變壓器三相不平衡如何判斷?怎么解決?

三相平衡電路的電壓源必須是正弦波,頻率相同,幅度相同,相位相差120度;三相負載阻抗相同,均為線性阻抗,所以三相電流為正弦波,頻率相同,幅度相同,相位相差120度。這時零線絕對沒有電流。事實上三相平衡并不存在絕對平衡,實際的三相系統往往存在不同程度的失衡現象。

引文作者:上海蓋能電氣市場部(專注干式變壓器30年)

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三相隔離變壓器 


造成三相電壓不平衡的原因有很多,如單相接地、諧振斷線等,只有正確區分運行,才能快速解決故障。以下內容簡析如何判斷三相不平衡常見故障與其危害性及主要解決方法。

一、斷線故障

如一相斷線但未接地,或斷路器、隔離開關的一相未接通,電壓互感器熔斷均導致三相參數不對稱。前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均降低,一相較低,另兩相較高但兩者電壓值相近。本級線斷線時,斷線相電壓為零,未斷線相電壓仍為相電壓。

二、接地故障

在單相斷線和單相接地時,雖然造成三相電壓的不平衡,但接地后的電壓值不變。單層接地分為黃金接地和非金屬接地兩種。金屬性接地,故障相電壓為零或接近零,非故障相電壓提高1.732倍,并持續保持不變;非金屬性接地時,接地相電壓不為零,而是降低一個數值,其他兩相不到1.732倍。

三、共振原因

伴隨著工業的快速發展,非線性電力負荷急劇增加,一些負荷不但產生諧波,而且造成供電電壓波動和閃變,甚至造成三相電壓的不平衡。

諧振引起的三相電壓不平衡有兩種:

基頻諧振,其特征與單相接地相似,即一相電壓降低,另兩相電壓升高,查找故障原因時找不到故障點,此時可對特殊用戶進行檢查,如果不是接地原因,可能是諧振引起的。

二是分頻諧振或高頻諧振,其特點是三相電壓同時升高。

此外,還應注意,當空投母線切除部分線路或單相接地故障消失時,如果出現接地信號,且一、二、三相的電壓高于線電壓,電壓表指針打到頭,并同時緩慢地移動,三相電壓輪流上升超過線電壓,遇到這種情況,一般屬于諧振。

四、三相失衡對變壓器的危害

當三相負荷不平衡時,變壓器在生產、生活用電中處于非對稱運行狀態。變壓器損耗增加(包括空載損耗和負載損耗)。按照變壓器運行規程,工作中變壓器中性線電流不能超過變壓器低壓側額定電流的25%。另外,三相負載的不平衡運行將引起變壓器零序電流過大,使局部金屬件的溫升升高,甚至燒壞變壓器。

與線損有關三相四線制結線方式,三相負荷平衡時線損最??;當一相負荷重且兩相負荷輕時,下線損增量較??;當一相負荷重時,一相負荷輕,而第三相的負荷為平均負荷,下線損增量較大;當一相負荷輕,兩相負荷重的情況下,兩相負荷增量最小。在三相負荷不平衡時,不論負載分配方式如何,電流不平衡度越大,線損的增量也越大。

五、三相不平衡的危害及解決方法

主要危害由三相電壓或電流失衡等因素造成的。

(1)旋轉電機運行在非對稱狀態時,轉子產生額外損耗和發熱,從而導致電機整體或局部升溫,此外,反向磁場產生附加力矩也會使電機發生振動。對于發電機而言,定子中也會形成一系列高次諧波。

(2)負序分量作為啟動元件造成多種保護誤動作,直接威脅電網運行。

(3)不平衡電壓使硅整流裝置產生非典型諧波。

(4)對于發電機變壓器,當三相負荷不平衡時,如控制最大相電流為額定值,則其余兩相不能滿載,從而使設備利用率下降;反之,如要維持額定容量,則會造成負荷較大的一相過負荷,而且還會出現磁路不平衡導致波形畸變,設備附加損耗增加。

六、可采取哪些措施解決由不對稱負荷引起的三相電壓不平衡?

