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    三相負荷不平衡解決方案
    發布時間:2018/3/15 來源:藍嘉電力 被瀏覽次數:579
    NO.1 三相負荷不平衡產生的原因
    供電部門在裝接單相用戶時,原則上應該將單相負載均衡的分接在ABC三相上。但在實際工作中,線路的標志、接線人員的疏忽再加上由于單向用戶的不可控的增容、大功率單相負載的接入等因素,都會造成三相負載的不平衡。
    “同網同價”實施后,大量的大功率家用電器進入尋常百姓家,單臺容量大多數從幾百瓦到幾千瓦不等,而且都是采用單相220V電源供電。據了解,現在一般農村單相負荷已占到總用電負荷的70%以上,單相負荷激增及單向負荷用電的不同時性,極易造成三相負荷不平衡。
    NO.2 三相負荷不平衡產生的危害
    ● 增加線損
    在低壓配電網中,電流通過線路導線時產生的電能損耗與通過電流的平方成正比, 即 P=Ia2R+Ib2R+Ic2R+I02R=3I2R+0=3I2R。
    當三相負載最大不平衡時,假設B、C兩相沒有電流,此時總線損為: P=(3I)2R+0+0+(3I)2R=18I2R。最大線損是平衡時的6倍。
    ● 可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果
    配變在最大不平衡狀態下運行時,電流升高3倍,按公式Q=0.24I2Rt計算,此時線路發熱量增加了9倍,可能造成該相導線溫度直線上升,以致燒斷,嚴重影響供電的可靠性。特別是中性線導線,因其截面一般是相線截面的50%或更小,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。
    ● 增加配電變壓器的電能損耗
    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。
    ● 產生零序電流
    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。
    ● 增加高壓線路的線損
    低壓側負荷平衡時,高壓側也平衡,其線損為P=3I2R。
    當低壓側不平衡時(以發生最大不平衡為例),反應到高壓側最大負荷相電流為1.5I,其它兩相為0.75I。
    最大功率損耗為: △P=2(0.75I)2R+(1.5I)2R=3.375I2R=1.125(3I2R),即線損增加了1.125(3I2R)-(3I2R)=0.125,即12.5%。
    ● 可能造成燒毀變壓器的嚴重后果
    三相負載最大不平衡時,最大變損是平衡時的3倍。超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加}h};變壓器油過熱,引起油質劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能;減少變壓器壽命;甚至燒毀繞組。
    ● 配變出力減少
    配變的最大允許出力受到每相額定容量的限制。當配變處于三相負載不平衡工況下運行,負載輕的一相就有富余容量,從而使配變的出力減少。三相負載不平衡越大,配變出力減少越多,其輸出的容量無法達到額定值,備用容量亦相應減少,過載能力也降低,且極易引發配變發熱,嚴重時甚至會造成配變燒損。
    ● 電動機效率降低
    三相負載不平衡運行時,通常會引起電壓不平衡,也即存在正序、負序、零序三個電壓分量,這將使電動機出力減少。如果電動機中性線接N線,零序電流通過電動機繞組將會消耗電能;引起發熱,且消耗較大的無功功率。
    ● 電能質量下降
    三相負荷嚴重不對稱,中性點電位就會發生偏移,線路壓降和功率損失就會大大增加。接在重負荷相的單相用戶易出現低電壓,而接在輕負荷相的單相用戶易出現電壓偏高,可能造成電器絕緣擊穿、縮短電器使用壽命或損壞電器。
    NO.3 工作原理
    本系統由一臺主機和若干臺分機組成。
    分機數量根據配變容量的大小而定。通常,1臺315KVA的配變應安裝15-18臺分機。
    主機不斷檢測本配變三相負荷的大;并計算三相負荷的不平衡度。當不平衡度超過某個設定值(通常設為15%)時,立即命令某臺在重負荷線上運行的分機切換到負荷較輕的線上運行,使三相負荷的不平衡度保持在設定的范圍內。
    本系統通過短距離無線進行數據通信。
    NO.4 運行環境
    本系統適用于居民小區、工礦、企業等所有的低壓配電網。
    本系統用在居民小區負荷調整效果尤為明顯,原因是居民小區的單相負荷比較多,實際負載率很難準確統計,三相負荷隨時在動態變化;由人工切換顯然不可能,三相負荷不平衡隨時可能出現。三相負荷不平衡,必然導致損耗增加、用電效率下降、零序電流增加、縮短設備的使用壽命,嚴重時將導致電力設備不能正常工作甚至燒毀。
    實踐證明,安裝本系統,可以使三相負荷的不平衡度控制在一個設定的范圍內,從而減少不必要的損失,提高電能利用率,為電力公司、用電客戶帶來一定的經濟效益,也為社會節能減排事業做出貢獻。
    NO.5 系統原理拓撲圖


