低壓配電系統三相負荷不平衡對線損的影響及防控措施

董 磊，丁 諾 ，王軍偉

(1.石家莊供電公司，石家莊 050051；2.華北電力大學，河北 保定 071003)

近年來，隨著配電網建設和改造的深入開展，低壓電網的供電能力大大增強，供電質量顯著提高。在低壓配電網改造過程中，通常采取更換老舊線路、加大導線截面、縮短供電半徑等措施降低線損，但由于低壓電網是單相和三相負載混接的供電網絡，低壓三相負荷不平衡的情況較為普遍，造成一些臺區的線損居高不下，成為供電企業線損管理的薄弱環節。

1 低壓三相負荷不平衡對線損的影響

低壓供電系統一般采用配電變壓器將線路電壓降壓至0.4 kV，通過三相四線制接線形式供電，是單項負載和三相動力負載混合用電的供電網。部分低壓臺區由于所帶負載不均勻使三相電流幅值差超出一定范圍，造成三相負荷不平衡，對臺區的線損產生較大影響。

1.1 理論分析

低壓線路三相電流分別以IU、IV、IW表示，中性線電流以I0表示。當三相負荷平衡時，IU=IV=IW=ICP，I0=0，這時單位長度的線損為：

ΔP=IU2R+IV2R+IW2R=3ICP2R

(1)

式中：R為單位長度線路的電阻值；ICP為三相負荷完全平衡時的相電流值。

當三相電流不平衡時，中性線有電流通過(通常中性線的有效截面是相線的1/2，故其單位長度線路的電阻值為2R)，單位長度的線損為：

ΔPO=IU2R+IV2R+IW2R+IW2R+2RI02

(2)

負荷不平衡度為：

β=(Imax-ICP)/ICP×100%

(3)

式中：Imax為最大相電流值。以下分3種情況討論三相負荷不平衡時線損值的增量。

a.一相負荷重，兩相負荷輕。如，U相負荷重，V、W相負荷輕，則IU=(1+β)×ICP，IV=IW=(1-β/2)ICP，I0=3/2βICP，代入式(2)，這時單位長度的線損為：

ΔP1=3ICP2R+6β2ICP2R

(4)

線損增量系數用K表示，則：

K1=ΔP1/ΔP=(3ICPR+6β2ICP2R)/3ICP2R=1+2β2

(5)

b.一相負荷重,一相負荷輕,第三相的負荷為平均負荷。如，U相負荷重，V相負荷輕，W相負荷為平均值，則IU=(1+β)ICP，IV=(1-β)ICP，IW=ICP，這時單位長度的線損為：

ΔP2=3ICP2R+8β2ICP2R

(6)

K2=ΔP2/ΔP=(3ICP2R+8β2ICP2R)/3ICP2R=1+8/3β2

(7)

c.兩相負荷重，一相負荷輕。如，U相負荷重，V、W相負荷輕，則IU=(1-2β)ICP，IV=IW=(1+β)ICP，I0=3βICP。這時單位長度的線損為：

ΔP3=3ICP2R+24β2ICP2R

(8)

K3=ΔP3/ΔP=(3ICP2R+24β2ICP2R)/3ICP2R=1+8β2

(9)

以上的分析可以看出，三相負荷平衡情況下，低壓線損值最小。在三相負荷不平衡情況下，隨著不平衡度β增大，線損隨之增加。同時通過1

1.2 實例計算

在低壓電網實際運行過程中，由于用電負荷的變化和不同期性，三相負荷很難保證完全平衡。目前，相關規程規定配電運行中應滿足變壓器出口處的負荷不平衡度小于10% ，其他處負荷不平衡度不大于20%，零線電流應不超過低壓額定電流的25%。實踐證明，通過對三相負荷的合理調整，使不平衡度控制在一定范圍，是控制低壓線損的有效措施。以下為調整三相負荷不平衡度降低線損的實例。

