文章通過矢量分析的方法，說(shuō)明了相間跨接電容器“不但能夠提供容性電流，同時(shí)還能夠在相間轉(zhuǎn)移部分有功電流”;闡述了用相間跨接電容器來(lái)平衡三相負(fù)荷電流的原理，提出了采用“共補(bǔ)+分補(bǔ)+跨補(bǔ)”的電容器混合補(bǔ)償裝置，解決了低壓配網(wǎng)的三相電流不平衡問題和無(wú)功就地平衡問題，同時(shí)具有降低網(wǎng)耗、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的良好效果。

　　《山東電力技術(shù)》電力期刊發(fā)稿，雜志是由國(guó)網(wǎng)山東省電力公司主管、山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)和山東電力研究院聯(lián)合主辦的中文科技期刊，1974年創(chuàng)刊。原名《電力技術(shù)情報(bào)》，季刊。1983年第35期始更名為《山東電力技術(shù)》。從1984年第一期始，《山東電力技術(shù)》改由山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)和山東電力試驗(yàn)研究院合辦，既是山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)的會(huì)刊，又是山東電力系統(tǒng)的科技期刊。其主要作用一是進(jìn)行技術(shù)情報(bào)交流，二是科學(xué)知識(shí)普及，促進(jìn)電力科技進(jìn)步，成為山東電力系統(tǒng)內(nèi)傳播科技信息和交流實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的主要載體。1996年由原來(lái)的季刊改為雙月刊。發(fā)行范圍：上級(jí)有關(guān)的主管部門，省內(nèi)外電力系統(tǒng)發(fā)供電企業(yè)、大專院校、科研單位。

　　1 應(yīng)用背景

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)用電負(fù)荷不斷攀升，對(duì)電網(wǎng)硬件裝備及技術(shù)水平要求逐步提升，但目前部分地區(qū)配電網(wǎng)架建設(shè)處于嚴(yán)重的滯后狀態(tài)，造成380/220V低壓供電線路電壓明顯偏低。尤其是農(nóng)村地區(qū)及邊遠(yuǎn)地區(qū)，由于供電半徑過長(zhǎng)及低壓供電線路線徑偏小等原因，“低電壓”現(xiàn)象普遍存在，已經(jīng)嚴(yán)重影響了廣大民眾正常的生產(chǎn)活動(dòng)和生活質(zhì)量。“低電壓”現(xiàn)象的根本原因在于電網(wǎng)供電能力不足，其治理的方向可以從兩個(gè)方面入手：(1)進(jìn)行電網(wǎng)改造和擴(kuò)容，采取增建或擴(kuò)建變電站、增大配變?nèi)萘俊⒉鸱峙渥兣_(tái)區(qū)、縮短供電半徑、改造低壓線路、增大低壓線徑等手段，以直接提升電網(wǎng)的供電能力;(2)采取技術(shù)措施，提升電網(wǎng)的無(wú)功功率就地平衡能力、線路的局部電壓調(diào)節(jié)能力和三相電流的平衡度，以間接提升電網(wǎng)的供電能力。本文介紹的“三相不平衡電流補(bǔ)償裝置”(以下簡(jiǎn)稱“本裝置”)，是基于就地平衡配變負(fù)荷側(cè)無(wú)功功率和調(diào)節(jié)配變負(fù)荷側(cè)三相不平衡電流的方法來(lái)提升配變的帶負(fù)荷能力，提高380/220V低壓供電線路電壓的合格率，解決用戶側(cè)的“低電壓”問題，同時(shí)具有降低網(wǎng)耗、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的良好效果。

　　2 進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑��?/p>

　　電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電源供給的無(wú)功功率是用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，進(jìn)行能量交換的。無(wú)功功率的存在為能量的輸送和轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了必須的條件。沒有無(wú)功功率，變壓器就不能變壓和輸送電能，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也不能建立，電動(dòng)機(jī)就無(wú)法旋轉(zhuǎn)做工。

　　在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，也是基本的無(wú)功電源。如果系統(tǒng)只依靠發(fā)電機(jī)來(lái)提供無(wú)功功率，則會(huì)由于無(wú)功功率不斷來(lái)回交換而引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失。而發(fā)電機(jī)發(fā)出的所有功率等于有功功率與無(wú)功功率的矢量和，若提高無(wú)功功率的輸出，則必然會(huì)降低有功功率的輸出，這種運(yùn)行方式也是很不經(jīng)濟(jì)的。

