低壓配電系統(tǒng)三相負(fù)荷不平衡對(duì)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(xué)，河北 保定 071003)

近年來(lái)，隨著配電網(wǎng)建設(shè)和改造的深入開(kāi)展，低壓電網(wǎng)的供電能力大大增強(qiáng)，供電質(zhì)量顯著提高。在低壓配電網(wǎng)改造過(guò)程中，通常采取更換老舊線路、加大導(dǎo)線截面、縮短供電半徑等措施降低線損，但由于低壓電網(wǎng)是單相和三相負(fù)載混接的供電網(wǎng)絡(luò)，低壓三相負(fù)荷不平衡的情況較為普遍，造成一些臺(tái)區(qū)的線損居高不下，成為供電企業(yè)線損管理的薄弱環(huán)節(jié)。

1 低壓三相負(fù)荷不平衡對(duì)線損的影響

低壓供電系統(tǒng)一般采用配電變壓器將線路電壓降壓至0.4 kV，通過(guò)三相四線制接線形式供電，是單項(xiàng)負(fù)載和三相動(dòng)力負(fù)載混合用電的供電網(wǎng)。部分低壓臺(tái)區(qū)由于所帶負(fù)載不均勻使三相電流幅值差超出一定范圍，造成三相負(fù)荷不平衡，對(duì)臺(tái)區(qū)的線損產(chǎn)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(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，IU=IV=IW=ICP，I0=0，這時(shí)單位長(zhǎng)度的線損為：

ΔP=IU2R+IV2R+IW2R=3ICP2R

(1)

式中：R為單位長(zhǎng)度線路的電阻值；ICP為三相負(fù)荷完全平衡時(shí)的相電流值。

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

ΔPO=IU2R+IV2R+IW2R+IW2R+2RI02

(2)

負(fù)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(fù)荷不平衡時(shí)線損值的增量。

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

ΔP1=3ICP2R+6β2ICP2R

(4)

線損增量系數(shù)用K表示，則：

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

(5)

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

ΔP2=3ICP2R+8β2ICP2R

(6)

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

(7)

c.兩相負(fù)荷重，一相負(fù)荷輕。如，U相負(fù)荷重，V、W相負(fù)荷輕，則IU=(1-2β)ICP，IV=IW=(1+β)ICP，I0=3βICP。這時(shí)單位長(zhǎng)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(fù)荷平衡情況下，低壓線損值最小。在三相負(fù)荷不平衡情況下，隨著不平衡度β增大，線損隨之增加。同時(shí)通過(guò)1

1.2 實(shí)例計(jì)算

在低壓電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于用電負(fù)荷的變化和不同期性，三相負(fù)荷很難保證完全平衡。目前，相關(guān)規(guī)程規(guī)定配電運(yùn)行中應(yīng)滿足變壓器出口處的負(fù)荷不平衡度小于10% ，其他處負(fù)荷不平衡度不大于20%，零線電流應(yīng)不超過(guò)低壓額定電流的25%。實(shí)踐證明，通過(guò)對(duì)三相負(fù)荷的合理調(diào)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(diào)整三相負(fù)荷不平衡度降低線損的實(shí)例。

某小區(qū)臺(tái)區(qū)線損率高達(dá)16%,該臺(tái)變壓器容量為100 kVA，用戶135戶,臺(tái)區(qū)供電半徑508 m，月電量11 538 kWh，戶均月用電85.5 kWh。通過(guò)對(duì)該臺(tái)區(qū)的計(jì)量裝置、接線情況、臺(tái)區(qū)檔案、用電負(fù)荷等情況進(jìn)行核查，排除了竊電等因素的影響，因此利用鉗型電流表對(duì)變壓器出口側(cè)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)相位基本對(duì)稱，但三相負(fù)荷電流不平衡度達(dá)到30.8%，三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡，其中W相負(fù)荷最大，接戶最多，屬于一相負(fù)荷重，兩相負(fù)荷輕的情況。經(jīng)過(guò)負(fù)荷分析，將W相首端9戶和末端電壓較低的13戶負(fù)荷調(diào)整至U、V相，并連續(xù)對(duì)配變出口及臺(tái)區(qū)末端的不平衡情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)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(fù)荷不平衡度β=6.78%，三相負(fù)荷不平衡度已經(jīng)降至10%以下，臺(tái)區(qū)末端不平衡度也達(dá)到20%以下的合理范圍。在運(yùn)行1個(gè)月后，該臺(tái)區(qū)線損率降至9.76%，比調(diào)整前降低6.24%，降低幅度明顯。該臺(tái)區(qū)月均用電量11 000 kWh，調(diào)整后月均減少線損電量686.4 kWh。

