【文章內(nèi)容簡介】 成燒毀低壓電器的事故。，要經(jīng)常測量配電變壓器出口和部分主干線的三相電流，發(fā)現(xiàn)不平衡，要及時調(diào)整，使三相電流始終保持在平衡或接近平衡狀態(tài)。因此，我們分析可以知道，要想降低壓配網(wǎng)的線損，必須采取有效的技術(shù)措施和管理措施，要盡量保證負(fù)荷的三相平衡，因為在低壓配網(wǎng)中，負(fù)荷的三相不平衡造成的線損是很大的。(1)三相不平衡 根據(jù)電工理論，多相系統(tǒng)可分為對稱的和不對稱的兩大類。所謂對稱的m相系統(tǒng)，是指各相電量(電動勢、電壓或電流)大小相等、彼此的相位差均等于。多相系統(tǒng)又可分為平衡的與不平衡的，前者功率瞬時值與時間無關(guān)，而后者功率瞬時值隨時間而變。 可以證明，相數(shù)m﹥2的對稱系統(tǒng)一定是平衡的。即m 2的對稱多相系統(tǒng)的功率瞬時值與時間無關(guān)，因此這樣的多相系統(tǒng)是平衡的。如果電壓是對稱的，但多相電路參數(shù)不對稱，則一般說整個多相系統(tǒng)的功率瞬時值時隨時間變化的，并且以角頻率的兩倍脈動。 一個多相系統(tǒng)的不對稱性并不表明它一定是不平衡的。例如由兩個大小相等而互成二角的電動勢組成的不對稱二相系統(tǒng)，在電路對稱時就是平衡的。但單相系統(tǒng)可算是不平衡系統(tǒng)的典型例子，其功率在p(1+)和p(1－)之間波動，其中P代表系統(tǒng)的有功功率。(2)三相不平衡度 三相電量的不平衡度通常以負(fù)序分量與正序分量的百分比表示。(3)三相不平衡國家標(biāo)準(zhǔn) 電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%。電氣設(shè)備額定工況的電壓允許不平衡度和負(fù)序電流允許值仍由各自標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如旋轉(zhuǎn)電機(jī)按GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求規(guī)定》。接于公共接點的每個用戶，%.眾所周知，任何一組不對稱的三相相量(如電壓、電流等)和都可以分解為三組對稱的向量：即零序 ,=,；正序 負(fù)序 。而 （）假定不平衡三相的電壓、對應(yīng)的線電壓相量為、則 （）若以和代入式（），則得 （）由此可見，為用圖解法求得和，只需在位形圖上以BC長為邊畫兩個等邊三角形PBC和QBC即可，此時 () () 不平衡三相電壓的向量圖 當(dāng)三相電量中不含零序分量時（例如三相線電壓，無中線的三相線電流），可以利用幾何的方法推導(dǎo)求三相不平衡度的更為簡潔的計算式（即國標(biāo)中的推薦算式）。為此，，以BC邊為橫坐標(biāo)，以BC邊的垂直平分線為縱坐標(biāo)，則三相電量構(gòu)成的三角形各點的坐標(biāo)分別為A(G,H)、B(L/2,0)、C(、P(0,、Q(0,、R(G,0)。確定G和H需給定兩算式 不平衡三相電壓坐標(biāo)圖首先求△ABC的面積△,可得 △=HL= () 式中S=代入上式得 16△=(K+L+M)(K+L+M)(KL+M)(K+LM) =(所以 LH=2△=( ()再由直角△ABC和△ARB可得M和，二式相加則得即 （）最后根據(jù)式（）和式（）則有 （） 為簡化算式，令 將式（）和式（）代入上列和的算式，經(jīng)簡化可得三相電壓不平衡度的準(zhǔn)確算式 （）及 ％ （）與此類似，三相電流不平衡度，也可用其相應(yīng)公式計算。工程上為了估計某個不對稱負(fù)荷在公共連接點上造成的不平衡度，可用下列公式 ％ （）式中 ——負(fù)荷電流的負(fù)序分量 U——線電壓 ——公共連接點的短路容量上式是基于公共連接點與電源間的聯(lián)系阻抗（Z）的正序與負(fù)序阻抗相等。實際上 100％=*100％≈*100％=*100％因此式（）一般只能用于和發(fā)電廠或大的電機(jī)電氣距離較遠(yuǎn)的場合。此時電機(jī)的阻抗只占聯(lián)系阻抗的一小部分，而阻抗中大部分為靜止元件（線路、變壓器）。對于接于相間的單相負(fù)荷為（MVA）時，其所引起的不平衡度可用更為簡單的公式計算： *100％ （）事實上，已知單相電流I時，由式（）很易求得負(fù)序電流和I的關(guān)系為，于是 *100％≈*100％=*100％式（）的使用條件同式（）。 