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1.前言

       一個(gè)三相平衡電路的三相電壓源必須是正弦波，且頻率相同，幅度相同，相位互差120度；三相的負(fù)荷阻抗相同且均為線性阻抗，因此三相的電流都是正弦波，且頻率相同，幅度相同，相位互差120度。
絕對(duì)的三相平衡是不存在的，實(shí)際的三相系統(tǒng)總是存在不同程度的不平衡現(xiàn)象。電網(wǎng)希望用戶負(fù)載的三相電流越平衡越好，否則三相不平衡電流會(huì)導(dǎo)致變壓器容量浪費(fèi)、中性線電流過(guò)大；電網(wǎng)希望用戶負(fù)載的無(wú)功電流越小越好，否則無(wú)功在電網(wǎng)與負(fù)載間來(lái)回循環(huán)，導(dǎo)致電能浪費(fèi)；電網(wǎng)希望用戶負(fù)載的諧波電流越小越好，否則諧波會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電流失真，引起設(shè)備工作異常；用戶希望電網(wǎng)提供的電壓幅值越穩(wěn)定越好，否則過(guò)高或過(guò)低的電壓都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備保護(hù)甚至損壞。
2、三相不平衡的概念
       事故性不平衡：由于三相系統(tǒng)中某一相（或兩相）出現(xiàn)故障所致，例如一相或兩相斷線，或者單相接地故障等。這種狀況是系統(tǒng)運(yùn)行所不允許的，一定要在短期內(nèi)切除故障使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 
正常性不平衡：由于系統(tǒng)三相元件或負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)引起的。作為電能質(zhì)量指標(biāo)之一的“三相電壓允許不平衡度”是針對(duì)正常不平衡運(yùn)行工況而定的。

