三相电压不平衡的原因可以归结为三大类:负载侧原因、电源侧原因和输配电系统原因。
1. 负载侧原因(最常见)
这是导致低压配电系统电压不平衡的最主要原因。
单相负载分配不均:在低压配电网络中,大量的单相负载(如照明、空调、办公设备)如果没有被均匀地分配到三相上,就会导致某一相或某两相的负载过重,从而造成该相电压下降,形成电压不平衡。
大容量单相负载:例如大型电焊机、单相电炉等,在启动和运行时会对所在相造成巨大的电流冲击,引起瞬时或持续的电压跌落。
不对称运行的三相负载:例如三相电机缺相运行、三相变压器绕组故障等,会导致负载本身呈现不对称特性。
非线性负载产生的谐波:大量的电力电子设备(如变频器、整流器、UPS)会产生谐波电流,特别是3次谐波,会在中性线上叠加,导致中性点漂移,加剧电压不平衡。
2. 电源侧原因
三相电源本身不对称:电动机的内部绕组故障可能导致其输出的三相电压本身就不平衡。
电力系统故障:电网远距离输电线路的不对称参数、大型变电站的变压器故障等,但这些情况在用户侧比较少见。
3. 输配电系统原因
线路阻抗不对称:架空线路或电缆的某相导线因接触不良、氧化、断股等原因导致该相线路阻抗增大,从而在负载电流下产生更大的电压降。
保险丝或开关故障:某一相的保险丝熔断或断路器触点烧蚀,导致该相连接不良。
无功补偿不足或不平衡:系统中的无功功率需求不平衡,且没有得到有效的补偿,也会影响电压水平。
二、处理措施
处理三相电压不平衡应遵循“先监测分析,后调整治理”的原则
1. 调查与测量
使用电能质量分析仪:在配电柜的总开关或主要支路处,使用专业仪器进行长时间监测(至少24小时以上)。记录三相电压、电流的有效值、不平衡度,以及谐波含量。这是诊断问题的关键第一步。
计算电压不平衡度:根据国标《GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡》,电压不平衡度通常用负序电压与正序电压的百分比表示。一般情况下,要求公共连接点的正常不平衡度限值为2%,短时不超过4%。
简单估算公式:(最大电压 - 最小电压) / 平均电压× 100%
2. 负载侧治理措施(最直接有效)
重新分配单相负载:
这是解决负载不均最基本、最经济的方法。
将配电箱内的单相负荷开关,尽可能平均地分配到L1、L2、L3三相上。
不仅要考虑负载数量,更要考虑负载的功率和运行时间。可以通过测量各相的电流来指导调整。
将大容量单相负载改为三相供电:如果条件允许,将大功率的单相设备(如大型电焊机)更换为三相设备。
错峰运行:安排大功率单相负载在不同时段运行,避免它们同时集中在某一相上启动。
3. 系统侧治理措施
检修线路和连接点:
检查所有母线排、电缆接头、断路器触点和熔断器,确保连接紧固,无氧化或烧蚀现象。
使用热成像仪进行巡检,可以发现因接触不良导致的局部过热点。
检修电源:如果是自备发电机供电,检查发电机本体及励磁系统。
4. 使用补偿装置(技术解决方案)
当通过调整负载无法完全解决问题时(例如,负载本身就是不对称且无法改变的),可以考虑采用电力电子装置进行补偿。
安装无功补偿装置:
分相补偿型 SVG(静止无功发生器):这是治理电压不平衡最有效的装置之一。SVG可以快速、独立地向每一相注入或吸收无功电流,从而“拉平”三相电压。它特别适用于负载波动剧烈、且含有无功不平衡的场合。
安装有源电力滤波器(APF):
如果电压不平衡主要由谐波(特别是3次谐波)引起,APF可以有效地滤除谐波电流,减轻中性线电流,从而改善电压不平衡。
使用平衡变压器:在某些特定场合,可以使用特殊的平衡变压器来补偿不对称电流
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