電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下,供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán)節(jié)的不平衡都可以導(dǎo)致電力系統(tǒng)的三相電壓不平衡,三相電壓不平衡將會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的異常以及很多危害,本文詳細(xì)介紹三相電壓不平衡的定義及其測量。
根據(jù)IEC61000-4-30電壓不平衡定義:三相系統(tǒng)中,線電壓的基波有效值互不相等,或線電壓之間的相角差不相等。
下圖為三相交流電力系統(tǒng)中三相電壓為不同幅值,相角互差不等于120°
三相不平衡交流電壓波形圖及基波矢量圖
下圖為理想的三相交流電力系統(tǒng)中三相電壓為同一幅值,相角互差120°
理想的三相交流電壓波形圖及基波矢量圖
產(chǎn)生三相電壓不平衡原因主要是:單相負(fù)載,單相大容量負(fù)載如電氣化鐵路、電弧爐、電焊機(jī)等,在系統(tǒng)中容量與電氣位置分布不合理(如:電氣化鐵路牽引供電;三相電網(wǎng)某一相或兩相接有大功率負(fù)載,出現(xiàn)電壓不平衡)。
三相不平衡電壓由不平衡電流引起,電網(wǎng)中的負(fù)序電壓,由電網(wǎng)中不平衡負(fù)載上流動(dòng)的負(fù)序電流而引起,電網(wǎng)中的零序電壓,由電網(wǎng)中不平衡負(fù)載上流動(dòng)的零序電流而引起,三角形連接的變壓器可以阻止零序不平衡電壓的傳播,零序電壓可能影響以線一零為方式連接的三相設(shè)備,但對大多數(shù)以線一線方式連接的三相設(shè)備無影響。
三相不平衡的危害:供電電壓不平衡將使電氣設(shè)備(如電動(dòng)機(jī))熱損耗增加、發(fā)生振動(dòng),保護(hù)、控制設(shè)備可能受到干擾,如多相換流器直流端將產(chǎn)生紋波分量,交流輸出端產(chǎn)生非特征諧波等不正?,F(xiàn)象的發(fā)生,嚴(yán)重的直接損壞電氣設(shè)備。
三相電壓不平衡IEC標(biāo)準(zhǔn)算法:
測量三相電壓的基波幅值與相角,計(jì)算不平衡度:
設(shè)三相基波電壓
正序分量:
負(fù)序分量:
測量計(jì)算公式:
負(fù)序不平衡度:
三相電壓不平衡的測量中需要主要的問題:
負(fù)序、零序不平衡度必須以10周期時(shí)間間隔對基波成分(50Hz)由對稱分量法進(jìn)行計(jì)算,應(yīng)采用濾波器或DFT算法,將諧波的影響降至最??;由三相有效值計(jì)算不平衡度的簡便算法沒有考慮相角不平衡因數(shù),諧波電壓的存在將導(dǎo)致錯(cuò)誤的不平衡度測量結(jié)果。電機(jī)系統(tǒng)中零序分量將受3次諧波電壓的影響而增加,負(fù)序分量將受5次諧波電壓的影響而增加。這些額外增加的量對設(shè)備的影響和基波頻率的不平衡度造成的影響并不相同。
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