3、三相不平衡的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定
  國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
   電壓不平衡度的允許值 
      GB/T 15543-1995規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。這是基于對(duì)重要用電設(shè)備（旋轉(zhuǎn)電機(jī)）標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)電壓不平衡度的實(shí)況調(diào)查、國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面分析后選取的。 
      GB755-1981《電機(jī)基本技術(shù)要求》中規(guī)定，同步電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的I2/IN最大值為0.08-0.10，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)序阻抗約為0.14-0.45，如機(jī)端不平衡度為2%，則相應(yīng)的電流不平衡度為0.044-0.14，即有可能超過(guò)該電機(jī)的負(fù)序電流長(zhǎng)期承受能力。但將機(jī)端作為公共連接點(diǎn)，只有極少量的直配供電網(wǎng)。實(shí)際旋轉(zhuǎn)電機(jī)與公共連接點(diǎn)之間一般有線路及變壓器的阻抗。只要這些元件的折合阻抗能達(dá)到0.1以上，則相應(yīng)的負(fù)序電流有望降至額定電流的8%以下。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)電機(jī)負(fù)序承受能力和電機(jī)本身承載狀況也有關(guān)系。如電機(jī)不滿載，自然可以負(fù)擔(dān)更多的負(fù)序電流。
國(guó)家規(guī)定
      對(duì)于出口電流不平衡度超過(guò)15%，負(fù)載率大于60%通過(guò)管理措施難以調(diào)整的配變臺(tái)區(qū)，需加裝三相不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
      對(duì)于低壓諧波、電壓閃變、無(wú)功補(bǔ)償容量不足等多種因素導(dǎo)致的“低電壓”問(wèn)題，需加裝低電壓無(wú)功發(fā)生器（SVG）。
規(guī)定了電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，同時(shí)規(guī)定了短時(shí)的不平衡度不得超過(guò)4%。對(duì)接入公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)正常壓不平衡的允許值一般為1.3%。
二、三相不平衡的危害
1、增加線路的電能損耗
    在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過(guò)線路導(dǎo)線時(shí)，因存在陰抗必將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過(guò)電流的平方成正比。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)以三相四線制供電時(shí)，由于有單相負(fù)載存在，造成三相負(fù)載不平衡在所難免。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，中性線即有電流通過(guò)。這樣不但相線有損耗，而且中性線也產(chǎn)生損耗，從而增加了電網(wǎng)線路的損耗。
2、增加配電變壓器的電能損耗
配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)載不平衡工況下運(yùn)行時(shí)，將會(huì)造成配變損耗的增加。因?yàn)榕渥兊墓β蕮p耗是隨負(fù)載的不平衡度而變化的。
在生產(chǎn)、生活用電中，三相負(fù)載不平衡不平衡時(shí)，使變壓器處于不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行狀態(tài)。造成變壓器的損耗增大（包括空載損耗和負(fù)載損耗）。根據(jù)變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，在運(yùn)行中的變壓器中性線電流不得超過(guò)變壓器低壓側(cè)額定電流的25%。此外，三相負(fù)載不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過(guò)大，局部金屬件升溫增高，甚至?xí)?dǎo)致變壓器燒毀。
3、配變出力減少
     配變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運(yùn)行工況設(shè)計(jì)的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當(dāng)配變處于三相負(fù)載不平載不平衡工況下運(yùn)行，負(fù)載輕的一相就有富余容量，從而使配變的出力減少。
其出力減少程度與三相負(fù)載的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，其輸出的容量就無(wú)法達(dá)到額定值，其備用容量亦相應(yīng)減少，過(guò)載能力也降低。假如配變?cè)谶^(guò)載工況下運(yùn)行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐膳渥儫龘p。
4、配變產(chǎn)生零序電流
      配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡工況下運(yùn)行，將產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三相負(fù)載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。運(yùn)行中的配變?nèi)舸嬖诹阈螂娏鳎瑒t其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。（高壓側(cè)沒(méi)有零序電流）這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過(guò)，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過(guò)鋼構(gòu)件時(shí)，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過(guò)熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低；同時(shí)，零序電流的存在也增加配變的損耗。
5、影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行
      配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，其各相輸出電流就不相等，其配變內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。同時(shí)，配變?cè)谌嘭?fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會(huì)有電流通過(guò)。因而使中性線產(chǎn)生陰抗壓降，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電，即容易造成電壓高的一相接帶的用戶設(shè)備燒壞，而電壓你的一相接帶的用戶用電設(shè)備則可能無(wú)法使用。所以三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，將嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行。
三相電壓不平衡的發(fā)生將導(dǎo)致達(dá)到數(shù)倍電流不平衡的發(fā)生，誘導(dǎo)電動(dòng)機(jī)逆扭矩增加，從而使電動(dòng)機(jī)的溫度上升，效率下降，能耗增加，發(fā)生震動(dòng)，輸出虧耗等影響。各相之間的不平衡會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備使用壽命縮短，加速設(shè)備部件更換頻率，增加設(shè)備維護(hù)的成本。斷路器允許電流的余量減少，當(dāng)負(fù)載變更或交替時(shí)容易發(fā)生超載、短路現(xiàn)象。中性線中流入過(guò)大的不平衡電流，導(dǎo)致中性線增粗。
三、三相不平衡的原因
1、配電變壓器三相不平衡的原因
      電網(wǎng)的電都是三相的，但是一般民用負(fù)載都是單相的，還存在電焊等兩相負(fù)載，電焊設(shè)備是接在兩相之間，依靠瞬間短路產(chǎn)生極大電流融化金屬，因?yàn)樨?fù)載是兩相的，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)三相電流中一相沒(méi)有電流，因此也會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況。
      一般在配電時(shí)會(huì)有意讓單相負(fù)載均勻地分配在三相上，比如三層大樓，一樓全接A相，二樓全接B相，三樓全接C相，這樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)大體的三相平衡。以上的前提是居民還是建立在穩(wěn)定居住的情況下，而個(gè)別農(nóng)村存在春節(jié)期間和春節(jié)過(guò)后的居民流動(dòng)性的問(wèn)題。這樣的時(shí)候，人工已平均分配各相使用的平衡度，由于在居民在年底回家過(guò)年和春節(jié)外出返工兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)引起三相不平衡。
不平衡會(huì)導(dǎo)致變壓器容量浪費(fèi)，N線電流增大，中性點(diǎn)偏移等等情況，因此需要治理。
2、參數(shù)計(jì)算
      我們知道，配電變壓器三相負(fù)荷不平衡率的計(jì)算公式是：
三相負(fù)荷不平衡率＝（最大相負(fù)負(fù)荷 - 最小相負(fù)荷）/最大相負(fù)荷*100%
（國(guó)家規(guī)定的配電三相負(fù)荷不平衡率的標(biāo)準(zhǔn)是不大于15%，中性線電流不大于變壓器額定電流的25%）。

不平衡的表達(dá)式為：

不平衡的精確計(jì)算式為：

3、調(diào)節(jié)可性行分析
治理三相不平衡的原理
      三相不平衡治理設(shè)備開(kāi)啟后，通過(guò)外接電流互感器（CT）實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)電流，并將系統(tǒng)電流信息發(fā)送給內(nèi)部控制器進(jìn)行處理分析，以判斷系統(tǒng)是否處于不平衡狀態(tài)，同時(shí)計(jì)算出達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各相所需轉(zhuǎn)換的電流值，然后將信號(hào)發(fā)送給內(nèi)部 IGBT 并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作，將不平衡電流從電流大的相轉(zhuǎn)移到電流小的相，最后達(dá)到三相平衡狀態(tài)。 如下圖所示：

      1、避免中線發(fā)熱老化，甚至火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)
      2、避免因局部電壓不平衡，引起的設(shè)備誤報(bào)警
      3、避免零地電壓偏高導(dǎo)致控制系統(tǒng)弱電設(shè)施燒毀的風(fēng)險(xiǎn)

