配電變壓器三相不平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差及補償方法

1、<p>　　配電變壓器三相不平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差及補償方法</p><p>　　摘要：配電變壓器的三相不平衡運行在實際中是不可避免的，使配電變壓器平衡運行是節(jié)能、提高電能質(zhì)量的手段之一。文章定量地分析了配電變壓器不平衡運行帶來的損耗及三相電壓偏差，并給出了針對這一狀況所采取的補償方法，算例及實際應(yīng)用表明該補償方法可明顯減少配電變壓器不平衡運行帶來的損耗及電壓偏差。 </p>&

2、lt;p>　　關(guān)鍵詞：配電變壓器三相不平衡 附加損耗 電壓偏差 補償方法 電力系統(tǒng) </p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　我國城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中大量采用了三相四線制接線方式，且配電變壓器為Y/Yno接線，存在很多的單相負載，因此配電變壓器的三相不平衡運行是不可避免的。國標GB50052《供配電設(shè)計規(guī)范》、《變壓器運行規(guī)程》中都規(guī)定了Y/Y

3、no接線的配電變壓器運行時中線電流不能超過變壓器相、線電流的25%，這是由變壓器的結(jié)構(gòu)所決定的。中線電流的增加會引起變壓器損耗的增加，同時造成中性點電位的偏移[1]。本文定量分析了這種影響，同時采用一種新的補償方法減小了附加損耗與中性點電壓的偏移。</p><p>　　2 中線電流帶來的損耗及中性點電位的偏移</p><p>　　2.1 中線電流帶來的變壓器損耗</p>&l

4、t;p><b>　　（1）附加鐵損</b></p><p>　　Y/Yno接線的配電變壓器采用三鐵心柱結(jié)構(gòu)，其一次側(cè)無零序電流，二次側(cè)有零序電流，因此二次側(cè)的零序電流完全是勵磁電流，產(chǎn)生的零序磁通不能在鐵心中閉合，需通過油箱壁閉合，從而在鐵箱等附件中發(fā)熱產(chǎn)生鐵損。</p><p>　　Y/Yno接線變壓器的零序電阻比正序電阻大得多，變壓器的零序電阻可實測得到，文

5、[2]提到315kVA變壓器的零序電阻是正序電阻的15倍，因此零序電流產(chǎn)生的附加鐵損較大。</p><p>　?。?）不平衡運行時繞阻附加銅損 </p><p>　　配電變壓器三相不平衡運行時三相繞組的總損耗（單位為kW）可計算為</p><p>　　式中 Ia、Ib、Ic為三相負荷電流；R1為變壓器二次側(cè)繞組電阻。</p><p>　　2.

6、2 中線電流造成的電壓偏移</p><p>　　由于Y/Yno接線的變壓器一次側(cè)沒有零序電流，二次側(cè)有零序電流，因此二次側(cè)的零序電流完全是勵磁電流，產(chǎn)生的零序磁通重疊在主磁通上，感應(yīng)出零序電動勢，造成中性點電壓偏移，負荷重的相電壓降低，負荷輕的相電壓上升[3]。</p><p><b>　　2.3 實例分析</b></p><p>　　型號為S

7、J、315kVA 、10kV/0.4kV變壓器的零序電阻R0=0.122Ω，零序電抗X0=0.174Ω，繞組電阻R1=0.00849Ω。</p><p>　　0.17kW；④總損耗功率△P=P0+△Pf=3.82kW；⑤一年內(nèi)損耗電量W=3.82×8760KWh=33463KWh ；</p><p>　　由上述分析可知，Y/Yno接線方式的配電變壓器不平衡運行帶來的損耗與電壓偏移

8、是很大的，如對變壓器的三相不平衡進行補償，則既可以節(jié)能，又可以提高電能質(zhì)量。</p><p><b>　　3 補償方法</b></p><p>　　3.1 三相不平衡–無功補償裝置的工作原理</p><p>　　在三相系統(tǒng)中，跨接在相線與相線之間的電容或電感元件具有轉(zhuǎn)移相間有功功率的作用，由于相間電感或電容元件的電流相量與每相電壓相量成60&#

9、176;或120°夾角，可通過一個簡單的示例來說明這一原理（本文稱之為三相不平衡–無功補償方法）。</p><p>　　有一單相負荷接于A相與零線之間，其電流IA=100A，功率因數(shù)cosφa=0.85，其中有功電流為85A，無功電流為53A。在A、B相間接入產(chǎn)生61A電流的電容器時，相量圖如圖1所示，圖中，為A相電壓相量，為接于A、B相間的電容器電流相量，超前A相電壓120&ordm;；A相負

10、荷情況為：無功電流為零，有功電流為54A，有功電流相量與無功電流相量合成的總電流為54A，A相有功負荷減少了；B相負荷的情況為：B相有功電流為31A，無功電流為53A，有功電流相量和無功電流相量合成的總電流為61A。</p><p>　　由圖1可見，通過在A、B相間跨接一電容器，A相的有功轉(zhuǎn)移到B相一部分，而接電容器前后A相與B相的有功之和并未改變，這說明可以在變壓器三相之間調(diào)整有功，變壓器的三相不平衡也是可以調(diào)

