周星星，呂文杰

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 改裝部，陜西 西安 710089)

0 引言

飛機(jī)常用三相交流電源理想的供電電壓為115/200 V，400 Hz，三相間相位差為120°。在實(shí)際工程應(yīng)用中，隨著科研試飛任務(wù)需求的增加，飛機(jī)上加載了越來(lái)越多的電子設(shè)備，其中的大功率單相用電設(shè)備的加卸載會(huì)對(duì)三相配電系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性(又稱(chēng)平衡性)產(chǎn)生影響。這些不平衡分量不僅會(huì)對(duì)飛機(jī)交流電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響供電品質(zhì)。因此，為了改善用電環(huán)境，提高電能質(zhì)量，應(yīng)盡量減小不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷對(duì)配電系統(tǒng)的影響。

1 負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)的影響

通常將飛機(jī)交流電網(wǎng)的匯流條當(dāng)作電源點(diǎn)，各負(fù)荷應(yīng)均衡地分接在U、V、W三相上。然而，飛機(jī)大功率單相用電設(shè)備或三相用電設(shè)備由于各種不確定因素導(dǎo)致的加卸載會(huì)造成三相負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)，并產(chǎn)生如下影響：

(1) 產(chǎn)生不平衡電壓，加大電壓偏移，導(dǎo)致電流不平衡，中線(xiàn)電流增大而增加了系統(tǒng)線(xiàn)路的損耗。

(2) 增加配電變壓器的電能損耗，同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)，減小了能源利用率和設(shè)備使用壽命[1]。

(3) 配變產(chǎn)生零序電流，影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 三相電流不平衡度

2.1 定義

三相電流不平衡度是指在三相四線(xiàn)制配電系統(tǒng)中三相電流的不平衡程度，其大小等于負(fù)荷的負(fù)序容量與正序容量之比[2]，用符號(hào)εI來(lái)表示，即：

(1)

2.2 計(jì)算

設(shè)三相四線(xiàn)制配電系統(tǒng)中，三相之間分別接入的負(fù)荷功率為P1、P2、P3，對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)為cosφ1、cosφ2、cosφ3，則AB相間負(fù)荷的復(fù)功率為：

(2)

其中：PAB為AB相間的有功功率；QAB為AB相間的無(wú)功功率。BC與CA相間的復(fù)功率計(jì)算同上。

由此可得出負(fù)荷的正序容量和負(fù)序容量，分別如式(3)、(4)所示：

(3)

(4)

最后，將所得到的SL.1、SL.2代入式(1)，即可得出三相電流不平衡度εI。

3 三相不平衡線(xiàn)路損耗

3.1 相不平衡度

相不平衡度可用符號(hào)βΦ表示，且A、B、C三相的相不平衡度滿(mǎn)足關(guān)系式βA+βB+βC=0[3]。

(5)

3.2 損耗計(jì)算

假設(shè)三相四線(xiàn)制線(xiàn)路總負(fù)荷為3I，相線(xiàn)電阻為R，中性電阻為2R，ΔPb為相平衡線(xiàn)路損耗，ΔPunb為相不平衡線(xiàn)路損耗，則三相平衡時(shí)線(xiàn)路功率損耗為：

ΔPb=3I2R.

(6)

三相不平衡時(shí)線(xiàn)路功率損耗為：

(7)

設(shè)線(xiàn)損增加率為K，則有：

(8)

對(duì)于三相交流系統(tǒng)，εI取值為βΦ中的最大值。因此，可令βA=εI,則有：

(9)

(10)

此外，由εI+βB+βC=0且βB≤εI，βC≤εI條件可知：

(1) 當(dāng)βB+0.5εI>0時(shí)，可取βB=εI，有：

(11)

(2) 當(dāng)βB+0.5εI<0時(shí)，可取βB=-1，有：

(12)

4 計(jì)算仿真

假設(shè)AB、BC、CA之間接入的負(fù)荷功率分別為P1=P，P2=mP1，P3=nP1，功率因數(shù)均為cosφ，則有：

(13)

現(xiàn)取m和n為0～10的整數(shù)，其所對(duì)應(yīng)的εI值見(jiàn)表1。

將表1中得到的值代入式(10)～式(12)中，即可得出其所對(duì)應(yīng)的最小線(xiàn)損率和最大線(xiàn)損率的變化曲線(xiàn)，如圖1所示。

計(jì)算仿真結(jié)果表明：三相不平衡時(shí)，線(xiàn)路損耗隨三相電流不平衡度的增加按平方關(guān)系上升，呈非線(xiàn)性變化。當(dāng)εI取值在0.5附近時(shí)，線(xiàn)損率的變化范圍很大，其值取決于相不平衡度βB的大小。

表1 三相電流不平衡度εI

圖1 Kmax和Kmin曲線(xiàn)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了三相電流不平衡度與線(xiàn)路損耗之間的關(guān)系。利用該方法能夠在已知負(fù)荷功率的條件下估算三相不平衡帶來(lái)的線(xiàn)損率，這對(duì)試驗(yàn)機(jī)改裝前期配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參考意義，同時(shí)也為電源電能質(zhì)量的提高打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林海雪.電力系統(tǒng)三相不平衡[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2] 同向前，王海燕，尹軍.基于負(fù)荷功率的三相不平衡度的計(jì)算方法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011(2):24-28.

[3] 郜俊琴.三相不平衡線(xiàn)路的線(xiàn)損分析[J].電力學(xué)報(bào)，2001 (2):91-93.