張薇

摘要：三相不平衡電流的危害是多方面的，特別是不平衡電流增大將大大增加線損。由于對于三相不平衡電流，除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。正因為找不到解決問題的有效辦法，因此反而不被人們所重視。面對低壓電網(wǎng)中不平衡電流造成的危害，本文分析了如何恰當(dāng)?shù)剡x擇電容器的接法，達到即補償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的，并就電容的各種投切方式進行了詳盡比較分析，找到了使用調(diào)整不平衡電流功率因數(shù)補償裝置可以大大減少不平衡電流和取得節(jié)能效果的方法。

關(guān)鍵詞：不平衡電流；補償電容；功率因數(shù)

1低壓電網(wǎng)中不平衡電流的危害

電網(wǎng)中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\行，影響電能表的精度而造成計量損失。

1.1不平衡電流對系統(tǒng)銅損的影響

由于系統(tǒng)的銅損是與電流的平方成正比的，忽略零線的損耗，當(dāng)三相電流平衡的時候，系統(tǒng)的銅損最小。設(shè)某系統(tǒng)的三相線路及變壓器繞組每相的總電阻為 R。如果三相電流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，則

總銅損 =1002R+1002R+1002R=30000R。

如果三相電流不平衡，IA=50A，IB=100A，IC=150A，則

總銅損 =502R+1002R+1502R=35000R

比平衡狀態(tài)的銅損增加了17%。在最嚴(yán)重的狀態(tài)下，如果 IA=0A，IB=0A，IC=300A，則

總銅損 =3002R=90000R

比平衡狀態(tài)的銅損增加了 3 倍。

1.2.不平衡電流對變壓器鐵損的影響

現(xiàn)有的 6/0.4kV 的低壓配電變壓器多為 Yyn0 接法三相三柱鐵心的變壓器。當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷不平衡，零線電流即為零序電流，而在一次側(cè)由于無中點引出線零序電流無法流通，故零序電流不能安匝平衡，對鐵心而言，有一個激磁零序電流，它受零序激磁阻抗控制，這一零序激磁阻抗較大，相對地電壓的對稱會受到影響，中性點會偏移。對三相三柱的磁路而言，零序磁通在油箱壁及緊固件內(nèi)形成回路，產(chǎn)生較大的渦流損耗，使變壓器的鐵損增加。

1.3不平衡電流對計量的影響

根據(jù)對稱分量法，三相不平衡電流可以分解為三相平衡的正序、負(fù)序、和零序三個分量。負(fù)序和零序電流分量的存在必然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。即使在高壓側(cè)，雖然零序電流在變壓器內(nèi)環(huán)流不會向系統(tǒng)傳遞，但負(fù)序電流分量可以毫無阻礙地向系統(tǒng)傳遞，因此仍然會對計量儀表的精度產(chǎn)生影響。

2電感與電容組合調(diào)整不平衡電流

對于三相不平衡電流，通常采取的解決辦法是盡量合理地分配負(fù)荷，但是由于各用戶的負(fù)荷量不一致且用電的時間不一致，又不能人為控制，因此不能從根本上解決問題。

普遍采用的方法是采用單相電容器分相補償?shù)霓k法，但是，這種方法使少投甚至不投補償電容的相得不到良好的補償。并且，采用這種方法在某些情況下雖然可以使三相電流的大小相等，但是由于三相的補償程度不同，三相的功率因數(shù)不同，三相電流的相位不是互差 120 度，零線仍然會有電流。

采用電感與電容的功率轉(zhuǎn)移作用不但可以將三相的功率因數(shù)均補償至接近于1，而且可以將三相間的不平衡有功電流調(diào)整至基本平衡。其基本工作原理分析如下：

當(dāng)一個電阻性負(fù)荷跨接于兩相之間，對于這樣的負(fù)荷狀態(tài)，在A相與C相之間跨接一個電感，選擇電感量為 22KVar，在 B 相與 C 相之間跨接一個電容，選擇電容量為22KVar。于是三相的功率因數(shù)均變成1，并且有功功率被平均分配到了三相之間。

