10kV配电变压器三相电压不平衡的加害及防治措施

10kV配电变压器三相电压不平衡产生的原因分析:农村电网10kV配电变压器大多为D,yn11接线方式,可灵活实现单相和三相供电。但三相电压不平衡长时间运行,容易造成配电变压器中性线断线,中性线断线后,会影响大部分农村用电设备的正常用电。良好的三相电压除了振幅、频率、谐波成分都符合标准之外,三相电压的对称性也是重要的指标之一。理想的三相电压是三相电压的大小相等,任两相之间的相位相差120°,如果三相电压偏离了这两个条件,我们就称为三相电压不平衡。县级供电企业不论在发电、输电或配电的阶段,均致力于维持三相电压的平衡,一般来说,造成三相电压不平衡的原因可分为结构性、功能性和故障性三种。 1.结构性因素 结构性因素(structural cause)是指配电线路阻抗的非对称。如果三相配电线路中的电流为平衡,但是三相线路的阻抗却不相等,那么所产生的压降也不相等,致使受电端的三相电压产生不平衡。变压器的连接方式有时也是造成阻抗不平衡的原因。另一个由变压器所引起的电压不平衡为三相变压器的激磁电流。铁式三相变压器(three-phase core-type transformer)的铁芯为三个(three limbs)的磁路,由于各个磁路之长度不完全相同,铁芯的磁阻就不相等,致使各相之磁化电抗也不相等,因此三相激磁电流就不平衡。如果变压器的Y接端中性点未接地,变压器的相电压就会出现轻微的不平衡。 2.功能性因素 功能性因素(functional cause)是指三相传输的有效及无效功率不平衡,简单地说,就是负载的不平衡。供电所在分配单相负载时,虽然尽可能的将负载均匀的分配在各相上,但是即使负载的分配是三相完全相等,也不能保证所有的单相 负载都在同一时间消耗相等的功率。在工业用电方面,大型的单相设备,如单相感应电动机、电焊机、电弧炉等,是造成电压不平衡的重要原因。 3.故障性因素 故障性因素是指由电力系統元件故障所导致的电压不平衡。引起电压不平衡最常见的故障是三相功率不平衡造成电容器熔丝熔断,使某一相线路无法补偿而电压降低,有补偿的相电压较高。单相设备过载、短路、接地故障等,也会引起严重的电压不平衡。 一、10kV配电变压器三相电压不平衡的危害 1.增加配电网损耗 10kV配电变压器电压三相负载不平衡会导致变压器出现损耗增加的现象。在正常运行的情况下变压器的电压是保持不变的,但是如果出现电压三相不平衡的现象,电压负载损耗就会随着变压器电压负载的变化也产生着变化,并且会与负载电流的平方成正比。如果变压器输出的容量是相等的,那么电压三相负载不平衡的现象就会导致变压器有功损耗出现增加的情况。 2.降低变压器出力 在原先的设计中,变压器绕组是以三相对称和平衡的情况进行运行的,并且三相绕组的结构性能是相同的,变压器最大允许出力受到每一相额定容量的影响。如果出现三相电压负载不平衡的现象,那么其中负载比较轻的那一相就会出现富余容量,导致变压器出力下降的现象,随之变压器备用容量就会降低,与此同时过载能力也随之下降。 3.导致三相电压不平衡 上文中已经说到变压器绕组是以三相对称和平衡的情况进行运行的,在电压三相负载平衡的情况下,三相电流是相同的,因而变压器内部电压降低量也是相等的,所以变压器输出的电压也是平衡的。但是如果电压三相负载出现不平衡的现象,那么三相的电流就会不同,那么变压器内部电压降低量也就会不相等,所最终导致变压器输出的电压也是不平衡的。如果电压三相负载出现非常不平衡的现象,那么就会出现很大的中性线电流,因为中性线的抗阻压降比较大,所以会导致中性点出现位移现象,最终导致电压三相出现变化,从而导致电能质量受到影响,电压三相负载就无法进行正常运行。 4.导致电动机效率下降 10kV配电变压器电压三相负载不平衡会导致不平衡电压的出现,不平衡电压包括三个电压分量,即正序、负序以及零序。当电动机通入不平衡电压之后,负序电动势产生的旋转磁场就会与正序电动势相反,从而起到一定的制动的作用,但是因为负序磁场比正序磁场弱,所以电动机在正序磁场进行方向相同的旋转。