配电网的三相平衡

技术交流　工业加热》第３６卷２００７年第５期　配电网的三相平衡　梅岭芳　（江西九江学院浔东校区，江西　九江３３２０００）　摘要：中国专利技术——输电网三相自动平衡器，在配电网应用中，利用电网自身的稳定性，通过微机调控，达到三相负载平衡。　在技术上，结束了大功率单相负载必须配备电容器，电抗器～类平衡装置的历史，开创了大功率单相负载直接挂网的新时代。　关键词：配电网；三相电流；不平衡度；电网稳定性；微机调控　中图分类号：ＴＭ７６１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—１６３９（２００７）０５—００６２—０２　Ｔｈｒｅｅ　Ｐｈａｓｅｓ　Ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＭＥＩ　Ｌｉｎｇ—ｆａｎｇ　Ｙ，ｙＮ系统三相电流若不平衡，在１０　ｋＶ网络中则产　令　，　，　分别为电炉、电容、电抗的容量，则　生负序电流；在３８０　Ｖ网络中则产生负序电流和零序电　Ｓｃ　ＳＬ　Ｓ　流。负序电流会引起发电机、电动机出力下降、过热甚　至烧毁；零序电流使‘零点飘移’，２２０　Ｖ额定电压无保　＆＋　＝　＝１．１６　平衡电容器、电抗器两者容量　、／ｊ　证，可能产生诸如仪器、仪表灵敏度降低甚至失灵，继　之和较电炉容量大１６％。　电保护误动作等异常现象。　传统上，４０　ｋＷ以上大功率单相负载每台都需配置平　当单相电炉需要调压时（例如用于铸造的工频感应　衡装置，且价格贵，用户难以普遍接受，致使许多３８０　Ｖ　炉），要用三相调压器。　配电网三相电流不平衡度严重超标，高达２０％以上。有　２．２工频变相器（三相变单相）　的市区，例如湖南长沙市已于１　９９５年开始收取三相电流　在诸多变相电源中，比较好的是锦州电热设计院设　不平衡度超过２０％的污染电费。　计的工频变相器，它是由三相／二相变压器加电容器组合　降低电网三相电流不平衡度的专利技术一一输电网　而成。其中变压器容量≥负载容量；电容器容量与变压　三相自动平衡器（专利号ＺＬ９４２０４６２４。２，以下简称平衡　器相匹配。工频变相器容量６～４００　ｋＶＡ，有１２个等级，　器），它打破了传统设计思想，不考虑单相负载的三相不　以便与多种容量单相设备配套运行。　平衡，只考虑电网的三相不平衡问题。它利用电网自身　２．３三角形负载　的稳定性，通过微机调控系统，调节三相电流不平衡度，　使其达到预定要求。　将三台相同的单相负载联接成△挂网，能达到三相　静态平衡，但不能做到动态平衡。　２传统平衡技术　３输电网三相自动平衡器　传统平衡装置有平衡电容器一电抗器、工频变相器等，　分述如下。　输电网三相自动平衡器是笔者开发的专利技术，可　２．１平衡电容器－电抗器　用于３８０　Ｖ配电网。传统平衡技术是通过解决单相负载　这种平衡装置被广泛采用，单相工频感应电炉的设　的三相不平衡，使其不破坏电网平衡；平衡器的设计是　计部门，一般都设计好了配套用的电容器一电抗器，如图　从电力系统出发，利用电网自身的稳定性，解决由大功　１，可使三相电流不平衡度≤１０％。　率单相负载直接挂网造成的三相不平衡。其数学基础是　笔者推导出的电网三相电流不平衡度（　）的计算式；其　工作的基本原理是恢复与维护电网系统的稳定。　Ｃｐ：　衡电容器　３．１　电网三相电流不平衡度计算式　＝ｋ（Ｐｍ　一　）／（　・ｃｏ＠）　（１）　式中：　为配电网容量，即输出３８０　Ｖ的主变压器额定容　量，ｋＶＡ；ｃｏ＠为配电网功率因数；　为配电网三相中　图Ｉ三相平衡装置原理图　６２　维普资讯 http://www.cqvip.com 辛技术交流　最大负载功率，ｋＷ；Ｐｍ　为配电网三相中最小负载功率，　ｋＷ；足为系数。　由式（１）知，配电网有其自身的稳定性，其表现为：　（１）三相电流不平衡度　与电网容量　成反比，　愈　大，　愈小，即稳定性愈好。　（２）　，与三相功率不平衡值（Ｐｍ　一Ｐｍ．　）成正比，　（Ｐｍ　一Ｐｍ　）愈小，　愈小，稳定性愈好。　（３）　与电网功率因数成反比，ｃｏｓｔ愈大，　愈小，　稳定性愈好。　