1   三相电压不平衡故障
       三相电压不平衡故障是指三相系统负序电压不平衡度超过电网质量要求限值的故障。
       为了说明问题，我们先来明确几个概念：
       ① 任意一个三相系统可以用序分量法分解成正序、负序和零序的向量和始终为零的系统；
       ② 何谓正序分量，正序分量可以理解为等效的让三相旋转电机正向旋转的量；
       ③ 何谓负序分量，负序分量可以理解为等效的让三相旋转电机反向旋转的量；
       ④ 何谓零序分量，零序分量可简单理解为三相四线负载中性点（N线）相对于电源（变压器或发电机）中性点产生偏移的量；
       零序这个讲法还是太抽象，我们举个例子来说明它的实际的物理意义，假如我们的三相四线负载，是由三个火对零的等效单相负载构成，分别接在ABC三相上，若这三个负载的电流完全一样，那么我们就知道在N线中电流的向量和也为零，也就是说负载的中性点和电源中性点之间的压差为零，在这种情况下，断开或接通N相，没有任何影响，其实这就是我们假定的三相电源和三相负载均完全平衡的状态，反过来说如果能保证电源和负载的完全平衡，要不要N线都没关系！但这只是理论假想的一种状态，现实中三相负载不可能完全平衡，N线中必然有电流，只是大小的问题，此时再来看这个N线的作用，N线存在的本质作用就是联接负载中性点和电源中性点的一个极小的阻抗，由于阻抗极小，因此产生的不平衡的零序电压全部转换成零序电流（N线电流）流回到电源；表现为零序电压量极小，零序电流很大；但假如在有零序电流情况下，N线断了呢，本质意义就是负载中性点和电源中性点之间变成了一个无穷大的电阻，零序电流没有了回路，全部表现为零序电压，也即负载中性点跟电源中性点之间产生了一个较高的电压，这个电压最后会表现为什么呢，就是我们前面分析N相断线时相电压发生了变化，电流大的相电压变小，电流小的相电压变大。为什么这样呢，这是因为相电压其实是理论平衡的每相电压（就是假定平衡时的那个中性点）和实际的零序电压的向量和。这样就解释了为啥N相接通时，三相相电压基本相等，而N线断开时三相相电压会根据负载的不平衡度而动态变化的原因。N接通零序电流有通路，零序电压被钳制在一个极小值，可以近似认为零，所以假定的平衡负载的中性点几乎与N重合，每相向量相加，基本就是平衡的三相相电压；N断开零序电流没有了通路，表现在负载中性点相对电源中性点产生了一个电压，每相向量相加，必然有的高有的低，高低跟三相四线负载的不平衡度有关，最大可达到1.732倍。
       因此，N相断线是一个必须要重点保护的故障！最后，一句话来概括零序的现实物理间义就是，有零序意味着三相系统的相电压有大小不同，有不平衡。
       那么负序呢，它的本质的物理意义又是什么，先给出答案，负序的本质就是三相系统的线电压有大小不同，有不平衡。我们还是以三相旋转电机为例来通俗说明一下，假如三相线电压是平衡的，本质意义就是它让电机旋转的那个力量是均匀的，作用力跟反作用力大小没有变化非常稳定。当线电压大小不一样呢，实际就相当于在有些向量角上用力大点，有些向量角用力小点，此时电机会振动，宏观上要达到原来的平均转速，使用的总的力气会变大，变大的这部分力，抽象出来就是负序。因此，经典理论会讲一个完全平衡的三相系统没有负序分量和零序分量，只有正序分量！
        好了，上面我们用通俗的讲法说明了一下三相系统正序、负序、零序的概念，下面我们来看标准中对三相电压不平衡的定义：
        ① 负序电压不平衡指三相系统中负序电压分量占正序电压分量的百分比；
        ② 零序电压不平衡指三相系统中零序电压分量占正序电压分量的百分比；
        根据前面的铺垫，是不是我们可以这样认为：
       ① 负序电压不平衡实际就是表征线电压有大有小，对非旋转的三相三线负载，现实意义是有可能过电压或欠电压；对三相旋转电机来讲，现实意义是有可能让电机产生抖动，达到同样的出力要用更大的电流。
       ② 零序电压不平衡实际就是表征相电压有大有小，对三相四线负载来讲，现实意义是有可能让设备过压损坏或欠压工作不正常。
       我们再看，对于三相电压不平衡，我们前面已经针对对象进行了多少的保护措旋，有哪些还需要更精准的保护，很明显，对于不平衡造成的过压和欠压，
       我们已经有了针对对象的错相、缺相、过电压、欠电压保护，唯独对三相旋转电机的负序不平衡造成对设备的影响没有针对性的保护。
        因此，我们这里所说的三相电压不平衡保护其实专指的是三相旋转电机的负序电压不平衡保护。

