三相电流不平衡等因素产生的主要危害:
1、旋转电机在不对称状态下运行,会使转子产生附加损耗及发热,从而引起电机整体或局部升温,此外反向磁场产生附加力矩会使电机出现振动。 对发电机而言,在定子中还会形成一系列高次谐波。
2、引起以负序分量为启动元件的多种保护发生误动作,直接威胁电网运行。
3、对发电机、变压器而言,当三相负荷不平衡时,如控制 大相电流为额定值,则其余两相就不能满载,因而设备利用率下降,反之如要维持额定容量,将会造成负荷较大的一相过负荷,而且还会出现磁路不平衡致使波形畸变,设备附加损耗增加等。
三相负荷不平衡的危害
1.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。
从数学定理中我们知道:假设a、b、c 3个数都大于或即是零,那么a+b+c≥33√abc 。
当a=b=c时,代数和a+b+c取得 小值:a+b+c=33√abc 。
因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为:qa=ia2r、qb= ib2r 、qc =ic2r,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√[(ia2r)(ib2r)(ic2r)]
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 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 大不平衡时,即ia=3i,ib=ic=0时,qa=(3i)2r=9i2r=3(3i2r);
即 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,尽缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的尽缘性能,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。
2.对高压线路的影响
(1)增加高压线路损耗:
低压侧三相负荷平衡时,6~10k v高压侧也平衡,设高压线路每相的电流为i,其功率损耗为: δp1= 3i2r
低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧,在 大不平衡时,高压对应相为1.5i,另外两相都为0.75 i,功率损耗为:
δp2= 2(0.75i)2r+(1.5i)2r = 3.375i2r =1.125(3i2r);
即高压线路上电能损耗增加12.5%。
(2)增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命:
我们知道高压线途经流故障占相当比例,其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大,从而引起高压线途经流跳闸停电,引发大面积停电事故,同时的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。
3.对配电屏和低压线路的影响
(1)三相负荷不平衡将增加线路损耗:
三相四线制供电线路,把负荷均匀分配到三相上,设每相的电流为i,中性线电流为零,其功率损耗为: δp1= 3i2r
在 大不平衡时,即某相为3i,另外两相为零,中性线电流也为3i,功率损耗为:
δp2= 2(3i)2r = 18i2r = 6(3i2r);
即 大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍,换句话说,若 大不平衡时每月损失1200 kwh,则平衡时只损失200 kwh,由此可知调整三相负荷的降损潜力。
(2)三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果:
上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多。由于发热量q=0.24i2rt,电流增为3倍,则发热量增为9倍,可能造成该相导线温度直线上升,以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%,但在选择时,有的往往偏小,加上接头质量不好,使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。
同理在配电屏上,造成开关重负荷相烧坏、重负荷相烧坏,因而整机损坏等严重后果。
4.对供电企业的影响
供电企业直管到户,低压电网损耗大,将降低供电企业的经济效益,甚至造成供电企业亏损经营。农承包台区线损,线损高农电工奖金被扣发,甚至连工资也得不到,必然影响农电工情绪,轻则工作消极,重则为了得到钱违法犯罪。
变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,一方面增大供电企业的供电本钱,另一方面停电检验、购货更换造成长时间停电,少供电量,既降低供电企业的经济效益,又影响供电企业的声誉。
5.对用户的影响
三相负荷不平衡,一相或两相畸重,必将增大线路中的电压降,降低电能质量,影响用户的电器使用。
变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,影响用户供电,轻则带来不便,重则造成较大的经济损失,如停电造成养殖的动植物死亡,或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。