　　電力系統(tǒng)中由于各種變壓器、電動(dòng)機(jī)等感性無(wú)功負(fù)荷離發(fā)電機(jī)距離較遠(yuǎn)，無(wú)功功率不斷在這些點(diǎn)之間來(lái)回進(jìn)行流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致線損增大，同時(shí)還會(huì)增加發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備和導(dǎo)線的容量要求，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)建設(shè)投資加大。

　　在正常運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)可提供的無(wú)功功率是很有限的，而對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)無(wú)功功率的需求是很大的。當(dāng)無(wú)功功率不足時(shí)，會(huì)使線路及變壓器的電壓壓降增大。電壓壓降的增大會(huì)導(dǎo)致線路末端電壓不足，對(duì)許多設(shè)備的使用產(chǎn)生不良影響。若電壓跌落過多，電動(dòng)機(jī)可能停止運(yùn)轉(zhuǎn)或者無(wú)法啟動(dòng)。電壓降低的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流將顯著增大，繞組溫度升高，嚴(yán)重情況下會(huì)造成電動(dòng)機(jī)燒毀。系統(tǒng)中如果接有沖擊性無(wú)功功率負(fù)載，如電弧爐、軋鋼機(jī)等設(shè)備時(shí)，會(huì)頻繁地產(chǎn)生無(wú)功功率沖擊，造成電壓劇烈波動(dòng)，甚至造成同一電網(wǎng)上的其他用戶無(wú)法正常工作，因此，必須保證接入無(wú)功容量的穩(wěn)定。

　　3 應(yīng)用范圍

　　本裝置可應(yīng)用于三相四線制的低壓配電系統(tǒng)中，作為調(diào)節(jié)三相不平衡電流和補(bǔ)償功率因數(shù)之用。

　　4 技術(shù)指標(biāo)

　　4.1 對(duì)三相不平衡度的要求

　　按照《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》(GB/T 15543-1995)規(guī)定，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%;接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。

　　4.2 對(duì)功率因數(shù)的要求

　　按照《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50227-2008)規(guī)定：在最大負(fù)荷時(shí)，功率因數(shù)不應(yīng)低于0.95;在低谷負(fù)荷時(shí)，功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95。

　　4.3 本裝置的補(bǔ)償效果

　　應(yīng)用本裝置后三相電流不平衡度可控制在10%以下，三相的功率因數(shù)均可保持在0.95左右。

　　5 接線方式

　　在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)中所接入的電氣負(fù)荷基本上以感性負(fù)荷為主，所以在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，以補(bǔ)償容性無(wú)功為主。

　　在接線方式方面，由于低壓電器基本以三相平衡負(fù)荷和單相負(fù)荷為主，所以無(wú)功補(bǔ)償裝置亦分為三相平衡補(bǔ)償和單相分相補(bǔ)償，其對(duì)應(yīng)的電容器接線方式為：△形三相平衡接線和Y形相對(duì)地接線。

　　由于單相負(fù)荷在三個(gè)相線上功率分配的不均勻性和運(yùn)行的不同時(shí)性，造成三相電流的不平衡和各相功率因數(shù)的不一致，所以需要采用相間補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ�即將電容器跨接在兩個(gè)相線之間，以平衡三相電流。

　　綜上所述，本裝置采用了“三相共補(bǔ)+分相補(bǔ)償+相間補(bǔ)償”的接線方式。

　　6 工作原理

　　6.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟��?/p>

　　由于容性電流超前于電壓90°，感性電流滯后于電壓90°，所以電容電流與電感電流是反向的。當(dāng)電容與電感并聯(lián)時(shí)，電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能可以相互轉(zhuǎn)換，無(wú)需再向電網(wǎng)索取無(wú)功電能，因此實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率的就地平衡，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)的輸出電流，提升了線路的末端電壓。

　　6.2 相間電容轉(zhuǎn)移有功電流的矢量分析

　　跨接在兩相之間的電容器，不但能夠提供容性電流，同時(shí)還可以轉(zhuǎn)移一部分有功電流。

　　將電容器跨接在A、B相之間時(shí)，可知：在A相端的電容器電流Ica可分解成相對(duì)于A相而言的容性無(wú)功電流Iac和阻性有功電流Iar，并使A相的有功電流減小;在B相端的電容器電流Icb可分解成相對(duì)于B相而言的容性無(wú)功電流Ibc和阻性有功電流Ibr，并使B相的有功電流增大。 　　由此可知，跨接在兩個(gè)相線之間的電容器，具有轉(zhuǎn)移有功電流的能力。