由式（１）知，在配电网容量一定的情况下，欲降低　三相电流不平衡度，可以采取两项措施。①提高电网功　率因数。例如单相工频感应电炉功率因数低，所以要配　补偿电容器，使其ｃｏｓｔ　ｌ。②降低电网三相功率不平衡　值（Ｐｍ　一Ｐｍ。　），并实时监控它的变化，这就是平衡器的　任务。　３．２平衡器工作原理　平衡器用于３８０　Ｖ配电网中，工作原理如图２所示，　电流采样器采集配电网三相电流，通过模／数转换器将模　拟信号转换为数字信号，经接口电路送至单片机进行比　较，发出指令，输出放大后启动开关控制电路，将大电　流相中一部分负载切换到小电流相，以降低（Ｐｍ　一Ｐｍ。　），　使　满足要求，实现三相相对平衡。当三相负载的变化未　超过　允许值时，平衡器不予调整，维持现状，以避免　频繁切换。　８０Ｖ＝．卡Ｈ配电网Ｈ电流采样Ｈ　Ａ／Ｄ转换Ｈ接ＩＡ　单　负载Ｈ开ｌ天控制Ｈ放人Ｈ输出Ｈ单”机　图２平衡器原理框图　一台平衡器能控制单相负载一至数十台，控制台数　愈多，则换相的选择性愈好，（　一Ｐｍ．　）之最小值亦愈　小，即　愈小，所以平衡器控制对象愈多，其技术、经济　效果愈好。　当负载需要调压时（例如工频感应电炉用于铸造金　属零件），则在负载前接入单相调压器。　单相负载既是造成电网不平衡的消极因素，也是调　整平衡的积极因素。单相负载之所以破坏平衡，往往是　与它所处的相序不当有关。　譬如在电网处于不平衡态，待挂网的一台单相负载　将是加剧电网不平衡（提高　还是改善电网平衡（降低　，决定于电网容量、该台负载容量及其所处相序；在　电网处于平衡态时，数台待挂网的单相负载，将是否使　不平衡度　超标，决定于电网容量、待挂网的单台容　量、台数及其三相分布状况。这些都可根据计算式算　工业加热》第３６卷２００７年第５期　出　，并定出允许值，最后由平衡器ｌ／１寸诸实施。　例如某企业主变压器容量ｌ　０００　ｋＶＡ，测得其　ｃｏｓ￣　ｌ，三相电流，ｕ＞Ｉｖ：１ｗ，三相电流不平衡度　＝２５％。　当有一台型号为ＧＷＬ　一０．７５—２００熔铝电炉（３８０　Ｖ，　２００　ｋＷ）即将投人运行，若接人ｕＶ相或ＵＷ相，则　升高，加剧电网的不平衡；若用平衡器自动接人Ｖｗ　相，按计算式计算，　，下降到９．８％。若欲再降低　，可　另将一些小功率单相负载接人平衡器，接人多少，根　据所要求的　值而定。当三相电流变化超过　允许值时，　平衡器将单相负载实时换相，实现单相负载挂网智能化　切换，从而保持三相平衡。　不论配电网三相电流的变化是由工频感应电炉等　大功率单相负载引起，还是由小功率单相负载群随机　变化所引起，平衡器同样调整，全方位解决了配电网　平衡问题。　平衡器用于２２０　Ｖ小功率单相负载群（生活用电）　的控制时，如前所示原理框图仍适用。但按计算式算出　的　要乘以√３，因为星形联接的配电网三相电流不平衡　度是三角形联接的√３倍。　３．３平衡器优点　与传统技术相比，平衡器有以下优点。　（１）由于４０　ｋＷ以上大功率单相负载直接挂人三相　电网，从而省掉了每台负载的变相电源（容量≥负载容　量）或平衡电容器一电抗器（两者容量之和较负载容量大　ｌ６％）及其冷却设备。　（２）由于单相负载直接挂人三相电网，对有调压要　求者只需用单相调压器（容量＝电压×电流），与用三相　调压器（容量＝１．７３电压×电流）相比，节省调压器容量　７３％，也节省了相应的电能供应。　（３）由于采用微机控制，一台平衡器能控制负载一　至数十台，控制台数愈多，技术、经济效果愈好。　（４）由于采用微机控制，使单相负载可随时从大电　流相切换至小电流相，故不仅保证了单相负载不破坏电　网平衡，而且可以降低电网原有的不平衡。　（５）由于采用微机控制，其监控对象是三相电流的　变化，凡是三相配电网皆可监控，故平衡器可广泛用于　冶炼厂（例如用单相工频感应电炉冶炼铜、铝、锌及其　合金）、一般工厂（有３８０　Ｖ中、小功率单相负载群）及　居民生活区（２２０　Ｖ生活用电）和大型宾馆（空调器多），　从而全方位解决了配电网的三相平衡问题。　（６）由于平衡器是利用电网自身的稳定性，通过微　机调控以恢复、维护电网平衡，因而是经济有效的平衡　装置，成为配电网平衡的换代技术。　６３