调整低压电网中不平衡电流的实践研究

张薇

摘要：三相不平衡电流的危害是多方面的，特别是不平衡电流增大将大大增加线损。由于对于三相不平衡电流，除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。正因为找不到解决问题的有效办法，因此反而不被人们所重视。面对低压电网中不平衡电流造成的危害，本文分析了如何恰当地选择电容器的接法，达到即补偿功率因数又调整不平衡电流的目的，并就电容的各种投切方式进行了详尽比较分析，找到了使用调整不平衡电流功率因数补偿装置可以大大减少不平衡电流和取得节能效果的方法。

关键词：不平衡电流；补偿电容；功率因数

1低压电网中不平衡电流的危害

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，影响电能表的精度而造成计量损失。

1.1不平衡电流对系统铜损的影响

由于系统的铜损是与电流的平方成正比的，忽略零线的损耗，当三相电流平衡的时候，系统的铜损最小。设某系统的三相线路及变压器绕组每相的总电阻为 R。如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，则

总铜损 =1002R+1002R+1002R=30000R。

如果三相电流不平衡，IA=50A，IB=100A，IC=150A，则

总铜损 =502R+1002R+1502R=35000R

比平衡状态的铜损增加了17%。在最严重的状态下，如果 IA=0A，IB=0A，IC=300A，则

总铜损 =3002R=90000R

比平衡状态的铜损增加了 3 倍。

1.2.不平衡电流对变压器铁损的影响

现有的 6/0.4kV 的低压配电变压器多为 Yyn0 接法三相三柱铁心的变压器。当二次侧负荷不平衡，零线电流即为零序电流，而在一次侧由于无中点引出线零序电流无法流通，故零序电流不能安匝平衡，对铁心而言，有一个激磁零序电流，它受零序激磁阻抗控制，这一零序激磁阻抗较大，相对地电压的对称会受到影响，中性点会偏移。对三相三柱的磁路而言，零序磁通在油箱壁及紧固件内形成回路，产生较大的涡流损耗，使变压器的铁损增加。

1.3不平衡电流对计量的影响

根据对称分量法，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序、和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流不会向系统传递，但负序电流分量可以毫无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。

2电感与电容组合调整不平衡电流

对于三相不平衡电流，通常采取的解决办法是尽量合理地分配负荷，但是由于各用户的负荷量不一致且用电的时间不一致，又不能人为控制，因此不能从根本上解决问题。

普遍采用的方法是采用单相电容器分相补偿的办法，但是，这种方法使少投甚至不投补偿电容的相得不到良好的补偿。并且，采用这种方法在某些情况下虽然可以使三相电流的大小相等，但是由于三相的补偿程度不同，三相的功率因数不同，三相电流的相位不是互差 120 度，零线仍然会有电流。

采用电感与电容的功率转移作用不但可以将三相的功率因数均补偿至接近于1，而且可以将三相间的不平衡有功电流调整至基本平衡。其基本工作原理分析如下：

当一个电阻性负荷跨接于两相之间，对于这样的负荷状态，在A相与C相之间跨接一个电感，选择电感量为 22KVar，在 B 相与 C 相之间跨接一个电容，选择电容量为22KVar。于是三相的功率因数均变成1，并且有功功率被平均分配到了三相之间。

当单相电阻性负荷，对于这样的负荷状态，在 A相与B 相之间跨接一个电容，选择电容量为 25kVar，在 A 相与 C 相之间跨接一个电感，选择电感量为 25kVar，在 C 相与零线之间跨接一个电容，选择电容量为13KVar，在 B 相与零线之间跨接一个电感，选择电感量为 13KVar，于是三相的功率因数均变成 1，并且有功功率被平均分配到了三相之间。

以上这些调整不平衡电流的方法利用了一个基本原理，即在相线与相线之间跨接的电感或者电容具有在相线之间转移有功功率的作用。当实际的负荷相当于若干个电阻时，只要按照各个电阻的情况分别计算出补偿量，再按照迭加原理相加就可以了。

3电容调整不平衡电流

上述的调整不平衡电流的方法也带来一个问题，就是需要使用电感。电感又大又重，成本很高，损耗较大。

在实际的系统中，往往拥有大量的感性负荷，而负荷中的电感正好可以为我们所利用。理论分析与现场实验均表明只要恰当地选择电容器的接法，就可以达到即补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。

实践中，系统的功率因数很低且三相严重不平衡，三相的功率因数均为 0.71，C 相电流比 A 相电流大一倍。由于负荷含有足够多的电感，补偿电容器的总容量恰好等于负荷中的电感总容量，只是由于恰当地选择了电容器的接法，从而使三相的电流平衡，并且三相的功率因数均等于1，零线没有电流。

这种设计系统中的负荷含有足够多的电感，因此可以取得较好的调整不平衡效果。当负荷的功率因数较高，可以利用的电感较少，而三相电流的不平衡现象又比较严重时，可能达不到完全平衡的目的。经理论计算与实验的结果都表明只要负荷中含有电感，就可以在将三相的功率因数均补偿至 1的基础上，使三相有功电流的不平衡程度有所减轻，仍然可以达到其他补偿方式所达不到的效果。

因此，只要恰当地在系统的各相线与相线之间及各相线与零线之间接入不同数量的单相电容器，就可以达到即补偿功率因数又调整不平衡有功电流的目的。并且投入的电容器总量与将三相的功率因数均补偿至1所需的电容器总量相同。

4电容调整不平衡电流投切方式分析

在设计补偿装置时，为了充分利用电容器，应该使各电容器即可以接于相线与相线之间也可以接于相线与零线之间，因此结构比较复杂，成本比普通的三相电容器同时投切的补偿装置要稍高一些。但是由于其达到的效果是普通补偿装置所达不到的，如果应用于三相电流不平衡的场合，其性能价格比优于其他任何形式的补偿装置。

实践中，我们对各种补偿方法的性能进行比较，可以肯定的是，如果考虑了变压器的铁损，则调整不平衡电流功率因数补偿装置可以得出更好的节能效果。

5.结语

综上所述，使用单相电容器分相投切按电流平衡算法的补偿方法可以取得最好的节能效果，并且零线电流很小，完全符合国家标准关于零线电流不超过变压器额定电流25%的要求。同时，零线电流小即表明中性点漂移小，因此也可以获得最好的供电质量。

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