郎帅
哈尔滨大剧院
摘要：剧院舞台设备多为单项设备，在使用过程中很难做到均衡分配，所以在舞台低压三相四线制的供配电系统中,由于单相负荷分布的不均衡和投入使用的随机性,使得三相电流不平衡客观存在并且无规律性可循,对电能质量带来很大影响,成为低压配电网运行维护中一个突出的问题;阐述三相不平衡对配电变压器和线路损耗的影响,介绍有源不平衡补偿装置的原理和对三相不平衡的治理效果.
关键词：有源不平衡补偿装置;三相不平衡;线损;铁损;电能质量;无功补偿;谐波补偿
一、概述：
三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因，由于剧院舞台电力设备中存在大量单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。电网中的三相不平衡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，会造成因三相电压不平衡而降低供电质量，甚至会影响电能变的精度而造成计量损失。
二、危害：
1.增加线路及配电变压器电能损耗
在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比，当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小。 例如设某系统的三相线路、变压器绕组每相的总阻抗为Z（暂不记中性线）。
如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A,IC=1OOA,则；
总损耗=1002Z+1002Z+1002Z=30000Z。
如果三相电流不平衡，IA=50A,IB=100A,IC=15OA，则；
总损耗=502Z+1002Z+1502Z=35000Z。比平衡状态的损耗增加了17%。在最严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A,IC=30OA，则；总损耗=3002Z =900Z。比平衡状态的损耗增加了3倍。可见不平衡度愈严重，所造成损耗越大。
2.降低配变变压器出力以及增加铁损
配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。
假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。 其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。
配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。
3电动机效率降低
配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。
4.影响用电设备的安全运行
三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。 由于配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。当配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。
5.影响用户用电质量
当三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三相电压不平衡，会引起电机过热现象。所以只有三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。
6.影响电能计量影响
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豪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。
三、解决方法
1、均匀分布负荷
将不对称负荷分散到不同的供电点，减少集中连接导致的不平衡度超标，此种方法无需任何设备投资，只需将单相负载均匀分布到各个相序上即可
2、换相开关型三相不平衡调节装置（低压负荷自动换相装置），通过智能模块控制换相开关来进行调节。
3、电力电子型三相不平衡调节装置（NAD-SPC），目前行业内主流的治理三相不平衡设备，采用大功率可关断型电力电子开关技术。
4、电容型三相不平衡调节装置（相间无功补偿装置），通过跨接电容实现三相平衡。
四、结束语
在人们对物质文化已经大到满足的时期，现精神文化越来越重要，在规模以上的大型剧院在中国已经达1700多座，所以剧院的用电量不断的提升，随着剧院行业对电能的需求量不断增多，而电力系统的稳定运行工作和三相不平衡的治理工作发挥着重要的作用。剧院企业应当看到电力系统的三相不平衡的重要性，根据自身的实际情况和时代发展需求对电力系统不平衡相关的技术不断进行改进与完善，以此来提高其自动化、智能化以及经济化水平，为我国剧院企业的电力系统可持续发展提供有效的保障。
参考文献
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