长春地区配电网三相不平衡现状分析

高 僮，刘大勇，郭 莉，林梦寻

（1.国网长春供电公司，长春130021；2.吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春130021；3.国网延边供电公司，吉林 延吉133000）

国家电网全面启动节能降耗这一项重点工作，大力推进该项工作己成为各供电公司的重要任务［1－2］。配电网覆盖区域广，各种线路和负荷密集，其电能质量、运行经济性的具体状况不仅关系到广大用户和电力企业的经济效益，也体现了社会效益和能耗状况［3］。

随着用电量的快速增长，配电网的三相负荷不平衡现象也日益突出。配电变压器和配电线路的单相用电负载占较大的比重，特别是农网农电变压器、用户变压器及其配电线路的单相用电负载远大于三相用电负载［4］。由于农村配电网的网架建设相对落后，相当一部分线路功率因数低，线损率高，无功补偿缺乏，潮流分布不合理，设备利用率差别大，部分线路电压问题严重，许多配电线路存在不同程度的三相不平衡现象［5－6］。因此，通过配电网三相不平衡分析，可以对配电网节能降耗治理形成建议和技术指导。

1 现状分析

2012年公司在全省范围内开展了电网线损诊断分析及3年降损计划工作，诊断结论中提出三相不平衡是影响线损的重要因素。2013年公司把吉林省配电网三相负荷不平衡专题研究列为重点工作，于4月开始在全省开展调研分析。

1.1 三相不平衡情况

2013年吉林省三相不平衡配变（不平衡率大于15%）台数共17 533台，占配变总数的22.24%，其中供电2 283台，农电15 250台。其中三相负荷不平衡度大于35%的有5 471台，占总数的6.94%。各地区农供电不平衡配变情况如图1所示。

图1 吉林省各地区配变三相不平衡台数

各地区农电的配变不平衡台数明显多于供电，且农电配变三相不平衡比例也明显高于供电。长春地区三相不平衡配变台数最多，供电673台、农电达到5 270台。长春、白山、通化、白城地区，30%以上农电配变均处于三相不平衡状态。吉林省各地区配变三相不平衡比例如图2所示。

1.2 三相不平衡的危害

1）使变压器的出力降低，使配电变压器的安全和寿命受到影响；2）使电动机定子的铜损增加，产生制动转矩，从而降低电动机的最大转矩和过载能力；3）引起发电机的附加发热和振动，危及安全运行和正常出力；4）大幅增加配电网的线路及变压器损耗；5）在低压配电线路中，三相不平衡可影响计算机正常工作，引起照明电灯寿命缩短（电压过高）或照度不足（电压过低）以及用电设备的损坏；6）增大通信系统中干扰，影响正常通信质量；7）引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作（特别是当电网中同时存在谐波时），对电网安全运行造成严重威胁。

图2 吉林省各地区配变三相不平衡比例

2 三相不平衡计算分析

2.1 三相不平衡台区情况

采用通过对比当月变压器总表三相负荷的电量、测试高峰负荷时变压器中性线的电流、从用电信息采集系统中获取三相不平衡度数据等方法，对长春公司所属的农网台区进行三相负荷不平衡调研分析。共有考核台区18 368个，按2013年9月发行数据统计三相不平衡台区（不平衡度≥30%）3 023个，占公变台区的16.46%。三相不平衡台区统计情况如表1所示。

表1 长春各农电三相不平衡台区统计表

2.2 三相不平衡对线损的影响

2.2.1 附加线损的计算

在三相四线制供电线路中，三相电流平衡时，线路功率损耗最小。三相电流不平衡时，线路功率增大的部分称为线路的电流不平衡附加线损。我们对全省附加线损进行计算。

根据各局上报的配电网三相不平衡情况进行统计，见表2。

表2 2013年10kV公用配变三相负荷不平衡率统计表

如表2所示，按照不同台区月均配电量的台数和容量确定配变的平均容量，依据三相不平衡率的分段（取分段的中间值），依次计算出不同不平衡率的损耗系数K1，按照调整负荷后三相不平衡率小于15%（进入合理区间）的损耗系数K2，利用式（1）计算出年平均可减少损失电量。

式中ΔAav为不同台区月均配电量计算的平均配变容量和负载率下的平均年损失电量。

经估算，调整三相负荷不平衡率等于15%时不同台区月均配电量、不同三相负荷不平衡率的配变年降损电量为1 103万kW·h（见表3）。根据理论计算结果，配变和线路损失电量所占比重19.63∶100，测算配电线路三相负荷不平衡产生的损失。若三相负荷不平衡率调整到15%时，配电线路年可降损5 619万kW·h。配网合计降损6 722万kW·h。由此可见，通过治理三相不平衡有很大降损空间。不同台区月均配电量、不同三相负荷不平衡率的配电降损电量见表3。

