 

當線路一相斷線并單相接地時，雖引起三相電壓不平衡，但接地后電壓值不改變。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地兩種。金屬性接地，故障相電壓為零或接近零，非故障相電壓升高1.732倍，且持久不變；非金屬性接地，接地相電壓不為零而是降低為某一數值，其他兩相升高不到1.732倍。

 

三相不平衡的危害

三相電壓或電流不平衡會對電力系統和用戶造成一系列的危害，主要存在以下幾個方面的問題：

引起電機的振動和附加發熱，危及電機安全運行和正常出力。

引起以負序分量為啟動器件的多種保護發生誤動作（尤其是電網中存在諧波時），嚴重威脅著電網的安全與運行。

電壓不平衡使發電機的容量利用率下降。由于不平衡時最相電流不能超過額定值，在極端情況下，只帶單相負荷時設備的利用率不能超過額定值。

變壓器的三相負荷不平衡，不僅使負荷較大的一相繞組過熱導致其壽命縮短，而且還會由于磁路不平衡，造成附加損耗。

對于通信系統，電力三相不平衡，會增大對其干擾，影響正常通信質量。

 

三相不平衡治理方法

（1）注重對三相負荷的合理分配 在對三相負荷的分配問題上，電力工作人員應當在實際的工作中將相關的數據進行認真的采集和記錄，達到能夠在一定程度上預測用電負荷的狀態。其次，可以通過裝設平衡裝置的方式來達到更好三相平衡的分配問題。在一些采用低壓三相四線制的地g,可以增設調整不平衡電流無功補償裝置來解決經常出現的電網中的不平衡電流現象造成的各類后果。這樣的裝置不僅可以補償系統無功，而且也可以調整不平衡有功電流的作用。另外，根據實際情況中負荷矩的不同情況，適當的調整接線方式也對合理分配三相負荷有一定的影響

（2）對三相負荷中不平衡電流的治理方法根據不平衡電流電納的補償原理，在任何一個可以確定的時刻，主要出現了三相不接地的不平衡負載，那么他們中的每一個相負載都可以同一個電阻和電容形成并聯的形式。因此，在不平衡電流治理電納補償理論的指導下，可以將不同性質符合的等效進行分析，確定相間和相對地的無功補償量。當配電變壓器要進行不平衡電流的補償時，應該滿足一下的幾點原則。一是需要注意到電流的治理應當有兩個內容，一個是補償功率因數，一個是調節三相電流不平衡，這兩者共同確定了補償所需要的無功功率。第二點，在實際的工程施工時，應當采用全容性的治理方式，與電感補償相區分，避免出現嚴重過補償的情況。第三點是需要考慮到負荷是會隨著時間的變化而變化的，基于這種特性，補償量也應該根據負荷的變化進行適當的調整。第四點表現在裝置開關和補償設備的投切次數的限制，要在設計時將全天的優化方案進行策略的管理。總之，在進行比例調節系數額設置時，需要同時考慮功率因數的限制條件以及過補償限制的條件

（3）安裝三相不平衡智能調節器三相不平衡智能調節器是一種用于動態治理配網三相不平衡、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠根據配網用戶由于不同時間段或不同負荷導致的配網三相不平衡電流，利用先進控制算法分離出不平衡電流的正負零序及無功，通過觸發功率器件IGBT，使逆變器發出與之相反的抵消電流，達到消除不平衡及補償無功的作用。

 

加裝薩頓斯STS系列“全控型智能電能質量矯正裝置SPC”能全面大幅改善臺區電能質量。SPC是SVG的基礎上進行優化升級，專用于提升配電臺區電能質量的新型電力電子裝置。該裝置可有效補償三相不平衡，雙向快速調節無功功率，實時穩定系統電壓。與國網“低電壓”排查治理的管理方針和技術原則完全吻合。

具體有如下幾個方面：

一、徹底解決配網三相不平衡問題，大幅降低低壓配電網線路損耗

二、使無功達到就地平衡，提高配電網時機輸出容量

三、實時改善電壓質量，穩定系統電壓，提高配電質量，改善用電環境

四、完美解決由于三相不平衡帶來的變壓器過載運行等問題，延長變壓器壽命