11、整、補償?shù)摹?lt;/p><p>　　對于三相不平衡系統(tǒng)，可采用對稱分量法將電流分解為正序電流、負序電流和零序電流，而三相平衡系統(tǒng)的電流只有正序電流，因此只需補償?shù)糌撔螂娏骱土阈螂娏?，不平衡的三相電流就可轉(zhuǎn)變成平衡的三相電流 [3-8]。</p><p>　　采用星角混合接法的電容、電抗元件可補償?shù)艋虼蟠鬁p少零序電流與負序電流，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平衡系統(tǒng)。</p><p>

12、;<b>　　3.2 實例分析</b></p><p>　　2.3小節(jié)的配電變壓器A相電流Ia=100A、B相電流Ib=200A、C相電流Ic=300A、功率因數(shù)cosφa =cosφb=cosφc=0.7時，零序電流I0=173A。</p><p>　　根據(jù)三相不平衡–無功補償方法得到如下數(shù)據(jù)：Iao=0；②A相補償后電流，功率因數(shù)為0.982（見圖3(a)）；③B

13、相補償后電流功率因數(shù)為0.9998（見圖3(b)）；④C相補償后電流，功率因數(shù)為0.9999（見圖3(c)）；⑤補償后零序電流I0=45A。</p><p>　?。?）采用共補–分補的無功補償裝置將無功全部補償[9]，補償相量圖如圖4所示，補償后A相電流</p><p>　　補償后零序電流I0=120A。</p><p>　　比較圖3和圖4可見，三相不平衡–無功補償

14、方法與分補–共補方法相比，零序電流下降很多，使不平衡系統(tǒng)基本恢復(fù)到平衡。表1為三相不平衡–無功補償裝置在徐州供電局的投切記錄，在功率因數(shù)較高的情況下，零序電流也下降很多；如果采用共補與分補裝置，零序電流不但沒有減少，而且會增加。該裝置在朝陽市供電局某一變壓器上投運與不投運時得到的數(shù)據(jù)分別列于表2和表3中。</p><p>　　由表2和表3可見，裝置運行與不運行時相比，零序電流下降很多，三相電壓不平衡度也下降較多。

15、</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　本文對配電變壓器三相不平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差進行了定量分析，通過一算例可知不平衡運行對附加損耗、電壓偏差的影響是很大的。提出了利用電容、電抗元件對不平衡進行補償?shù)男路椒?，并與常規(guī)的無功補償方法做了比較，實測數(shù)據(jù)表明本文的方法可明顯降低零線電流和減少電壓偏差。</p><p

16、><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 黃紹平．負荷不平衡對配電變壓器的危害和相應(yīng)的配電設(shè)計方法[J]．變壓器，1996，33(5)：30-32．</p><p>　　[2] 黃其勵，高元楷，王世楨，等．電力工程師手冊電氣卷[M]．北京：中國電力出版社，2000．</p><p>　　[3] 林海雪．電力系統(tǒng)三相不平衡

17、[M]．北京：中國電力出版社，1998．</p><p>　　[4] 賴聲禮，李心廣，秦華標（Lai Shengli，Li Xinguang，Qin Huabiao）．電網(wǎng)無功及三相不平衡綜合補償研究（An approach of integrated compensation for reactive power and three phase unbalance）[J]．電網(wǎng)技術(shù)（Power System T

18、echnology），2001，25(10)：30-33．</p><p>　　[5] 彭輝，黃亦農(nóng)，王茂海（Peng Hui，Huang Yinong，Wang Maohai）．配電網(wǎng)中三相不平衡負荷補償（3-phase asymmetric load compensation in distribution system）[J]．電力自動化設(shè)備（Electric Power Automation Equipm

19、ent），2002，22(1)：32-34．</p><p>　　[6] 陳亞民（Chen Yamin）．一種不對稱電力系統(tǒng)潮流算法（A load flow algorithm for unsymmetrical power system）[J]．電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），1997，21(6)：8-13．</p><p>　　[7] 朱永強，劉文華，邱東剛

20、，等（Zhu Yongqiang，Liu Wenhua，Qiu Donggang et al）．基于單相STATCOM 的不平衡負荷平衡化補償?shù)姆抡嫜芯浚⊿imulation of balancing compensation of unbalanced load based on single phase STATCOM）[J]．電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2003，27(8)：42-45,71．<

21、;/p><p>　　[8] 姜彤，白雪峰，郭志忠，等（Jiang Tong，Bai Xuefeng，Guo Zhizhong et al）．基于對稱分量模型的電力系統(tǒng)短路故障計算方法（A new method of power system fault calculation based on symmetrical components）[J]．中國電機工程學(xué)報（Proceedings of the CSEE），2

22、003，23(2)：50-55．</p><p>　　[9] 景翔，陳歆技，吳杰（Jing Xiang，Chen Xinji，Wu Jie）．三相不平衡系統(tǒng)的無功補償控制（Reactive power compensation of unbalanced three-phase system） [J]．電力自動化設(shè)備（Electric Power Automation Equipment），2003，23(1)：