但是因为制动现象的存在,就会导致电动机输出功率降低。 5.三相负荷不平衡增加配电线路损耗 电流通过导体产生的功率损耗与线路电流的平方成正比。在三相四线制供电线路中,其功率损耗为:即Ia=Ib=Ic=I时,Qa Qb Qc=3I2R;在最大不平衡时,中性线电流为3I,功率损耗为Ia=3I,Ib=Ic=0时,Qa=2R=9I2R=3;所以在输送相同容量的情况下,变压器电压三相不平衡会导致线路损耗增加,从而导致不经济的运行。不平衡时重负荷相电流过大,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),甚至烧毁配电变压器低压绕组。同时,低压电网中由于三相负载不对称和非线性负载产生3次谐波电流,可导致零线电流达到相电流1倍甚至3倍,由于零线导线的截面通常选为相线的一半,这将导致零线严重过热,甚至引发火灾,或将零线烧断而造成农村电气设备烧坏事故。 二、减少10kV配电变压三相负荷不平衡的措施 为了节约资金,降低设备的投资,最好的方法就是对配电变压器进行调整,从而尽可能的保证配电变压器三相电压的平衡。 为了保证变压器三相负载的平衡,应该要求三组单相接户线尽可能的从同一电杆上分别引出,并且要求三组单相接户线的负载尽可能的保持平衡和对称。所以说,只需要将每一相负荷用电比较均衡的分配到各相中,就可以实现三相负荷的平衡。但是我们必须知道将每一相负荷均衡的分配到三相中不仅仅是从表面上来看每一相接单相负荷总数的1/3,还需要保证三相电能够均衡的分配到用电负荷、漏电情况在同一等级的用户。 在日常运行中,还需要做好定期测量和检查工作,对三相用电户的负载进行测量,及早发现三相负载的平衡情况。如果在检查中发现,变压器三相负载出现不平衡的现象,那么必须对其进行及时的调整,使其趋于平衡。 在农村电网升级与改造中,农村配电变压器应按照“小容量、密布点、短半径”的原则建设与改造。变压器应靠近负荷中心布置,针对负荷较大和居民用户不集中的村组,可设两个及以上的配电变压器台区供电。配电变压器应选用S11型及以上的配电变压器或非晶合金铁芯配电变压器,对于负荷波动较大的地区,技术经济比较落后可采用有载调容变压器。配电变压器的低压配电装置应安装智能配电变压器终端,可使配电台区具有状态参数监测、无功补偿本地或远程控制投切、剩余电流保护监测管理、三相电压不平衡监测、电量抄录、远程通信、配电变压器防盗等功能智能配电变压器台区。 还有一个解决变压器电压三相不平衡现象的措施就是对每一相接户线的总长度进行降低,通常要求低于100m,每一相用电户数不应该高于5户,如果超过5户,那么需要将 超过的户从三相四线制线路上引出,但是如果距离三相四线 制线路比较远,那么应该重新架设一条三相四线制线路。 在三相四线制线路上都会配备电焊机,因而需要以电焊机的台数为以及,对电焊机所接电源的相别进行规定,并且 对其使用的时间进行合理的计划。 三、案例分析 某供电所配电台区,某一天,一位农村老人经过该台柱上配电变压器时,可能是感觉疲劳,用一只手扶变压器的电杆,不想正好摸到变压器外壳接地线和变压器中性线的接地线的引下线,随后便倒在了电线杆上死亡。事故发生后,供电企业技术人员检查分析发现,柱上变压器外壳接地线和中性点的接地线与接地体连接地固定螺栓被人偷去。此时,这个配变供电系统成为中性点不接地系统,负荷不平衡时,中性线带电。配电变压器的外壳接地线和中性点的接地线在人体接触时,一般不会发生触电,因为人与接地点处于同一电位,一般不会产生接触电压。老人手摸接地线造成触电,是因为接地线在靠近地面处的接地螺栓丢失,使接地引线和接地 体脱离,当老人手碰触到接地线时,电流通过人体,造成触电。 综上所述,10kV配电变压器三相电压不平衡会对农村电网产生严重的影响,该现象产生的原因主要有结构性因素、功能性因素和故障型因素,必须要做好对现象产生因素的分析,采取合理的措施改善不平衡的现象。具体应该采取哪一种措施更为合理有效,还要根据实际情况,经过技术和经济比较后确定实施。

