三相不平衡的危害
三相電流不平衡等因素產生的主要危害:
1、旋轉電機在不對稱狀態下運行,會使轉子產生附加損耗及發熱,從而引起電機整體或局部升溫,此外反向磁場產生附加力矩會使電機出現振動。 對發電機而言,在定子中還會形成一系列高次諧波。
2、引起以負序分量為啟動元件的多種保護發生誤動作,直接威脅電網運行。
3、對發電機、變壓器而言,當三相負荷不平衡時,如控制Z大相電流為額定值,則其余兩相就不能滿載,因而設備利用率下降,反之如要維持額定容量,將會造成負荷較大的一相過負荷,而且還會出現磁路不平衡致使波形畸變,設備附加損耗增加等。
三相負荷不平衡的危害
1.對配電變壓器的影響
(1)三相負荷不平衡將增加變壓器的損耗:
變壓器的損耗包括空載損耗和負荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變,即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化,且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時,變壓器的負荷損耗可看成三只單相變壓器的負荷損耗之和。
從數學定理中我們知道:假設a、b、c 3個數都大于或即是零,那么a+b+c≥33√abc 。
當a=b=c時,代數和a+b+c取得Z小值:a+b+c=33√abc 。
因此我們可以假設變壓器的三相損耗分別為:qa=ia2 r、qb= ib2 r 、qc =ic2 r,式中ia、ib、ic分別為變壓器二次負荷相電流,r為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達式如下:
qa+qb+qc≥33√[(ia2 r)(ib2 r)(ic2 r)]
由此可知,變壓器的在負荷不變的情況下,當ia=ib=ic時,即三相負荷達到平衡時,變壓器的損耗Z小。
則變壓器損耗:
當變壓器三相平衡運行時,即ia=ib=ic=i時,qa+qb+qc=3i2r;
當變壓器運行在Z大不平衡時,即ia=3i,ib=ic=0時,qa=(3i)2r=9i2r=3(3i2r);
即Z大不平衡時的變損是平衡時的3倍。
(2)三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重后果:
上述不平衡時重負荷相電流過大(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。
(3)三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件溫升增高:
在三相負荷不平衡運行下的變壓器,必然會產生零序電流,而變壓器內部零序電流的存在,會在鐵芯中產生零序磁通,這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴重時將導致變壓器運行事故。
2. 對高壓線路的影響
(1)增加高壓線路損耗:
低壓側三相負荷平衡時,6~10k v高壓側也平衡,設高壓線路每相的電流為i,其功率損耗為: δp1 = 3i2r
低壓電網三相負荷不平衡將反映到高壓側,在Z大不平衡時,高壓對應相為1.5i,另外兩相都為0.75 i,功率損耗為:
δp2 = 2(0.75i)2r+(1.5i)2r = 3.375i2r =1.125(3i2r);
即高壓線路上電能損耗增加12.5%。
(2)增加高壓線路跳閘次數、降低開關設備使用壽命:
我們知道高壓線途經流故障占相當比例,其原因是電流過大。低壓電網三相負荷不平衡可能引起高壓某相電流過大,從而引起高壓線途經流跳閘停電,引發大面積停電事故,同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命。
3.對配電屏和低壓線路的影響
(1)三相負荷不平衡將增加線路損耗:
三相四線制供電線路,把負荷均勻分配到三相上,設每相的電流為i,中性線電流為零,其功率損耗為: δp1 = 3i2r
在Z大不平衡時,即某相為3i,另外兩相為零,中性線電流也為3i,功率損耗為:
δp2 = 2(3i)2r = 18i2r = 6(3i2r);
即Z大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍,換句話說,若Z大不平衡時每月損失1200 kwh,則平衡時只損失200 kwh,由此可知調整三相負荷的降損潛力。
(2)三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果:
上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍),超載過多。由于發熱量q=0.24i2rt,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。
4.對供電企業的影響
供電企業直管到戶,低壓電網損耗大,將降低供電企業的經濟效益,甚至造成供電企業虧損經營。農電工承包臺區線損,線損高農電工獎金被扣發,甚至連工資也得不到,必然影響農電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。
變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,一方面增大供電企業的供電本錢,另一方面停電檢驗、購貨更換造成長時間停電,少供電量,既降低供電企業的經濟效益,又影響供電企業的聲譽。
5.對用戶的影響
三相負荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質量,影響用戶的電器使用。
變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經濟損失,如停電造成養殖的動植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。