    NO.6 功能特點
    ● 主機
    采用集成電路測量額定頻率為50Hz的三相交流電壓、電流,利用無線數據傳輸技術采集各分機的用電數據;
    實時計算三相不平衡度;適時對各分機下發換相控制命令,性能穩定、可靠;
    數據傳采樣多頻點跳頻技術進行組網、通信;
    實時顯示三相電壓、三相電流、不平衡度、負荷切換次數;
    額定電壓:3×220Vac,50Hz;
    額定電流:3×5Aac;
    準確度等級:電壓、電流1.0級;
    功耗:電壓線路功耗≤1W/1.5VA/每相,電流線路功耗≤1VA/每相;
    環境條件:標準工作溫度為-25℃~+55℃;
    極限工作溫度:-40℃~+70℃,相對濕度:≤75%;
    通訊傳輸范圍:整個配變臺區;
    數據保存有效期:10年;
    外形尺寸:268×170×78;
    低功耗。
    ● 分機
    采用集成電路測量額定頻率為50Hz的三相交流電壓、電流,利用無線數據傳輸技術,接收主機發來的命令,發生本機采集到的電流數據;
    執行主機下發的換相控制命令;
    數據傳采樣多頻點跳瀕技術進行組網、通信;
    采用專用的大功率轉換開關,保證了本裝置在任何情況下不會產生相間短路,在任何時候有且只有一相電源給用戶供電;
    采用專用的大功率復合開關,保證本裝置能輕松切換大負荷;
    最大長期運行電流:120Aac,最大切換電流:100Aac;
    換相時最大停電時間:≤20ms;
    大功率轉換開關的機械、電氣壽命:10萬次;準確度等級:電壓、電流0.5S級;
    環境條件:標準工作溫度為-25℃~+55℃;
    極限工作溫度:-40℃~+70℃,相對濕度:≤75%;
    低功耗:電壓線路功耗≤1W/1.5VA,電流線路功耗≤1VA;
    通訊傳輸范圍:整個配變臺區;額定電壓:220Vac,50Hz;
    外形尺寸:282×170×78(mm);
    數據保存有效期:10年。
    NO.7 節能分析
    以湖南一臺區為例。該配變容量為200kVA,CT變比為150/5,據當地居民反應,當地部分線路電流過大導致電壓及其不穩定,甚至導致部分用戶家中風扇運行忽快忽慢、燈泡忽明忽暗等現象;在該臺區安裝了9臺分機后,根據2018年7月7日(治理前)和2018年7月12日(治理后)的不平衡度數據繪制出如下曲線。

    從圖中可知,本系統投入后,不平衡度基本上控制在設定值以內。
    假設三相線路電阻Ra=Rb=Rc=R,配變的內電阻ra=rb=rc=r,三相負荷平衡時的線路損為: P=3I2R,變損 P=3I2r。
    假設B相電流不變,負荷總量不變,若A相增加電流 I,則C相減少電流 I,平均電流為I。
    則不平衡度={[(I+ I)-I]/I}×100%=( I/I)×100%。
    若不平衡度增加1%,可求得電流增加了0.01I,
    線損 P=(1.01I)2R+I2R+(0.99I)2R=3.0002I2R,線損曾加了0.0002I2R。
    ● 不平衡度每增加2%對應線損、變損的增加量
    從上表可以看出,若把某配變的不平衡度從50%(這種不平衡度在配網內經常會發生)降到14%,就意味著線損、變損的增加量從50%I2R降到3.92%I2R,變損的增加量從50%I2r降到3.92%I2r,降損量達46.08%I2 R和46.08%I2r,降損量非?捎^。
    從江西撫州第六機床廠配變運行情況看,最大不平衡度為41.5%,可能產生的線損增加量為35.28%I2R,變損為35.28%I2r。治理后不平衡度按14%計算,降損幅度達35.24%I2R和35.24%I2r。
    若按日平均值算,治理前不平衡度平均值為23.21%,治理后不平衡度平均值9.39%,線損、變損增加的平均值從11.52%I2R和11.52%I2r,降到2%I2R和2%I2r,平均將損量達9.52%I2R和9.52%I2r。
    事實證明,本系統的投入可以大大降到線損和變損,節能效果非常明顯。

     

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