表3 台区三相不平衡率损耗分析表

2.2.2 三相负荷的分配对线损的影响

采用三相四线制供电方式，如果用户较为分散，且线路较长，发生三相负荷不平衡，会增加电能的损耗，现分析如下。三相四线制接线方式如图3所示。

图3 三相四线制接线方式

线路上的功率损耗为

式中R为单位长度线路的电阻值，单位长度的电阻值取2R。

当三相负荷完全平衡时，中性线的电流I0＝0，三相电流Ia＝Ib＝Ic＝Ix，功率损耗为ΔP＝3I2xR，当三相电流不平衡的，中性线中就会有电流通过，损耗增加。

下面分3种情况讨论三相负荷不平衡时线损值的增量。为讨论方便，在此引入β负荷不平衡度概念：

式中：Imax为负荷最大一相的电流值；Ix为三相负荷完全平衡时的相电流值。

配电网三相不平衡包括3种情况：1）一相负荷轻，两相负荷重；2）一相负荷重，两相负荷轻；3）一相负荷重，一相负荷轻，第三相的负荷是平均负荷。可得出如下结论：

1）当三相负荷不平衡时，不论负荷如何分配，电流不平衡度越大，线损增量也就越大。

2）当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下，线损增量最大；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下，线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大。

3 三相不平衡原因分析

3.1 低压台区电网结构不合理

一些农村或城郊低压电网结构簿弱，运行时间较长，改造投入不彻底，单相低压线路使台区三相负荷不平衡无法调整。加之居民用电大多为单相供电，负荷发展时无序延伸，单相低压线路使台区的主网架问题一直得不到有效根治，造成台区三相电流不平衡无法调整［7］。

3.2 季节性用电以及临时用电的影响

特点：用电时间性不固定，大量的单相用电设备应用较多，用电时间不好掌握。

3.3 大功率电器迅速普及的影响

随着农民生活水平的不断提高，空调、微波炉、电磁炉、抽水电机、电热水器等大功率用电器开始使用，由于这些大功率电器的使用，使得台区大容量单相负荷猛增，原来按户分配的每相负荷平衡关系被打破，造成变压器三相负荷出现不平衡。

3.4 日常运行维护和用电管理粗放的影响

业扩报装过程中供电方案的审查只重视配电变压器容量是否满足要求，忽视了对单相负荷所接相别对经济运行的影响，没有把新增的用户合理地搭配到低压三相线路上。

3.5 日常工作对配电变压器三相负荷平衡工作重视不够

日常的台区管理工作中，三相负荷不平衡管理大部分处于一种无专人负责的状态，对于台区负荷状况以及负荷增长趋势或预期，缺乏认真深入的调查研究，缺乏有计划地进行三相负荷监测和调整。

3.6 异常系统状况的影响

一相或两相断线故障，导致原有的平衡状态被打破，对配电变压器和低压网的经济运行产生影响。

4 结语

目前因配电变压三相负荷不平衡引起的年附加损失电量为6 722万kW·h，农网情况较为严重，约占总附加损失电量的60%，但因其成因主要是存在大量单相、两相低压主干线，使负荷不能均衡分配，故解决的措施应以增加投资、实施低压网改造为主。供电配变三相不平衡调整应充分利用用电采集系统中三相不平衡监测数据，以加强监测次数，缩短监测周期，增加调整次数为主。进而实现配电网三相不平衡率，降低线损，实现配电线路安全、高效运行。

［1］汪卫华，蓝信军，杨期余.从配电网降损措施分析比较看合理配电网模式［J］.电力系统及其自动化学报，2003，15（3）：28－30.

［2］温建春，韩学山，张利.一种配电网理论线损计算的改进算法［J］.电力系统及其自动化学报，2008，14（4）：45－47.

［3］丁心海，罗毅芳，刘巍，等.改进配电网线损计算方法的几点建议［J］.电力系统自动化，2001，25（13）：57－61.

［4］卢志刚，李爽，韩彦玲，等.配电网技术经济运行区域的研究及应用［J］.高电压技术，2007，33（6）：156－159.

［5］杨云龙，王风清.配电变压器三相小平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方法［J］.电网技术，2004，28（8）：73－76.

［6］中华人民共和国电力工业部.DL／T 572—95电力变压器运行规程［S］.北京：清华大学出版社，1996.

［7］丁坚勇，陈丹，杨东俊.非对称非均匀负荷下配电网线损改进算法［J］.高电压技术，2008，34（9）：1987－1991.