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低压配电三相负载不平衡有哪些危害?

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2019-07-01 09:36:25

低压电网三相负荷失衡的几种原因,低压配电三相负载不平衡的危害,三相负荷不平衡将增加变压器的损耗,三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果,三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大,局部金属件温升增高。

低压配电三相负载不平衡的危害

低压电网三相负荷失衡产生的原因

1)、低压电网三相负荷不平衡要增加损耗,虽然是是早已被提出来了的。

但在农网改造前,由于①农村低压电网不在电业部门的必管范围,设备线路状况极差,线损很高,收不够上缴电费就涨电价,即线损水平虽高但降损的压力不大。

②农村照明等单相负荷很小,只占总用电负荷的5~20%左右,故虽进行过低压整改,多是把配电变压器移到负荷中心、改造低压线路、整改户内线路等。三相负荷不平衡由于是较次要的因素,没有也不可能引起人们足够注意,故实践很少,亦不可能提出调平三相负荷的具体方法。

2)、农网改造由于规模大、任务重、时间紧,不可能面面俱到(如规划调平三相负荷);加之改造资金有限,为了降低费用,架设了一定数量的单相两线线路,尤其是低压分支线路中,单相两线线路占一定比例;还有在下户线接火施工中,一些施工人员素质低,没有三相负荷平衡的概念,施工中或随意接单相负荷,或为了不接成380V,把单相负荷都接到中间两根线上。这在一定程度上加重了三相不平衡度。

3)、运行管理中,农村低压线路虽多为三相四线,但很多没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相上,也不知道该怎样做才能均衡,造成某相或某两相负荷过多。更有甚者,有些地方供电所部署对于只有单相负荷且量值较小的三相四线线路,停用两根相线,只用单相两线供电,加重了三相不平衡度。

4)、有的各相负荷看上去比较接近,各相电流也较相近,但中性线电流却很大,甚至超过最大相电流,这是因三相负荷的性质不同所引起的。

如某三相四线供电线路,测得相电压UA=UB=UC=220V,IA=IB=4A,IC=3.2A,IN=4.2A。

为了验证IN的值,测得各相负荷的相位|ΦA|=|ΦB|=40°,ΦC=0°,则ZA和ZB中必有一相为感性,一相为容性。设ZA 为感性, ZB为容性,向量图如图1所示。

低压配电三相负载不平衡的危害

|IA+IB|=2cos20°IA=7.5(A)
则IN =|IA+IB+IC|=4.3(A),理论计算和仪表测量结果基本吻合,说明中性线电流大确因三相负荷的性质不同所引起。

5)、近年来,农村经济飞速发展,农民生活迅速提高,尤其是农网改造完成及“同网同价”实施后,农村家庭除照明电器增多外,大量的中、高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家,例如电饭煲、电水壶、电炒锅、电热水器、电取暖器、小水泵等,单台容量大多数在800~2000kW,都是采用单相(220V)电源,单相负荷激增;

而另一方面,随着工业的发展,农村方便食品(如方便面、挂面)销售量增多,农户加工馒头、面皮、米皮出售等新生事物纷纷涌现,农副业加工量减少,农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面。

据了解,现在一般农村单相负荷已占总负荷的70%以上,富裕地方达到90%以上,经济较差的农村也占到50~60%。在单相负荷用电量极大增长的情况下,若不注意三相平衡,可能使低压电网的三相不平衡度很大,电网技术状况很差。

三相负荷不平衡的危害:对配电变压器的影响

1)三相负荷不平衡将增加变压器的损耗

变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变,即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化,且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时,变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

从数学定理中:假设a、b、c 3个数都大于或等于零,那么a+b+c≥33√abc 。

当a=b=c时,代数和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。

因此,可以假设变压器的三相损耗分别为:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流,R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下:

Qa+Qb+Qc≥33√〔(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)〕

由此可知,变压器的在负荷不变的情况下,当Ia=Ib=Ic时,即三相负荷达到平衡时,变压器的损耗最小。

则变压器损耗: 当变压器三相平衡运行时,即Ia=Ib=Ic=I时,Qa+Qb+Qc=3I2R; 当变压器运行在最大不平衡时,即Ia=3I,Ib=Ic=0时,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

2)三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多,可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热,绝缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的绝缘性能,减少变压器寿命(温度每升高8℃,使用年限将减少一半),甚至烧毁绕组。

3)三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大,局部金属件温升增高

在三相负荷不平衡运行下的变压器,必然会产生零序电流,而变压器内部零序电流的存在,会在铁芯中产生零序磁通,这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。

但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件,则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热,致使变压器局部金属件温度异常升高,严重时将导致变压器运行事故。

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