三相不平衡问题探究

金文佩,曾若锋,王国庆

（广州供电局有限公司荔湾供电局,510150）

三相不平衡问题探究

金文佩,曾若锋,王国庆

（广州供电局有限公司荔湾供电局,510150）

三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。造成三相不平衡的主要原因是三相负荷不均衡，属于基波负荷配置问题。技术人员对此要采取有效的调节治理措施。笔者根据相关工作经验，主要探析三相不平衡问题，供大家参考和借鉴。

三相不平衡；问题

0 引言

我国的低压配电网点多面广、结构复杂、负荷性质多样、负荷变化波动大。并且随着人们生活水平的不断提高，大功率用电设备越来越多，用户的用电水平和用电规律参差不齐，再加上治理三相不平衡的方法相对欠缺，管理不到位，导致三相负荷的不平衡问题日益突出，严重影响着供电质量以及低压配网运行的安全性。三相不平衡问题亟待得到解决。 这应该引起我国电力行业相关问题的重视，采取有效方法解决这一问题。

1 三相不平衡的计算方法

根据我国电力行业的标准规定，不平衡度计算公式为（最大电流 - 最小电流）÷最大电流×100%。同时国家规定三相负荷不平衡度不应大于15%，只带少量单相负荷的三相变压器，中性线电流不应超过额定电流的25%。技术人员需要严格按照这一方法三相不平衡度。

2 三相不平衡的危害

目前我国低压配网三相不平衡问题非常普遍，损耗高、缺陷多，运行可靠性差，威胁电网安全运行。三相负载不平衡问题对电力系统、用户供电等都带来了严重的危害，主要表现在以下几个方面：

(1)三相电流不平衡产生零序电流，增加中性线线路损耗，在中性线产生压降，从而导致中性点漂移，致使三相电压发生变化，负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高，过电压影响用电设备的安全运行；如果在TN-C系统，中性点漂移，导致PEN线带电，带来安全隐患。

(2)三相电流不平衡致使配电变压器实际出力减少，配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制，当配电变压器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，从而使配电变压器的实际出力减少；

(3)三相电流不平衡致使配电变压器铁芯中将产生零序磁通。由于变压器高压侧采用角接方式无零序电流通道，这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道，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，高温可导致配电变压器的绕组绝缘老化加速，导致变压器寿命降低。

3 三相不平衡的治理的方法

传统治理三相不平衡的手段相对欠缺，而且投入大、效率低、不能从根本上解决三相不平衡问题，传统主要解决方法如下：

（1）通过人工改线调整负荷。这种方法使用率最高，但其人力投入大，需切断用户供电，而且难以长期适应负荷的变化规律。

（2）自动换相器。自动换相器采用永磁继电器对单相负载进行换相，永磁继电器受控于远程控制器，对通信可靠性要求极高，换相实时性低，；永磁继电器寿命有限，可靠性差；且安装点多，实施难度大，投入大，性价比差。

（3）通过电容、电感进行补偿。电容、电感可以滤除谐波，并对三相不平衡起到一定的补偿作用，但这种方法成本高，而且也不能做到实时跟踪无极补偿调节。

4 大功率电力电子同步补偿器同步转移补偿装置介绍

在大功率基础上，电力电子同步补偿器和同步转移补偿装置有一定的特殊性，以下具体分析。

（1）三相不平衡补偿介绍。大功率电力电子同步补偿装置融合了IGBT技术、SVG技术、智能控制技术等多种技术融合，装置利用采样电路实时采集低压配电线路的三相电压、三相电流等运行参数，通过模型运算计算出三相间的不平衡负荷和需要补偿的电流，然后根据装置设定的值来控制 PWM信号发生器发出控制信号给内部的IGBT使逆变器产生满足要求的电流信号。三相负荷平衡调节装置在上电瞬间就能根据采样电路的交流采样分析出三相间的负荷不平衡情况，DSP运算出需要补偿的电流值和相位，由信号发生器发出PWM信号给IGBT驱动，由逆变器产生一个满足要求的电流信号送入到系统中，实现三相负荷平衡调节。（2）双向动态无功跟踪补偿 。大功率电力电子同步补偿装置可利用调节三相不平衡后剩余的装置容量实现感性、容性双向动态无功跟踪补偿，装置根据外部电流互感器，实时检测负载电流，并通过DSP计算来分析负载电流的无功含量，然后根据设定好的补偿范围来控制PWM信号发生器输出PWM信号到IGBT驱动电路，使逆变器产生一个与系统无功分量大小相等、方向相反的无功电流接入系统，从而达到实时动态跟踪补偿无功的目的。动态无功补偿的闭环响应时间小于10ms，可实现功率因数双向精细补偿。

5 治理三相不平衡的技术特点

三相不平衡治理技术功能强大，能够完美解决三相电流不平衡。同时能够精确补偿无功电流，提高功率因数 3、滤除谐波，减少谐波干扰 4、减少线路损耗。具体来说，性能卓越：不平衡补偿＜3%；功率因数 ≥0.99；电流畸变率＜5%；整机效率＞97.5%。治理过程安全可靠：成熟的功率模块和控制技术；采用工业级器件、芯片；自我检测、故障诊断、自恢复功能。技术人员在治理过程中会产生技术参数，补偿效果：额定容量内补偿后PF≥98%；装置效率：整机效率 ≥97.5%；三相不平衡补偿：额定容量内补偿后三相不平衡度 ≤5%；响应时间：瞬时响应≤100us，完全响应 ≤5ms；补偿功能：具有连续、平滑、线性无功补偿，可双向补偿（解决无功倒送）；采用LCD彩色液晶面板，触摸按键操作，实时显示系统各种数据；保护功能：并联接入，具备过流、过压、欠压、过温、缺相、短路、抗干扰等软硬件保护，故障做到软切除；一机多用：可以同时具有无功补偿功能优先、不平衡补偿功能优先、谐波治理优先等，并可以自由选择。

6 总结

综上所述，在我国电力系统运行过程中，三相不平衡问题会带来极大的危害。为了避免这些危害，技术人员可以采取科学的方法治理三相不平衡问题，从而保证电力系统供电的正常性。文章主要从“三相不平衡的计算方法，三相不平衡的危害、三相不平衡的治理的方法、大功率电力电子同步补偿器同步转移补偿装置介绍、治理三相不平衡的技术特点 ”等方面探析三相不平衡的相关问题。希望通过本文本的研究对三相不平衡问题治理水平的提高有所帮助。

[1]王恒利,付立军,肖飞,揭贵生,朱威.三相逆变器不平衡负载条件下双环控制策略[J].电网技术,2013,02:398-404.

[2]曾祥君,胡京莹,王媛媛,熊婷婷.基于柔性接地技术的配电网三相不平衡过电压抑制方法[J/OL].中国电机工程学报,2014(04).

[3]曾祥君,黄明玮,王文,陈锐,范必双.配电网三相不平衡过电压有源抑制方法研究[J].电工技术学报,2015,09:61-69.

Research on three phase unbalance problem

Yu Wenpei,Zeng Ruofeng,Wang Guoqing
（Liwan Power Supply of Guangzhou Power Supply Co. Ltd.,510150）

Unbalanced three-phase current (or voltage) amplitude is not consistent in the power system, and the amplitude difference exceeds the specified range.The main reason for the unbalanced three-phase load is the unbalanced three-phase load,which is a fundamental problem.Technical personnel to take effective measures to regulate and control.According to relevant working experience,the author mainly studies the three-phase imbalance problem,for your reference and use for reference.

three phase imbalance;problem

项目：“本论文来源为低压配电网三相智能调荷开关的研究与应用项目”