三相不平衡是电能质量的一个重要指标,虽然影响电力系统的因素有很多,但正常性不平衡的情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。由于三相负荷的因素是不一定的,所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象,损耗线路。不仅如此,其对供电点上的电动机也会造成不利的影响,危害电动机的正常运行。因此,如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围,那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。

三相不平衡的基本概念

三相不平衡是指在电力系统中三相电流幅值不一致,且幅值差超过规定范围。由于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。在电网系统中,三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等,而且如果按照A、B、C的顺序进行排列,他们两两之间构成的角度都为2n/3。而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。《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%。

图例:

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理想的三相波形图与不平衡时的三相波形图

三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式:

不平衡度%=(最大电流-最小电流)/最大电流×100%

不平衡度%=(MAX相电流-三相平均电流)/三相平均电流×100%

举个例子:

三相电流分别为IA=9A IB=8A IC=4A,则三相平均电流为7A,相电流-三相平均电流分别为2A 1A 3A,取差值最大那个,故MAX(相电流-三相平均电流)=3A,所以三相电流不平衡度=3/7。

引起三相不平衡的原因有哪些?

引起三相电压不平衡的原因有多种,如:单相接地、断线谐振等,运行管理人员只有将其正确区分开来,才能快速处理。

  1. 断线故障

如果一相断线但未接地,或断路器、隔离开关一相未接通,电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。上一电压等级线路一相断线时,下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低,其中一相较低,另两相较高但二者电压值接近。本级线路断线时,断线相电压为零,未断线相电压仍为相电压。

  1. 接地故障

当线路一相断线并单相接地时,虽引起三相电压不平衡,但接地后电压值不改变。单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地,故障相电压为零或接近零,非故障相电压升高1.732倍,且持久不变;非金属性接地,接地相电压不为零而是降低为某一数值,其他两相升高不到1.732倍。

  1. 谐振原因

随着工业的飞速发展,非线性电力负荷大量增加,某些负荷不仅产生谐波,还引起供电电压波动与闪变,甚至引起三相电压不平衡。

谐振引起三相电压不平衡有两种:

基频谐振

基频谐振,特征类似于单相接地,即一相电压降低,另两相电压升高,查找故障原因时不易找到故障点,此时可检查特殊用户,若不是接地原因,可能就是谐振引起的。

分频谐振

另一种是分频谐振或高频谐振,特征是三相电压同时升高。

另外,还要注意,空投母线切除部分线路或单相接地故障消失时,如出现接地信号,且一相、两相或三相电压超过线电压,电压表指针打到头,并同时缓慢移动,或三相电压轮流升高超过线电压,遇到这种情况,一般均属谐振引起。

  1. 三相负荷的不合理分配

很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念,因此在接电的时候并没有注意到要控制三相负荷平衡,只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表,这在很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次,我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的,所以在使用单相的用电设备时,用电的效率就会降低,这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况。

  1. 用电负荷的不断变化

造成用电负荷不稳定的原因包括了地II经常出现的拆迁,移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。

  1. 对于配变负荷的监视力度的削弱

凤凰时时彩平台,在配电网的管理上,经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检测上,对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外,还有很多因素造成了三相不平衡的现象,例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。

三相不平衡有哪些危害?

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,配变内部每相压降也基本相同,则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行,其各相输出电流就不相等,其配变内部三相压降就不相等,这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时,配变在三相负载不平衡时运行,三相输出电流不一样,而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降,从而导致中性点漂移,致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低,而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电,即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏,而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时,将严重危及用电设备的安全运行。

6、电动机效率降低

配变在三相负载不平衡工况下运行,将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量,当这种不平衡的电压输入电动机后,负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反,起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多,电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用,必将引起电动机输出功率减少,从而导致电动机效率降低。同时,电动机的温升和无功损耗,也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行,是非常不经济和不安全的。

如何改进三相不平衡?

01

注重对三相负荷的合理分配

在对三相负荷的分配问题上,电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录,达到能够在一定程度上预测用电负荷的状态。其次,可以通过装设平衡装置的方式来达到更好三相平衡的分配问题。在一些采用低压三相四线制的地g,可以增设调整不平衡电流无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统无功,而且也可以调整不平衡有功电流的作用。另外,根据实际情况中负荷矩的不同情况,适当的调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。

02

对三相负荷中不平衡电流的治理方法

根据不平衡电流电纳的补偿原理,在任何一个可以确定的时刻,主要出现了三相不接地的不平衡负载,那么他们中的每一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此,在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下,可以将不同性质符合的等效进行分析,确定相间和相对地的无功补偿量。当配电变压器要进行不平衡电流的补偿时,应该满足一下的几点原则。一是需要注意到电流的治理应当有两个内容,一个是补偿功率因数,一个是调节三相电流不平衡,这两者共同确定了补偿所需要的无功功率。第二点,在实际的工程施工时,应当采用全容性的治理方式,与电感补偿相区分,避免出现严重过补偿的情况。第三点是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的,基于这种特性,补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整。第四点表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制,要在设计时将全天的优化方案进行策略的管理。总之,在进行比例调节系数额设置时,需要同时考虑功率因数的限制条件以及过补偿限制的条件。

03

增设对三相负荷的检测调整

定期开设对三相负荷的检测工作也是非常必要的。在对三相符合的合理分配以及控制后,相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的,只能是尽力做到相对的平衡,在实际的检测工作中,各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准,将检测的结果进行专业的记录和分析,对各相的负荷电流进行定期的检测,以便于及时发现一些三相的不平衡状况。当在检测过程中发现有安全隐患的部位,要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位,也应当提高瞽惕。在检测结束以后,不仅需要进行数据的整理和分析,还要进行及时的反馈。这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整,以及对于新技术在三相中运用的可能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析,我们可以在最大程度上避免不平衡现象的出现,降低用电事故的出现。

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