飞机不平衡配电系统线路损耗的估算

周星星，吕文杰

(中国飞行试验研究院 改装部，陕西 西安 710089)

0 引言

飞机常用三相交流电源理想的供电电压为115/200 V，400 Hz，三相间相位差为120°。在实际工程应用中，随着科研试飞任务需求的增加，飞机上加载了越来越多的电子设备，其中的大功率单相用电设备的加卸载会对三相配电系统的对称性(又称平衡性)产生影响。这些不平衡分量不仅会对飞机交流电网产生一定的影响，严重时还会影响供电品质。因此，为了改善用电环境，提高电能质量，应尽量减小不对称负荷对配电系统的影响。

1 负荷不对称的影响

通常将飞机交流电网的汇流条当作电源点，各负荷应均衡地分接在U、V、W三相上。然而，飞机大功率单相用电设备或三相用电设备由于各种不确定因素导致的加卸载会造成三相负载的不对称，并产生如下影响：

(1) 产生不平衡电压，加大电压偏移，导致电流不平衡，中线电流增大而增加了系统线路的损耗。

(2) 增加配电变压器的电能损耗，同时也造成了资源的浪费，减小了能源利用率和设备使用寿命[1]。

(3) 配变产生零序电流，影响用电设备的安全运行。

2 三相电流不平衡度

2.1 定义

三相电流不平衡度是指在三相四线制配电系统中三相电流的不平衡程度，其大小等于负荷的负序容量与正序容量之比[2]，用符号εI来表示，即：

(1)

2.2 计算

设三相四线制配电系统中，三相之间分别接入的负荷功率为P1、P2、P3，对应的功率因数为cosφ1、cosφ2、cosφ3，则AB相间负荷的复功率为：

(2)

其中：PAB为AB相间的有功功率；QAB为AB相间的无功功率。BC与CA相间的复功率计算同上。

由此可得出负荷的正序容量和负序容量，分别如式(3)、(4)所示：

(3)

(4)

最后，将所得到的SL.1、SL.2代入式(1)，即可得出三相电流不平衡度εI。

3 三相不平衡线路损耗

3.1 相不平衡度

相不平衡度可用符号βΦ表示，且A、B、C三相的相不平衡度满足关系式βA+βB+βC=0[3]。

(5)

3.2 损耗计算

假设三相四线制线路总负荷为3I，相线电阻为R，中性电阻为2R，ΔPb为相平衡线路损耗，ΔPunb为相不平衡线路损耗，则三相平衡时线路功率损耗为：

ΔPb=3I2R.

(6)

三相不平衡时线路功率损耗为：

(7)

设线损增加率为K，则有：

(8)

对于三相交流系统，εI取值为βΦ中的最大值。因此，可令βA=εI,则有：

(9)

(10)

此外，由εI+βB+βC=0且βB≤εI，βC≤εI条件可知：

(1) 当βB+0.5εI>0时，可取βB=εI，有：

(11)

(2) 当βB+0.5εI<0时，可取βB=-1，有：

(12)

4 计算仿真

假设AB、BC、CA之间接入的负荷功率分别为P1=P，P2=mP1，P3=nP1，功率因数均为cosφ，则有：

(13)

现取m和n为0～10的整数，其所对应的εI值见表1。

将表1中得到的值代入式(10)～式(12)中，即可得出其所对应的最小线损率和最大线损率的变化曲线，如图1所示。

计算仿真结果表明：三相不平衡时，线路损耗随三相电流不平衡度的增加按平方关系上升，呈非线性变化。当εI取值在0.5附近时，线损率的变化范围很大，其值取决于相不平衡度βB的大小。

表1 三相电流不平衡度εI

图1 Kmax和Kmin曲线图

5 结束语

本文建立了三相电流不平衡度与线路损耗之间的关系。利用该方法能够在已知负荷功率的条件下估算三相不平衡带来的线损率，这对试验机改装前期配电系统的设计有一定的参考意义，同时也为电源电能质量的提高打下了基础。

参考文献：

[1] 林海雪.电力系统三相不平衡[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2] 同向前，王海燕，尹军.基于负荷功率的三相不平衡度的计算方法[J].电力系统及其自动化学报，2011(2):24-28.

[3] 郜俊琴.三相不平衡线路的线损分析[J].电力学报，2001 (2):91-93.