　　三相電流不平衡時(shí)，若采用相間跨接電容器補(bǔ)償，則可轉(zhuǎn)移有功功率并平衡三相電流，同時(shí)提高各相的功率因數(shù)。應(yīng)用本裝置后三相電流不平衡度可控制在10%以下，三相的功率因數(shù)均可達(dá)到0.95。

　　7 裝置結(jié)構(gòu)

　　本裝置采用了“三相共補(bǔ)+分相補(bǔ)償+相間補(bǔ)償”的混合補(bǔ)償方式，具有“無(wú)功就地平衡”和“三相電流平衡”的雙重功效。本裝置由微機(jī)控制器、過零投切專用復(fù)合開關(guān)、單相電容器、三相電容器(必要時(shí)應(yīng)串聯(lián)電抗器)以及操控指示保護(hù)單元等構(gòu)成，并自成獨(dú)立系統(tǒng)，可安裝于配變臺(tái)區(qū)的綜合配電柜(JP柜)中，亦可安裝于低壓配電柜中。通過內(nèi)置的微機(jī)控制器，將補(bǔ)償裝置中的電容器進(jìn)行優(yōu)化投切，根據(jù)負(fù)荷的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，使電容器既可以接在相與相之間，亦可以接在相與地之間，從而既補(bǔ)償了系統(tǒng)的無(wú)功功率，同時(shí)又調(diào)整了各相之間不平衡有功電流的目的。本裝置的配置總?cè)萘俊⒉煌�接線方式的分組容量、是否串聯(lián)電抗器、如何選擇電抗率以及具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)與本裝置安裝點(diǎn)的電網(wǎng)參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)、安裝方式等具體條件相適應(yīng)。

　　8 實(shí)際應(yīng)用效果

　　應(yīng)用前數(shù)據(jù)(2016年8月4日)：

　　應(yīng)用后數(shù)據(jù)(2016年8月5日)：

　　圖中，縱軸為電流值，對(duì)數(shù)據(jù)分析得知：(1)在設(shè)備安裝以前，線路的三相負(fù)荷電流差距較大，最大的瞬時(shí)差距可達(dá)40A，三相不平衡狀況較為嚴(yán)重;(2)在三相不平衡補(bǔ)償裝置安裝之后，線路的三相負(fù)荷電流較為平穩(wěn)，最大的瞬時(shí)差距為10A，三相負(fù)荷趨于平衡;(3)配電變壓器三相負(fù)荷趨于平衡，有效降低了配電變壓器的本身?yè)p耗，有效提升了配電變壓器的出力;(4)由于補(bǔ)償電容器組的投入，也有效提升了功率因數(shù)，對(duì)三相負(fù)荷的不平衡進(jìn)行了有效的轉(zhuǎn)移，平衡三相負(fù)荷。

　　9 結(jié)語(yǔ)

　　本文的核心點(diǎn)在于：通過矢量分析，說(shuō)明了相間跨接電容器“不但能夠提供容性電流，同時(shí)還能夠在相間轉(zhuǎn)移部分有功電流”。

　　據(jù)此得出：通過電容器“共補(bǔ)+分補(bǔ)+跨補(bǔ)”的混合補(bǔ)償方法，配合微機(jī)控制器的合理算法和裝置容量的合理配置，可將由負(fù)荷引起的三相不平衡電流，平均轉(zhuǎn)移成三相電流均分的狀態(tài)。若裝置設(shè)計(jì)合理，甚至可以達(dá)到“零線電流合成為零”的理想狀態(tài)。

　　由于在380/220V低壓供電線路電網(wǎng)中，單相負(fù)荷占據(jù)主導(dǎo)地位，三相不平衡電流普遍存在。因此，這種具有“平衡相間電流”的混合補(bǔ)償裝置具有極其廣闊的應(yīng)用空間和推廣價(jià)值。特別在目前大范圍進(jìn)行“低電壓”治理的工作中，對(duì)于配網(wǎng)無(wú)功電壓改善、提高電壓合格率、降低網(wǎng)損、提高低壓配網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

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