三相不平衡的分析方案對三相不平衡問題的分析是關(guān)系到電能質(zhì)量問題解決得一個重要環(huán)節(jié)，只有對所存在的三相不平衡問題進(jìn)行正確的分析，才能清楚該三相不平衡問題的特性，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施來解決這一電能問題。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB的優(yōu)勢：工作平臺編譯環(huán)境十分友好，編譯語言簡單易用，數(shù)據(jù)的計算處理能力十分強(qiáng)大，圖形處理能力強(qiáng)大，模塊集合工具箱應(yīng)用廣泛，程序的接口和發(fā)布平臺很實用，可以開發(fā)用戶界面。故而選擇MATLAB仿真可以直觀的分析三相不平衡問題?！? 三相電壓或電流不平衡會對電力系統(tǒng)和用戶造成一系列的危害，主要有：(1)降低變壓器的出力，危及配電變壓器的安全和壽命。(2)使電動機(jī)定子的銅耗增加，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而降低電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力。(3)引起發(fā)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動，危及安全運行和正常出力。(4)增加輸電線路的損耗。 此外，在低壓配電線路中，會影響計算機(jī)正常工作，引起照明電燈壽命縮短(電壓過高)或照度不足(電壓過低)以及電視機(jī)的損壞。對于通信系統(tǒng)，會增大干擾，影響正常通信質(zhì)量。引起以負(fù)序分量為起動元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動作(特別是當(dāng)電網(wǎng)中同時存在諧波時)，對電網(wǎng)安全運行有嚴(yán)重威脅。本文主要針對三相不平衡對變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、輸電線路的危害進(jìn)行分析與計算。 (1)降低配電變壓器出力對三相配電變壓器而言，其輸出容量為每相輸出容量之和，即:S=+由于三相變壓器繞組結(jié)構(gòu)是按對稱運行情況下設(shè)計的，其每相繞組的電氣特性參數(shù)相同。當(dāng)三相不平衡時，其允許最大出力只能按三相負(fù)載中最大一相不超過額定容量為限。 對三相不平衡運行的變壓器，由于其最大一相負(fù)載受到額定容量的限制，使最大輸出容量將大大降低，也就是說，降低了變壓器的利用率，同時，過載能力亦降低。(2)三相負(fù)載不平衡運行會造成配電變壓器零序電流過大，局部金屬件溫升增高。 我國的610kV配電變壓器大都采用Y/Y。聯(lián)結(jié)，低壓配電網(wǎng)格采用三相四線制，存在很多的單相負(fù)載，因此配電變壓器的三相不平衡運行是不可避免的。國標(biāo)GB50052《供配電設(shè)計規(guī)范》、《變壓器運行規(guī)程》中都規(guī)定了Y/Y。接線的配電變壓器運行時中線電流不能超過變壓器相、線電流的25%，這是由變壓器的結(jié)構(gòu)所決定的。中線電流的增加會引起變壓器損耗的增加，同時造成中性點電位的偏移。在三相負(fù)載不平衡運行下的變壓器，必然會產(chǎn)生零序電流。由于變壓器內(nèi)部零序電流的存在就會在鐵芯中產(chǎn)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(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計時是不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)磁部件，所以由此引起的磁滯和渦流損耗往往會造成這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度升高，嚴(yán)重時將導(dǎo)致變壓器運行事故。