低压配电系统三相负荷不平衡对线损的影响及防控措施

董 磊，丁 诺 ，王军伟

(1.石家庄供电公司，石家庄 050051；2.华北电力大学，河北 保定 071003)

近年来，随着配电网建设和改造的深入开展，低压电网的供电能力大大增强，供电质量显著提高。在低压配电网改造过程中，通常采取更换老旧线路、加大导线截面、缩短供电半径等措施降低线损，但由于低压电网是单相和三相负载混接的供电网络，低压三相负荷不平衡的情况较为普遍，造成一些台区的线损居高不下，成为供电企业线损管理的薄弱环节。

1 低压三相负荷不平衡对线损的影响

低压供电系统一般采用配电变压器将线路电压降压至0.4 kV，通过三相四线制接线形式供电，是单项负载和三相动力负载混合用电的供电网。部分低压台区由于所带负载不均匀使三相电流幅值差超出一定范围，造成三相负荷不平衡，对台区的线损产生较大影响。

1.1 理论分析

低压线路三相电流分别以IU、IV、IW表示，中性线电流以I0表示。当三相负荷平衡时，IU=IV=IW=ICP，I0=0，这时单位长度的线损为：

ΔP=IU2R+IV2R+IW2R=3ICP2R

(1)

式中：R为单位长度线路的电阻值；ICP为三相负荷完全平衡时的相电流值。

当三相电流不平衡时，中性线有电流通过(通常中性线的有效截面是相线的1/2，故其单位长度线路的电阻值为2R)，单位长度的线损为：

ΔPO=IU2R+IV2R+IW2R+IW2R+2RI02

(2)

负荷不平衡度为：

β=(Imax-ICP)/ICP×100%

(3)

式中：Imax为最大相电流值。以下分3种情况讨论三相负荷不平衡时线损值的增量。

a.一相负荷重，两相负荷轻。如，U相负荷重，V、W相负荷轻，则IU=(1+β)×ICP，IV=IW=(1-β/2)ICP，I0=3/2βICP，代入式(2)，这时单位长度的线损为：

ΔP1=3ICP2R+6β2ICP2R

(4)

线损增量系数用K表示，则：

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

(5)

b.一相负荷重,一相负荷轻,第三相的负荷为平均负荷。如，U相负荷重，V相负荷轻，W相负荷为平均值，则IU=(1+β)ICP，IV=(1-β)ICP，IW=ICP，这时单位长度的线损为：

ΔP2=3ICP2R+8β2ICP2R

(6)

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

(7)

c.两相负荷重，一相负荷轻。如，U相负荷重，V、W相负荷轻，则IU=(1-2β)ICP，IV=IW=(1+β)ICP，I0=3βICP。这时单位长度的线损为：

ΔP3=3ICP2R+24β2ICP2R

(8)

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

(9)

以上的分析可以看出，三相负荷平衡情况下，低压线损值最小。在三相负荷不平衡情况下，随着不平衡度β增大，线损随之增加。同时通过1

1.2 实例计算

在低压电网实际运行过程中，由于用电负荷的变化和不同期性，三相负荷很难保证完全平衡。目前，相关规程规定配电运行中应满足变压器出口处的负荷不平衡度小于10% ，其他处负荷不平衡度不大于20%，零线电流应不超过低压额定电流的25%。实践证明，通过对三相负荷的合理调整，使不平衡度控制在一定范围，是控制低压线损的有效措施。以下为调整三相负荷不平衡度降低线损的实例。

某小区台区线损率高达16%,该台变压器容量为100 kVA，用户135户,台区供电半径508 m，月电量11 538 kWh，户均月用电85.5 kWh。通过对该台区的计量装置、接线情况、台区档案、用电负荷等情况进行核查，排除了窃电等因素的影响，因此利用钳型电流表对变压器出口侧电流进行监测，发现相位基本对称，但三相负荷电流不平衡度达到30.8%，三相负荷严重不平衡，其中W相负荷最大，接户最多，属于一相负荷重，两相负荷轻的情况。经过负荷分析，将W相首端9户和末端电压较低的13户负荷调整至U、V相，并连续对配变出口及台区末端的不平衡情况进行监测，测得出口处的平均电流值为IU=18 A、IV=20 A、IW=21 A、I0=4 A，三相负荷不平衡度β=6.78%，三相负荷不平衡度已经降至10%以下，台区末端不平衡度也达到20%以下的合理范围。在运行1个月后，该台区线损率降至9.76%，比调整前降低6.24%，降低幅度明显。该台区月均用电量11 000 kWh，调整后月均减少线损电量686.4 kWh。

由于低压电网台区数量众多，因此通过负荷平衡调整，降低线损能够取得的经济效益非常显著，而且三相负荷平衡后还可以有效改善部分末端用户电压低的问题，在提升供电能力的同时，更好的履行优质服务的社会承诺。

2 防止三相负荷不平衡的措施

三相负荷的平衡管理是一项长期的工作，随着负荷、用户、台区改造等因素的变化，三相负荷的平衡度将发生波动，稍有放松线损将快速升高，增加经营成本，因此，应采取措施防止发生三相负荷不平衡。

a.配电网的建设改造遵循“小容量、多布点、短半径”的原则，配变变压器尽量接近负荷中心，合理划分供电区域，避免迂回或扇型供电等情况的出现，完善台区负荷接线图，做好档案维护和台区理论线损的计算工作，定期进行台区线损计算，加强台区线损影响因素分析，减少改造的随意性。

b.通过现场实测或远程监控等手段，定期开展配电变压器不平衡电流的检测，原则上每月进行，在夏季大负荷期间或根据台区负荷情况，应对重点台区增加检测次数，并做好记录，作为负荷调整及线损分析时的依据。在开展负荷平衡度检测过程中，应对配电变压器三相和零线电流、零线电压分别进行检测，以便更准确地比较出三相负荷的不平衡情况。同时测量工作要向低压配电线路的末端和分支端延伸，确定不平衡调整负荷点。

c.加强用户管理，台区负荷应按相分配均匀，确保配电变压器负荷平衡，避免造成末端负荷偏相的问题。各专业管理人员密切配合，合理安排配电网运行方式和无功补偿容量，对存在问题或出现故障的设备及时调整，对临时性、季节性配电变压器的投退应严格控制。

d.对零线截面的选择应合理，为减少零线电流过大所造成的电能损耗，零线截面的选择应尽量接近或等于相线截面，同时建议在低压配电网零线采用多点接地，也可有效降低零线电能损耗，并避免由于零线电流升高危及人身安全。

3 结束语

从地区电网损耗构成看，10 kV及以下的低压电网损耗所占比重相对较高，降损潜力很大。实践证明，控制负荷不平衡度降损效果显著。由于低压电网用电负载的特点，低压三相负荷不平衡的情况仍较为普遍，并且还存在着重视程度不够、治理效果不佳等问题，防治措施和相应的管控机制仍需要在实践中不断的完善和改进。随着电网规模的不断扩大，用户数量的不断增加，有效控制低压三相负荷不平衡度，对供电企业降损增效的意义将越来越大。

本文责任编辑：齐胜涛