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博客

三相负荷不平衡对中低压配网技术性能的影响

已有 212 次阅读2014-8-1 09:32

近年来,党和bi政府加强“三农”工作,推行家电下乡,农村经济飞速发展,农民生活迅速提高,农村家庭除照明灯具、电视机、DVD、电脑、电冰箱等中小功率电器增多外,大量的大功率家用电器进入寻常百姓家,例如电磁灶、微波炉、电饭煲、电水壶、电热水器、电暖器、空调、小水泵等,单台容量大多数在800~2000kW,都是采用单相(220V)电源,使单相负荷急剧增加;而农村较大的农副业加工户大多自己安装配电变压器使用,使公用台区三相动力负荷减少。据了解,现在一般农村公用台区单相负荷已占总负荷的90%左右,富裕地方达到95%以上,经济较差的农村也占到70%左右。在单相负荷极大增长的情况下,若不注意三相负荷平衡,可能使低压电网的三相负荷不平衡度很大,对中低压配网技术性能会产生哪些影响?下面作以分析。 

    一、 三相负荷不平衡对中低压配网技术性能的影响 

    1.对配电变压器的影响 

    (1) 三相负荷不平衡将增加变压器的损耗: 

    变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变,即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化,且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时,变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。 

    从数学定理中我们知道:假设a、b、c 3个数都大于或等于零,那么a+b+c≥33√abc 。 

    当a=b=c时,代数和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。 

    因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次侧相电流,R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下: 

    Qa+Qb+Qc≥33√[(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)] 

    由此可知,变压器的在负荷不变的情况下,当Ia=Ib=Ic时,即三相负荷达到平衡时,变压器的损耗最小。 

    取以上定性分析的两极,进行定量分析,可以看得更清楚: 

    当变压器三相平衡运行时,即Ia=Ib=Ic=I时,Qa+Qb+Qc=3I2R; 

    当变压器运行在最大不平衡时,即Ia=3I,Ib=Ic=0时,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R); 

    即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。 

    (2)三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果: 

    上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多,可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热,绝缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的绝缘性能,减少变压器寿命(温度每升高8℃,使用年限将减少一半),甚至烧毁绕组。 

    (3)三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大,局部金属件温升增高: 

    在三相负荷不平衡运行下的变压器,必然会产生零序电流,而变压器内部零序电流的存在,会在铁芯中产生零序磁通,这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件,则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热,致使变压器局部金属件温度异常升高,严重时将导致变压器运行事故。 

    2.对6~10kV高压线路的影响 

    (1)增加高压线路损耗: 

    低压侧三相负荷平衡时,高压侧也平衡,设高压线路每相的电流为I,其功率损耗为: ΔP1 = 3I2R 

    低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧,在最大不平衡时,高压对应相为1.5I,另外两相都为0.75 I,功率损耗为:ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R) 

    即6~10kV高压线路上电能损耗增加12.5%。 

    (2)增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命: 

    我们知道6~10kV高压线路过流故障占相当比例,其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大,从而引起高压线路过流跳闸停电,引发大面积停电事故,同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。 

    3.对配电屏和低压线路的影响 

    (1)三相负荷不平衡将增加线路损耗: 

    三相四线制供电线路,把负荷平均分配到三相上,设每相的电流为I,中性线电流为零,其功率损耗为: ΔP1 = 3I2R 

    在最大不平衡时,即某相为3I,另外两相为零,中性线电流也为3I,功率损耗为: 

    ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R); 

    即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍,换句话说,若最大不平衡时每月损失1200 kWh,则平衡时只损失200 kWh,由此可知调整三相负荷的降损潜力。

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