(3)危及配電變壓器的安全和壽命 零序電流在配電變壓器中引起的渦流損耗，將使得配電變壓器運行溫度升高，危及配電變壓器的安全和壽命。在實際工作中，負(fù)荷不平衡往往還伴隨著一、兩相過負(fù)荷，這樣很有可能燒壞配電變壓器。 由于變壓器負(fù)載不平衡引起電壓不對稱，此時存在著正相序、負(fù)相序、零相序三個電壓分量，當(dāng)電動機(jī)投入運行后，負(fù)相序電勢就產(chǎn)生與正相序電勢相反的旋轉(zhuǎn)電勢，這個電勢起到制動的作用，由于正序電勢的磁場比負(fù)序電勢磁場大，電動機(jī)仍與正序磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，但是由于負(fù)相序磁場的制動作用，使電動機(jī)輸出功率減少。如果電動機(jī)的中性線接零，還會有零序電流通過，這個零相序的電流會在繞組上消耗電能而使電動機(jī)溫度升高。另外，這個零相序電流還產(chǎn)生了一個脈動的磁場而消耗一定的無功功率。 綜上所述，在不平衡電壓作用下對感應(yīng)電動機(jī)有如下影響：(1)定子的銅耗增加，其值為：；（2）負(fù)序磁場產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而降低電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力；(3)轉(zhuǎn)子的銅耗增加，而由于轉(zhuǎn)子與負(fù)序反轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率較大，使集膚效應(yīng)增強(qiáng)，更使轉(zhuǎn)子銅損增大；(4)正、反轉(zhuǎn)磁場相互作用，建立脈動轉(zhuǎn)矩，可能引起電動機(jī)的振動。(1)轉(zhuǎn)子附加損耗及發(fā)熱 發(fā)電機(jī)在不對稱運行時負(fù)序電流在氣隙中產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場，給轉(zhuǎn)子帶來了額外的損耗。這些損耗包括在激磁繞組里感應(yīng)的100 Hz電流所引起的附加損耗以及在轉(zhuǎn)子表面由于感應(yīng)的渦流所產(chǎn)生的附加表面損耗。如果同步發(fā)電機(jī)具有阻尼繞組，在阻尼繞組中也引起損耗。這些損耗造成轉(zhuǎn)子溫升的提高。一般說來，隱極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子溫升較凸極發(fā)電機(jī)的情況嚴(yán)重，因為其激磁繞組就嵌在整塊轉(zhuǎn)子的槽中，轉(zhuǎn)子的表面損耗所產(chǎn)生的熱量部分地影響到激磁繞組的散熱。而在凸極發(fā)電機(jī)里，激磁繞組直接與空氣接觸，受轉(zhuǎn)子的表面損耗所產(chǎn)生的熱量的影響較小，特別是在有阻尼繞組的轉(zhuǎn)子里。此外，凸極機(jī)的轉(zhuǎn)子通風(fēng)較好，散熱容易，激磁繞組的過熱問題就更小。因此，水輪發(fā)電機(jī)較汽輪發(fā)電機(jī)有較高的不平衡度允許值。 (2)附加力矩和振動 在不對稱負(fù)載時，由負(fù)序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子激磁磁勢及由正序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與定子負(fù)序磁勢所產(chǎn)生的100 Hz的交變電磁力矩，將同時作用在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸以及定子機(jī)座上，引起100 Hz的振動。運行和試驗表明，對汽輪發(fā)電機(jī)的附加振動很小，不是限制負(fù)序電流的主要因素。但是對于水輪發(fā)電機(jī)，在不對稱運行下，附加振動有時較大。當(dāng)其定子鐵心或機(jī)座的自振頻率與100 Hz接近時，即使負(fù)序電流不大，附加振動也較大，此時就會成為限制負(fù)序電流的主要因素。 在三相四線制供電線路中，三相電流平衡時，線路功率損耗最小。三相電流不平衡時，線路功率增大的部分稱為線路的電流不平衡附加線損。本文通過對線路幾種情況的計算，可以進(jìn)一步了解調(diào)整不平衡負(fù)荷對