2   负序电压不平衡对三相旋转电机造成的危害
       ① 对于同步发电机，由负序电压产生的负序电流在气隙中产生逆转的旋转磁场，增加了转子损耗（包括励磁电流中感应的二倍频励磁电流所引起的附加损耗以及转子表面由于感应涡流所产生的附加表面损耗），造成转子温升的提高。由于温升分布取决于转子结构，严重时可能出现局部温升过高而损坏设备。由负序电压产生的负序电流产生的气隙旋转磁场与转子励磁磁势及由于正序气隙旋转磁场与电子负序磁势所产生的二倍频交变电磁力矩，将同时作用在转子转轴以及定子机座上，引起二倍频振动。
       ② 对于感应电动机，在负序电压作用下，负序电流产生制动转矩，使感应电动机的最大转矩和输出功率下降。正反磁场的相互作用，产生脉冲转矩，可能引起电机振动。由于电动机的负序阻抗小，负序电压可能产生过大的负序电流从而使电动机定子、转子的铜耗增加，使电动机过热并导致绝缘老化过程加快。研究表明，对额定转矩的电动机，如果长期的负序电压不平衡度在4%的话，由于发热，电动机绝缘寿命会降低一半，若同时某相电压高于额定电压，其运行寿命下降更为严重。
 

3   三相电压不平衡（负序不平衡）保护
       本司产品提供两种方案，一种不间断采集瞬时值，通过分别计算每相与额定值的偏差的百分比，取最大的百分比值与设定的不平衡率值比较，超限则延时动作；另一种方案是根据电网质量标准中规定的算法进行保护，下面对该方法详细说明下。
对三相旋转电机，不论在投运前还是运行中监测电网电压的负序不平衡度，超过电网上限值的4%则直接动作，超过电网负序不平衡下限2%但小于电网负序不平衡度上限4%连续三个计算周期，负序不平衡保护动作跳闸。负序不平衡度的测量方法说明（与国标相同），每3s一个采样点，20次（1分钟）的加权平均值作为衡量负序电压不平衡度的量值，其中每3s一个的采样点值由连续或离散的次数不小于6的瞬时不平衡度的均方根值求得，每个均方根值中的元素（瞬时不平衡值）以10个周波的电压均方根值为计算元素。至于标准中为何规定这么算不做深究，只需要明白，这样的算法充分考虑了电网的暂态不平衡对
整体不平衡的影响，以1分钟为单位，整体衡量了供电电压点的电压不平衡度的质量是否符合电网要求。
因此本司的电压不平衡保护最小动作时间不会小于1分钟。
        电网三相电压负序不平衡度对旋转电机的影响： 《旋转电机 定额和性能》规定，同步电机持续运行的I2/IN最大值为0.08~0.10，而旋转电机负序阻抗为0.14~0.45，如果机端电压负序不平衡度为2%，则相应的电流不平衡度为0.044~0.14，可能超过该电机的负序电流长期承受能力。但机端作为公共联接点，直配供电量很小，实际旋转电机与公共联接点之间一般有线路和变压器，只要其折算等值阻抗大于0.1，则相应的负序电流可以控制在8%以下。8%的负序电流可以运行的时间为20/（I2/IN）^2=3125秒，也即50分多钟。当然电机的承受能力与电机本身的承载状况有关，承载的负荷越大，承受负序的能力就越弱。上述一段话是电能质量标准中对负序电压不平衡度产生负序电流对旋转电机的描述与解释，我们可以这样理解，一般电机不是接在大型发电机的近端，而是通过变压器和线路再接入系统，因此，一般情况下其负序阻抗相对于电能质量低端2%的要求来说，能满足长期运行的要求；因此我们电压不平衡保护定值取了超过2%的负序不平衡（电网电能质量低端要求）时，3分钟动作；而对于超过4%的负序不平衡（电网电能质量允许的最大值），1分钟动作是既符合了电网对不平衡度的要求，又能满足旋转电机因负序电压不平衡而产生损坏的可靠保护要求。很明显，我司产品电压不平衡的取值非常小，且负序不平衡的算法采用电网电能质量三相电压不平衡的算法，有效规避了瞬时算法判据在电网干扰或短时波
动时产生的误判，由于瞬时算法误判严重，因此才需要一个很大可调的不平衡度定值，定值过大，本质上来讲避开短时波动，但失去了保护意义。
        综上，我们可以认识到电压不平衡保护本质上应该是判断电网的负序电压不平衡度是否满足三相旋转电机的不平衡电压供电要求，若超标则动作跳闸，防止潜在的负序电流长期发热烧毁设备。其实反过来想一下，为什么国标或IEC要定义一个电能质量的三相电压不平衡度的指标呢？为了谁，干什么，意义何在？不正是怕电网电压质量不合格造成旋转电机寿命短嘛！
       哪些设备需要三相电压不平衡保护：很明显，从上述论述而知，其实只是旋转电机负载需要三相电压不平衡保护！非旋转电机的三相三线负载，其实只要关注错相，缺相、过欠压就可以了。
       综上所述，三相电源各种故障的保护优先级从高到低，依次为零火线反接保护、缺零线保护、缺火线保护、过压、欠压、不平衡、相序保护。产品相关的指示也随保护优先级变化。电源系统存在上述故障，接通电源产品不动作，禁止负载的控制接触器合闸，产品指示灯将指示相关故障。 

 悍客HMP21-PAS和HMP21-MPM等产品均具备不平衡保护功能，电压不平衡时有专门的LED状态指示，方便运维人员检修。
        该系列三相电源监视和保护继电器产品电源部分为高效开关电源设计，有效解决了市面阻容降压电源设计产品在高频和高湿工况下产品电源失效问题；控制部分采用32位ARM核CPU控制，跟频软件算法可在40~70Hz范围内精准检测，全范围误差小于1%；产品50Hz/60Hz通用，10档额定电压可设定，多状态LED指示，触点可独立响应故障，使用方便灵活。产品链接：https://www.hkjdq.com/product/list-529-1.html#productbox577

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