某小區臺區線損率高達16%,該臺變壓器容量為100 kVA，用戶135戶,臺區供電半徑508 m，月電量11 538 kWh，戶均月用電85.5 kWh。通過對該臺區的計量裝置、接線情況、臺區檔案、用電負荷等情況進行核查，排除了竊電等因素的影響，因此利用鉗型電流表對變壓器出口側電流進行監測，發現相位基本對稱，但三相負荷電流不平衡度達到30.8%，三相負荷嚴重不平衡，其中W相負荷最大，接戶最多，屬于一相負荷重，兩相負荷輕的情況。經過負荷分析，將W相首端9戶和末端電壓較低的13戶負荷調整至U、V相，并連續對配變出口及臺區末端的不平衡情況進行監測，測得出口處的平均電流值為IU=18 A、IV=20 A、IW=21 A、I0=4 A，三相負荷不平衡度β=6.78%，三相負荷不平衡度已經降至10%以下，臺區末端不平衡度也達到20%以下的合理范圍。在運行1個月后，該臺區線損率降至9.76%，比調整前降低6.24%，降低幅度明顯。該臺區月均用電量11 000 kWh，調整后月均減少線損電量686.4 kWh。

由于低壓電網臺區數量眾多，因此通過負荷平衡調整，降低線損能夠取得的經濟效益非常顯著，而且三相負荷平衡后還可以有效改善部分末端用戶電壓低的問題，在提升供電能力的同時，更好的履行優質服務的社會承諾。

2 防止三相負荷不平衡的措施

三相負荷的平衡管理是一項長期的工作，隨著負荷、用戶、臺區改造等因素的變化，三相負荷的平衡度將發生波動，稍有放松線損將快速升高，增加經營成本，因此，應采取措施防止發生三相負荷不平衡。

a.配電網的建設改造遵循“小容量、多布點、短半徑”的原則，配變變壓器盡量接近負荷中心，合理劃分供電區域，避免迂回或扇型供電等情況的出現，完善臺區負荷接線圖，做好檔案維護和臺區理論線損的計算工作，定期進行臺區線損計算，加強臺區線損影響因素分析，減少改造的隨意性。

b.通過現場實測或遠程監控等手段，定期開展配電變壓器不平衡電流的檢測，原則上每月進行，在夏季大負荷期間或根據臺區負荷情況，應對重點臺區增加檢測次數，并做好記錄，作為負荷調整及線損分析時的依據。在開展負荷平衡度檢測過程中，應對配電變壓器三相和零線電流、零線電壓分別進行檢測，以便更準確地比較出三相負荷的不平衡情況。同時測量工作要向低壓配電線路的末端和分支端延伸，確定不平衡調整負荷點。

c.加強用戶管理，臺區負荷應按相分配均勻，確保配電變壓器負荷平衡，避免造成末端負荷偏相的問題。各專業管理人員密切配合，合理安排配電網運行方式和無功補償容量，對存在問題或出現故障的設備及時調整，對臨時性、季節性配電變壓器的投退應嚴格控制。

d.對零線截面的選擇應合理，為減少零線電流過大所造成的電能損耗，零線截面的選擇應盡量接近或等于相線截面，同時建議在低壓配電網零線采用多點接地，也可有效降低零線電能損耗，并避免由于零線電流升高危及人身安全。

3 結束語

從地區電網損耗構成看，10 kV及以下的低壓電網損耗所占比重相對較高，降損潛力很大。實踐證明，控制負荷不平衡度降損效果顯著。由于低壓電網用電負載的特點，低壓三相負荷不平衡的情況仍較為普遍，并且還存在著重視程度不夠、治理效果不佳等問題，防治措施和相應的管控機制仍需要在實踐中不斷的完善和改進。隨著電網規模的不斷擴大，用戶數量的不斷增加，有效控制低壓三相負荷不平衡度，對供電企業降損增效的意義將越來越大。

本文責任編輯：齊勝濤