(1)不對稱負荷被分散到不同的供電點,以減少集中連接造成的不平衡度嚴重超標的問題。

(2)采用交叉換相等方法將不對稱負荷合理地分配給各相,盡可能使其平衡。

(3)增加負荷接入點的短路能力,如更換電網或提高供電電壓等級,使系統承受不平衡負荷的能力。

七、解決三相負荷失衡的幾點措施

(1)重視低壓配電網的規劃工作,加強與地方政府規劃等部門的溝通,避免無序建設,尤其要避免低壓配電網中出現頭痛醫頭、腳痛醫腳的局面,在配電網建設和改造過程中要多加注意,在配電網建設中要多加點、多點少、多少少的配電網建設,特別要注意低壓配電網建設中的多點、多點、少點的配網原則。

(2)在對采用低壓三相四線制供電的地區,對有條件的配電臺區,應積極爭取采用3芯或4芯電纜或用低壓集束導線供電,這樣才能避免在低壓線路施工中出現偏相,從而避免在有條件的配電臺區內使用3芯或4芯電纜或低壓集束導線供電到用戶端,這樣才能在低壓線路上實現負荷偏相。

(3)低壓配電網零線采用多點接地方式,減少零線損耗?,F在三相負荷分配不均,導致零線電流出現,按規定規定,零線電流不能超過相線電流的25%,在實際運行中,由于零線導線的截面較細,相同長度的電阻值較大,零線電流過大,因此建議在低壓配電網中采用多點接地時,零線電流不能超過相線電流的25%。另外,對于零線損耗問題,在目前的一般低壓電纜中,零線的截面是相線的1/2,在三相負荷不平衡時,由于零線損耗增加,可以考慮適當增加導線截面的零線,例如采用五芯電纜,每相使用一個芯線,零線用兩個芯線。

(4)在單相負荷占較大比重的供電地區,積極推廣單相變供電。當前城市居民小區的負載電器大多采用單相電,由于線路負荷大多為電力、照明等混合負荷,而電氣設備采用的同步率較低,這使低壓三相負荷在實際運行中的負荷失衡程度更大。此外,從目前農村的生活用電狀況來看,在許多欠發達和不發達地區的農村,人均用電量少,居住分散,供電線路長,對這些地區可以考慮到對于用戶比較分散、用電負荷主要以照明為主、不大負荷的情況,采用單相變壓器供電的方式,以達到減少損耗和建設資金的目的?,F在單相變壓器的單相變損耗比同容量的三相變壓器降低15%~20%,有些廠家在低壓側生產的單相變電壓等級可達380V220V,同時在某些地區也開展了利用多臺單相變向三相負荷供電的試點,為使用單相變供電提供了更廣闊的空間。

        (5)積極進行變壓器負荷的實測及調整。負荷的測量工作看似簡單,但實際工作中有幾點需要注意:一是測量工作中不能簡單地測量配變低壓側的A、B、C三相引出線的相電流,而且要測量零線上的電流,或者測量零線()對地電壓,從而更好地比較三相負荷的不平衡情況,二是在大的用戶負荷時,要通過及時的測量配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流,從而更好地比較三相負荷的不平衡情況,二是在大用戶負荷的監測工作中,通過及時測量配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流,確定設備的運行情況,這樣才能更好地比較三相負荷的不平衡情況,二是在大的用戶負荷投運和在高峰負荷期間進行負荷測量,這樣就可以進一步發現配變低壓出線和接近用戶端的低壓線路電流,從而更好地比較三相負荷的不平衡情況,二是在大的用戶負荷的投運和高峰負荷的測量中,要增加測量的次數,但在實際工作中有幾點需要注意:一是測量負荷不能簡單地測量三相負荷,二是測量三相負荷的不平衡。