由于低壓電網(wǎng)臺(tái)區(qū)數(shù)量眾多，因此通過(guò)負(fù)荷平衡調(diào)整，降低線損能夠取得的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，而且三相負(fù)荷平衡后還可以有效改善部分末端用戶電壓低的問(wèn)題，在提升供電能力的同時(shí)，更好的履行優(yōu)質(zhì)服務(wù)的社會(huì)承諾。

2 防止三相負(fù)荷不平衡的措施

三相負(fù)荷的平衡管理是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，隨著負(fù)荷、用戶、臺(tái)區(qū)改造等因素的變化，三相負(fù)荷的平衡度將發(fā)生波動(dòng)，稍有放松線損將快速升高，增加經(jīng)營(yíng)成本，因此，應(yīng)采取措施防止發(fā)生三相負(fù)荷不平衡。

a.配電網(wǎng)的建設(shè)改造遵循“小容量、多布點(diǎn)、短半徑”的原則，配變變壓器盡量接近負(fù)荷中心，合理劃分供電區(qū)域，避免迂回或扇型供電等情況的出現(xiàn)，完善臺(tái)區(qū)負(fù)荷接線圖，做好檔案維護(hù)和臺(tái)區(qū)理論線損的計(jì)算工作，定期進(jìn)行臺(tái)區(qū)線損計(jì)算，加強(qiáng)臺(tái)區(qū)線損影響因素分析，減少改造的隨意性。

b.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)或遠(yuǎn)程監(jiān)控等手段，定期開(kāi)展配電變壓器不平衡電流的檢測(cè)，原則上每月進(jìn)行，在夏季大負(fù)荷期間或根據(jù)臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況，應(yīng)對(duì)重點(diǎn)臺(tái)區(qū)增加檢測(cè)次數(shù)，并做好記錄，作為負(fù)荷調(diào)整及線損分析時(shí)的依據(jù)。在開(kāi)展負(fù)荷平衡度檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)配電變壓器三相和零線電流、零線電壓分別進(jìn)行檢測(cè)，以便更準(zhǔn)確地比較出三相負(fù)荷的不平衡情況。同時(shí)測(cè)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(diào)整負(fù)荷點(diǎn)。

c.加強(qiáng)用戶管理，臺(tái)區(qū)負(fù)荷應(yīng)按相分配均勻，確保配電變壓器負(fù)荷平衡，避免造成末端負(fù)荷偏相的問(wèn)題。各專業(yè)管理人員密切配合，合理安排配電網(wǎng)運(yùn)行方式和無(wú)功補(bǔ)償容量，對(duì)存在問(wèn)題或出現(xiàn)故障的設(shè)備及時(shí)調(diào)整，對(duì)臨時(shí)性、季節(jié)性配電變壓器的投退應(yīng)嚴(yán)格控制。

d.對(duì)零線截面的選擇應(yīng)合理，為減少零線電流過(guò)大所造成的電能損耗，零線截面的選擇應(yīng)盡量接近或等于相線截面，同時(shí)建議在低壓配電網(wǎng)零線采用多點(diǎn)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(jié)束語(yǔ)

從地區(qū)電網(wǎng)損耗構(gòu)成看，10 kV及以下的低壓電網(wǎng)損耗所占比重相對(duì)較高，降損潛力很大。實(shí)踐證明，控制負(fù)荷不平衡度降損效果顯著。由于低壓電網(wǎng)用電負(fù)載的特點(diǎn)，低壓三相負(fù)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(wèn)題，防治措施和相應(yīng)的管控機(jī)制仍需要在實(shí)踐中不斷的完善和改進(jìn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用戶數(shù)量的不斷增加，有效控制低壓三相負(fù)荷不平衡度，對(duì)供電企業(yè)降損增效的意義將越來(lái)越大。

本文責(zé)任編輯：齊勝濤