當(dāng)單相電阻性負(fù)荷，對于這樣的負(fù)荷狀態(tài)，在 A相與B 相之間跨接一個電容，選擇電容量為 25kVar，在 A 相與 C 相之間跨接一個電感，選擇電感量為 25kVar，在 C 相與零線之間跨接一個電容，選擇電容量為13KVar，在 B 相與零線之間跨接一個電感，選擇電感量為 13KVar，于是三相的功率因數(shù)均變成 1，并且有功功率被平均分配到了三相之間。

以上這些調(diào)整不平衡電流的方法利用了一個基本原理，即在相線與相線之間跨接的電感或者電容具有在相線之間轉(zhuǎn)移有功功率的作用。當(dāng)實際的負(fù)荷相當(dāng)于若干個電阻時，只要按照各個電阻的情況分別計算出補償量，再按照迭加原理相加就可以了。

3電容調(diào)整不平衡電流

上述的調(diào)整不平衡電流的方法也帶來一個問題，就是需要使用電感。電感又大又重，成本很高，損耗較大。

在實際的系統(tǒng)中，往往擁有大量的感性負(fù)荷，而負(fù)荷中的電感正好可以為我們所利用。理論分析與現(xiàn)場實驗均表明只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電容器的接法，就可以達到即補償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡電流的目的。

實踐中，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低且三相嚴(yán)重不平衡，三相的功率因數(shù)均為 0.71，C 相電流比 A 相電流大一倍。由于負(fù)荷含有足夠多的電感，補償電容器的總?cè)萘壳『玫扔谪?fù)荷中的電感總?cè)萘浚皇怯捎谇‘?dāng)?shù)剡x擇了電容器的接法，從而使三相的電流平衡，并且三相的功率因數(shù)均等于1，零線沒有電流。

這種設(shè)計系統(tǒng)中的負(fù)荷含有足夠多的電感，因此可以取得較好的調(diào)整不平衡效果。當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)較高，可以利用的電感較少，而三相電流的不平衡現(xiàn)象又比較嚴(yán)重時，可能達不到完全平衡的目的。經(jīng)理論計算與實驗的結(jié)果都表明只要負(fù)荷中含有電感，就可以在將三相的功率因數(shù)均補償至 1的基礎(chǔ)上，使三相有功電流的不平衡程度有所減輕，仍然可以達到其他補償方式所達不到的效果。

因此，只要恰當(dāng)?shù)卦谙到y(tǒng)的各相線與相線之間及各相線與零線之間接入不同數(shù)量的單相電容器，就可以達到即補償功率因數(shù)又調(diào)整不平衡有功電流的目的。并且投入的電容器總量與將三相的功率因數(shù)均補償至1所需的電容器總量相同。

4電容調(diào)整不平衡電流投切方式分析

在設(shè)計補償裝置時，為了充分利用電容器，應(yīng)該使各電容器即可以接于相線與相線之間也可以接于相線與零線之間，因此結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本比普通的三相電容器同時投切的補償裝置要稍高一些。但是由于其達到的效果是普通補償裝置所達不到的，如果應(yīng)用于三相電流不平衡的場合，其性能價格比優(yōu)于其他任何形式的補償裝置。

實踐中，我們對各種補償方法的性能進行比較，可以肯定的是，如果考慮了變壓器的鐵損，則調(diào)整不平衡電流功率因數(shù)補償裝置可以得出更好的節(jié)能效果。

5.結(jié)語

綜上所述，使用單相電容器分相投切按電流平衡算法的補償方法可以取得最好的節(jié)能效果，并且零線電流很小，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于零線電流不超過變壓器額定電流25%的要求。同時，零線電流小即表明中性點漂移小，因此也可以獲得最好的供電質(zhì)量。

參考文獻：

[1]程書華. 異步電動機無功就地補償?shù)姆治鲇嬎慵霸O(shè)計應(yīng)用[J]. 太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2004（S3）

[2]胡高峰，高金梅，宋珂全. 無功補償技術(shù)對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響[J]. 中國電力教育. 2011（15）

[3]楊紅松，姚振爽，朱選斌. 淺談低壓電容器無功補償?shù)募夹g(shù)[J]. 才智. 2011（12）

[4]劉奇，任建文. 基于Prony算法的小電流接地系統(tǒng)不平衡電流分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2011（13）

[5]楊托忠，李克海.甘肅省農(nóng)村電網(wǎng)降損措施的探討[J]. 中國電力教育. 2007（08）