治理不平衡的規(guī)格

如上圖，有一個(gè)90A的單相負(fù)載，則三相不平衡治理后，電流的分布為：
      1、對(duì)于三相電網(wǎng)電流，輸出ABC分別均為30A，N線電流為0，達(dá)到三相完全平衡
      2、對(duì)于單相負(fù)載，C相電流輸入90A，N線輸出90A
      3、對(duì)于不平衡治理設(shè)備，A相B相流入30A，C相輸出60A，N線流入90A。
     這樣，就保證了即使在單相負(fù)載的情況下，三相不平衡治理設(shè)備也可以令三相電網(wǎng)電流保持完全平衡。
      原先不平衡電流都通過(guò)N線流入電網(wǎng)，現(xiàn)在在負(fù)載側(cè)的不平衡電流仍然存在，不過(guò)全部都流入三相不平衡治理設(shè)備中了。
      減少用戶自身電費(fèi)開(kāi)支，功率因數(shù)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，避免功率因數(shù)低導(dǎo)致的力率電費(fèi)罰款減少線路損耗，減少電壓降落提高變壓器、發(fā)電機(jī)的實(shí)際使用容量。   

總結(jié)--可性行分析解決三相不平衡的措施
      1、將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷合理分布于三相中，使各相負(fù)荷盡可能平衡；
      2、將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷分散于不同的供電點(diǎn)，減少集中連接造成的不平衡度過(guò)大；
      3、將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷接入高一級(jí)電壓供電。電壓等級(jí)越高，系統(tǒng)短路容量也越大，不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷中所占比例就越小，電壓三相不平衡度也隨之減小。對(duì)于單相負(fù)荷，系統(tǒng)短路容量只要大于負(fù)荷容量的50倍，就能保證連接點(diǎn)的電壓三相不平衡度小于2%；
      4、將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電；
      5、采用特殊接線的平衡變壓器供電。平衡變壓器是一種用于三相――兩相并兼有降壓及換相兩種功能的特殊變壓器。使用它供電可以提高電能質(zhì)量，減小電能損耗，當(dāng)前多用于對(duì)電氣化鐵路和大型感應(yīng)加熱爐的供電
      6、加裝三相電流平衡裝置
總結(jié)：
     就以上6種方式進(jìn)行討論，前面5種的方案不管從資金投入、人工管理難度性及可行性分析，都不可能做到全面性。
     而第6種方案，加裝三相電流平衡裝置通過(guò)以上文中分析，是最有效益、最為理想和最全面的解決方案。
四、鋪頭1#公變?nèi)嗖黄胶庹{(diào)節(jié)
1、基本參數(shù)
      鋪頭1#公變的具體參數(shù)信息

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

產(chǎn)品二次接線圖

2、調(diào)節(jié)裝置計(jì)算容量設(shè)計(jì)
      根據(jù)鋪頭1#公變的基本信息描述，變電壓額定容量為100KVA，相對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)額定電流為144A。依此信息設(shè)計(jì)配置產(chǎn)品為三相

不平衡調(diào)節(jié)裝置容量為100kvar，裝置100kvar按I＝100/U/1.732=144A,完全可以滿足此鋪頭1#公變的調(diào)節(jié)優(yōu)化使用，并有余量用

于優(yōu)化電能質(zhì)量。

4、安裝過(guò)程
初檢
在安裝調(diào)節(jié)裝置前，首先應(yīng)進(jìn)行如下檢查：
      1.目檢調(diào)節(jié)裝置外部和內(nèi)部是否存在運(yùn)輸損壞。如有損壞，請(qǐng)立即通報(bào)承運(yùn)商。
      2.核對(duì)產(chǎn)品標(biāo)簽，確認(rèn)設(shè)備的正確性。設(shè)備外殼貼有銘牌、眉頭，標(biāo)明了調(diào)節(jié)裝置型號(hào)、容量及主要參數(shù)。
選位
      調(diào)節(jié)裝置安裝位置
      調(diào)節(jié)裝置應(yīng)安裝在清潔的環(huán)境中，并且應(yīng)通風(fēng)良好，以保證環(huán)境溫度滿足產(chǎn)品規(guī)格要求。
      調(diào)節(jié)裝置由內(nèi)部風(fēng)扇提供強(qiáng)制風(fēng)冷，冷風(fēng)通過(guò)調(diào)節(jié)裝置機(jī)柜前面的風(fēng)柵進(jìn)入調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部，并通過(guò)調(diào)節(jié)裝置后部的風(fēng)柵排出熱風(fēng)。

請(qǐng)勿阻塞通風(fēng)孔。
      調(diào)節(jié)裝置可選擇機(jī)架安裝方式、平面安裝方式及壁掛式安裝方式。為了方便日常運(yùn)行時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行維護(hù)，除滿足當(dāng)?shù)匾?guī)定外，

