長春地區(qū)配電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)狀分析

高 僮，劉大勇，郭 莉，林夢尋

（1.國網(wǎng)長春供電公司，長春130021；2.吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春130021；3.國網(wǎng)延邊供電公司，吉林 延吉133000）

國家電網(wǎng)全面啟動節(jié)能降耗這一項重點工作，大力推進該項工作己成為各供電公司的重要任務［1－2］。配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣，各種線路和負荷密集，其電能質(zhì)量、運行經(jīng)濟性的具體狀況不僅關(guān)系到廣大用戶和電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，也體現(xiàn)了社會效益和能耗狀況［3］。

隨著用電量的快速增長，配電網(wǎng)的三相負荷不平衡現(xiàn)象也日益突出。配電變壓器和配電線路的單相用電負載占較大的比重，特別是農(nóng)網(wǎng)農(nóng)電變壓器、用戶變壓器及其配電線路的單相用電負載遠大于三相用電負載［4］。由于農(nóng)村配電網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)相對落后，相當一部分線路功率因數(shù)低，線損率高，無功補償缺乏，潮流分布不合理，設(shè)備利用率差別大，部分線路電壓問題嚴重，許多配電線路存在不同程度的三相不平衡現(xiàn)象［5－6］。因此，通過配電網(wǎng)三相不平衡分析，可以對配電網(wǎng)節(jié)能降耗治理形成建議和技術(shù)指導。

1 現(xiàn)狀分析

2012年公司在全省范圍內(nèi)開展了電網(wǎng)線損診斷分析及3年降損計劃工作，診斷結(jié)論中提出三相不平衡是影響線損的重要因素。2013年公司把吉林省配電網(wǎng)三相負荷不平衡專題研究列為重點工作，于4月開始在全省開展調(diào)研分析。

1.1 三相不平衡情況

2013年吉林省三相不平衡配變（不平衡率大于15%）臺數(shù)共17 533臺，占配變總數(shù)的22.24%，其中供電2 283臺，農(nóng)電15 250臺。其中三相負荷不平衡度大于35%的有5 471臺，占總數(shù)的6.94%。各地區(qū)農(nóng)供電不平衡配變情況如圖1所示。

圖1 吉林省各地區(qū)配變?nèi)嗖黄胶馀_數(shù)

各地區(qū)農(nóng)電的配變不平衡臺數(shù)明顯多于供電，且農(nóng)電配變?nèi)嗖黄胶獗壤裁黠@高于供電。長春地區(qū)三相不平衡配變臺數(shù)最多，供電673臺、農(nóng)電達到5 270臺。長春、白山、通化、白城地區(qū)，30%以上農(nóng)電配變均處于三相不平衡狀態(tài)。吉林省各地區(qū)配變?nèi)嗖黄胶獗壤鐖D2所示。

1.2 三相不平衡的危害

1）使變壓器的出力降低，使配電變壓器的安全和壽命受到影響；2）使電動機定子的銅損增加，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而降低電動機的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力；3）引起發(fā)電機的附加發(fā)熱和振動，危及安全運行和正常出力；4）大幅增加配電網(wǎng)的線路及變壓器損耗；5）在低壓配電線路中，三相不平衡可影響計算機正常工作，引起照明電燈壽命縮短（電壓過高）或照度不足（電壓過低）以及用電設(shè)備的損壞；6）增大通信系統(tǒng)中干擾，影響正常通信質(zhì)量；7）引起以負序分量為起動元件的多種保護發(fā)生誤動作（特別是當電網(wǎng)中同時存在諧波時），對電網(wǎng)安全運行造成嚴重威脅。

圖2 吉林省各地區(qū)配變?nèi)嗖黄胶獗壤?/p>

2 三相不平衡計算分析

2.1 三相不平衡臺區(qū)情況

采用通過對比當月變壓器總表三相負荷的電量、測試高峰負荷時變壓器中性線的電流、從用電信息采集系統(tǒng)中獲取三相不平衡度數(shù)據(jù)等方法，對長春公司所屬的農(nóng)網(wǎng)臺區(qū)進行三相負荷不平衡調(diào)研分析。共有考核臺區(qū)18 368個，按2013年9月發(fā)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計三相不平衡臺區(qū)（不平衡度≥30%）3 023個，占公變臺區(qū)的16.46%。三相不平衡臺區(qū)統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 長春各農(nóng)電三相不平衡臺區(qū)統(tǒng)計表

2.2 三相不平衡對線損的影響

2.2.1 附加線損的計算

在三相四線制供電線路中，三相電流平衡時，線路功率損耗最小。三相電流不平衡時，線路功率增大的部分稱為線路的電流不平衡附加線損。我們對全省附加線損進行計算。

根據(jù)各局上報的配電網(wǎng)三相不平衡情況進行統(tǒng)計，見表2。

表2 2013年10kV公用配變?nèi)嘭摵刹黄胶饴式y(tǒng)計表

如表2所示，按照不同臺區(qū)月均配電量的臺數(shù)和容量確定配變的平均容量，依據(jù)三相不平衡率的分段（取分段的中間值），依次計算出不同不平衡率的損耗系數(shù)K1，按照調(diào)整負荷后三相不平衡率小于15%（進入合理區(qū)間）的損耗系數(shù)K2，利用式（1）計算出年平均可減少損失電量。

式中ΔAav為不同臺區(qū)月均配電量計算的平均配變?nèi)萘亢拓撦d率下的平均年損失電量。

經(jīng)估算，調(diào)整三相負荷不平衡率等于15%時不同臺區(qū)月均配電量、不同三相負荷不平衡率的配變年降損電量為1 103萬kW·h（見表3）。根據(jù)理論計算結(jié)果，配變和線路損失電量所占比重19.63∶100，測算配電線路三相負荷不平衡產(chǎn)生的損失。若三相負荷不平衡率調(diào)整到15%時，配電線路年可降損5 619萬kW·h。配網(wǎng)合計降損6 722萬kW·h。由此可見，通過治理三相不平衡有很大降損空間。不同臺區(qū)月均配電量、不同三相負荷不平衡率的配電降損電量見表3。