調(diào)節(jié)裝置進(jìn)線端應(yīng)保留足夠空間，以方便維護(hù)人員進(jìn)行線纜的接入。

注意！	u 如果安裝方式為壁掛模式，在模塊的上下出口至少要預(yù)留150mm的進(jìn)出風(fēng)空間 u 如果安裝方式為機(jī)柜模式，在機(jī)柜的前后出口至少要預(yù)留600mm的進(jìn)出風(fēng)空間以及后方維護(hù)空間 u 如有必要，應(yīng)安裝室內(nèi)排氣扇，以避免室溫增高

安裝環(huán)境
為了延長(zhǎng)使用壽命，調(diào)節(jié)裝置位置的選擇應(yīng)保證：
      1.接線方便
      2.有足夠的操作空間
      3.通風(fēng)良好，以滿足散熱要求
      4.周?chē)鸁o(wú)腐蝕性氣體
      5.無(wú)過(guò)濕和高溫源
      6.非多塵環(huán)境
      7.符合消防要求
調(diào)節(jié)裝置機(jī)箱進(jìn)線端有電力端子和CT輸入接線端子。調(diào)節(jié)裝置整機(jī)前面板有主觸摸屏，用于集中操作和顯示運(yùn)行狀態(tài)。
裝置的搬運(yùn)

注意！	u 由于單個(gè)調(diào)節(jié)裝置模塊重量為30kg-50kg，在短距離內(nèi)推薦由兩個(gè)人共同搬運(yùn)，如果要長(zhǎng)距離搬運(yùn)，需要借助一定的運(yùn)輸設(shè)備來(lái)完成。

功率電纜的選材
      三相四線調(diào)節(jié)裝置至負(fù)載的中線電纜視補(bǔ)償諧波情況，因?yàn)槿我约叭谋稊?shù)次諧波都流經(jīng)中線，所以要求中線電纜規(guī)格是進(jìn)線電纜的2倍左右（否則中線可能會(huì)發(fā)熱導(dǎo)致危險(xiǎn)）。
      各電流等級(jí)下的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)線電纜如下表：

                          表4.7  電纜規(guī)格

裝置額定電流	50A	100A	150A	200A	250A	300A	350A
銅電纜（mm2）	16	35	50	95	120	150	185
鋁電纜（mm2）

安裝后上電調(diào)試

   根據(jù)用戶手冊(cè)完成一線的接線和外部采樣CT的接線后，確認(rèn)完成無(wú)誤后，下一步上電調(diào)試及可完成整個(gè)安裝過(guò)程。

治理效果
未開(kāi)機(jī)運(yùn)行治理

注：三相負(fù)荷不平衡率＝（最大相負(fù)負(fù)荷 - 最小相負(fù)荷）/最大相負(fù)荷*100%

開(kāi)機(jī)運(yùn)行治理后

    注：三相負(fù)荷不平衡率＝（最大相負(fù)負(fù)荷 - 最小相負(fù)荷）/最大相負(fù)荷*100%

   

     安裝地點(diǎn)：鋪頭1#公交
該處變壓器為公變，變壓器為100KVA，用戶主要為當(dāng)?shù)鼐用褡越ㄗ》浚猛局饕圆惋嫛⒆宰橹鳌Ｘ?fù)荷主要為單相照明、空調(diào)、取暖

設(shè)備為主。三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象比較嚴(yán)重，會(huì)對(duì)變壓器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行存在較大隱患。
1、三相負(fù)荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴(yán)重后果： 
     不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大，超載過(guò)多，可能造成繞組和變壓器油的過(guò)熱。繞組過(guò)熱，絕緣老化加快;變壓器油過(guò)熱，引起油質(zhì)劣化，

迅速降低變壓器的絕緣性能，減少變壓器壽命(溫度每升高8℃，使用年限將減少一半)，甚至燒毀繞組。 
2、三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過(guò)大，局部金屬件溫升增高： 
  在三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行下的變壓器，必然會(huì)產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流的存在，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些零序磁通就

會(huì)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(jì)時(shí)不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使

這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

	A相電流（A）	B相電流（A）	C相電流（A）	A相功率因數(shù)	B相功率因數(shù)	C相功率因數(shù)
安裝前	40.2	70.5	54.9	0.96	0.98	0.96
安裝后	53.5	53.2	54.3	1.00	1.00	1.00

結(jié)論：
裝置投運(yùn)后對(duì)于負(fù)載并不大的情況三相不平衡有明顯質(zhì)的改善，隨著負(fù)載加大效果更為明顯。并且無(wú)功補(bǔ)償功率因數(shù)提升，變壓器損耗降低，運(yùn)行穩(wěn)定，功耗低，效果明顯。