表3 臺區(qū)三相不平衡率損耗分析表

2.2.2 三相負荷的分配對線損的影響

采用三相四線制供電方式，如果用戶較為分散，且線路較長，發(fā)生三相負荷不平衡，會增加電能的損耗，現(xiàn)分析如下。三相四線制接線方式如圖3所示。

圖3 三相四線制接線方式

線路上的功率損耗為

式中R為單位長度線路的電阻值，單位長度的電阻值取2R。

當三相負荷完全平衡時，中性線的電流I0＝0，三相電流Ia＝Ib＝Ic＝Ix，功率損耗為ΔP＝3I2xR，當三相電流不平衡的，中性線中就會有電流通過，損耗增加。

下面分3種情況討論三相負荷不平衡時線損值的增量。為討論方便，在此引入β負荷不平衡度概念：

式中：Imax為負荷最大一相的電流值；Ix為三相負荷完全平衡時的相電流值。

配電網(wǎng)三相不平衡包括3種情況：1）一相負荷輕，兩相負荷重；2）一相負荷重，兩相負荷輕；3）一相負荷重，一相負荷輕，第三相的負荷是平均負荷?？傻贸鋈缦陆Y(jié)論：

1）當三相負荷不平衡時，不論負荷如何分配，電流不平衡度越大，線損增量也就越大。

2）當三相負荷平衡時線損最?。划斠幌嘭摵奢p，兩相負荷重的情況下，線損增量最大；當一相負荷重，兩相負荷輕的情況下，線損增量較??；當一相負荷重，一相負荷輕，而第三相的負荷為平均負荷的情況下線損增量較大。

3 三相不平衡原因分析

3.1 低壓臺區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理

一些農(nóng)村或城郊低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簿弱，運行時間較長，改造投入不徹底，單相低壓線路使臺區(qū)三相負荷不平衡無法調(diào)整。加之居民用電大多為單相供電，負荷發(fā)展時無序延伸，單相低壓線路使臺區(qū)的主網(wǎng)架問題一直得不到有效根治，造成臺區(qū)三相電流不平衡無法調(diào)整［7］。

3.2 季節(jié)性用電以及臨時用電的影響

特點：用電時間性不固定，大量的單相用電設(shè)備應用較多，用電時間不好掌握。

3.3 大功率電器迅速普及的影響

隨著農(nóng)民生活水平的不斷提高，空調(diào)、微波爐、電磁爐、抽水電機、電熱水器等大功率用電器開始使用，由于這些大功率電器的使用，使得臺區(qū)大容量單相負荷猛增，原來按戶分配的每相負荷平衡關(guān)系被打破，造成變壓器三相負荷出現(xiàn)不平衡。

3.4 日常運行維護和用電管理粗放的影響

業(yè)擴報裝過程中供電方案的審查只重視配電變壓器容量是否滿足要求，忽視了對單相負荷所接相別對經(jīng)濟運行的影響，沒有把新增的用戶合理地搭配到低壓三相線路上。

3.5 日常工作對配電變壓器三相負荷平衡工作重視不夠

日常的臺區(qū)管理工作中，三相負荷不平衡管理大部分處于一種無專人負責的狀態(tài)，對于臺區(qū)負荷狀況以及負荷增長趨勢或預期，缺乏認真深入的調(diào)查研究，缺乏有計劃地進行三相負荷監(jiān)測和調(diào)整。

3.6 異常系統(tǒng)狀況的影響

一相或兩相斷線故障，導致原有的平衡狀態(tài)被打破，對配電變壓器和低壓網(wǎng)的經(jīng)濟運行產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語

目前因配電變壓三相負荷不平衡引起的年附加損失電量為6 722萬kW·h，農(nóng)網(wǎng)情況較為嚴重，約占總附加損失電量的60%，但因其成因主要是存在大量單相、兩相低壓主干線，使負荷不能均衡分配，故解決的措施應以增加投資、實施低壓網(wǎng)改造為主。供電配變?nèi)嗖黄胶庹{(diào)整應充分利用用電采集系統(tǒng)中三相不平衡監(jiān)測數(shù)據(jù)，以加強監(jiān)測次數(shù)，縮短監(jiān)測周期，增加調(diào)整次數(shù)為主。進而實現(xiàn)配電網(wǎng)三相不平衡率，降低線損，實現(xiàn)配電線路安全、高效運行。

［1］汪衛(wèi)華，藍信軍，楊期余.從配電網(wǎng)降損措施分析比較看合理配電網(wǎng)模式［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，2003，15（3）：28－30.

［2］溫建春，韓學山，張利.一種配電網(wǎng)理論線損計算的改進算法［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，2008，14（4）：45－47.

［3］丁心海，羅毅芳，劉巍，等.改進配電網(wǎng)線損計算方法的幾點建議［J］.電力系統(tǒng)自動化，2001，25（13）：57－61.

［4］盧志剛，李爽，韓彥玲，等.配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟運行區(qū)域的研究及應用［J］.高電壓技術(shù)，2007，33（6）：156－159.

［5］楊云龍，王風清.配電變壓器三相小平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差及補償方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（8）：73－76.

［6］中華人民共和國電力工業(yè)部.DL／T 572—95電力變壓器運行規(guī)程［S］.北京：清華大學出版社，1996.

［7］丁堅勇，陳丹，楊東俊.非對稱非均勻負荷下配電網(wǎng)線損改進算法［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（9）：1987－1991.