高 僮，劉大勇，郭 莉，林夢(mèng)尋

（1.國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春130021；2.吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春130021；3.國(guó)網(wǎng)延邊供電公司，吉林 延吉133000）

國(guó)家電網(wǎng)全面啟動(dòng)節(jié)能降耗這一項(xiàng)重點(diǎn)工作，大力推進(jìn)該項(xiàng)工作己成為各供電公司的重要任務(wù)［1－2］。配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣，各種線(xiàn)路和負(fù)荷密集，其電能質(zhì)量、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的具體狀況不僅關(guān)系到廣大用戶(hù)和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也體現(xiàn)了社會(huì)效益和能耗狀況［3］。

隨著用電量的快速增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象也日益突出。配電變壓器和配電線(xiàn)路的單相用電負(fù)載占較大的比重，特別是農(nóng)網(wǎng)農(nóng)電變壓器、用戶(hù)變壓器及其配電線(xiàn)路的單相用電負(fù)載遠(yuǎn)大于三相用電負(fù)載［4］。由于農(nóng)村配電網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)相對(duì)落后，相當(dāng)一部分線(xiàn)路功率因數(shù)低，線(xiàn)損率高，無(wú)功補(bǔ)償缺乏，潮流分布不合理，設(shè)備利用率差別大，部分線(xiàn)路電壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重，許多配電線(xiàn)路存在不同程度的三相不平衡現(xiàn)象［5－6］。因此，通過(guò)配電網(wǎng)三相不平衡分析，可以對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降耗治理形成建議和技術(shù)指導(dǎo)。

1 現(xiàn)狀分析

2012年公司在全省范圍內(nèi)開(kāi)展了電網(wǎng)線(xiàn)損診斷分析及3年降損計(jì)劃工作，診斷結(jié)論中提出三相不平衡是影響線(xiàn)損的重要因素。2013年公司把吉林省配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡專(zhuān)題研究列為重點(diǎn)工作，于4月開(kāi)始在全省開(kāi)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(tái)數(shù)共17 533臺(tái)，占配變總數(shù)的22.24%，其中供電2 283臺(tái)，農(nóng)電15 250臺(tái)。其中三相負(fù)荷不平衡度大于35%的有5 471臺(tái)，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_(tái)數(shù)

各地區(qū)農(nóng)電的配變不平衡臺(tái)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(zhǎng)春地區(qū)三相不平衡配變臺(tái)數(shù)最多，供電673臺(tái)、農(nóng)電達(dá)到5 270臺(tái)。長(zhǎng)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(dòng)機(jī)定子的銅損增加，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而降低電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力；3）引起發(fā)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)，危及安全運(yùn)行和正常出力；4）大幅增加配電網(wǎng)的線(xiàn)路及變壓器損耗；5）在低壓配電線(xiàn)路中，三相不平衡可影響計(jì)算機(jī)正常工作，引起照明電燈壽命縮短（電壓過(guò)高）或照度不足（電壓過(guò)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(fù)序分量為起動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作（特別是當(dāng)電網(wǎng)中同時(shí)存在諧波時(shí)），對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成嚴(yán)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(jì)算分析

2.1 三相不平衡臺(tái)區(qū)情況

采用通過(guò)對(duì)比當(dāng)月變壓器總表三相負(fù)荷的電量、測(cè)試高峰負(fù)荷時(shí)變壓器中性線(xiàn)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(duì)長(zhǎng)春公司所屬的農(nóng)網(wǎng)臺(tái)區(qū)進(jìn)行三相負(fù)荷不平衡調(diào)研分析。共有考核臺(tái)區(qū)18 368個(gè)，按2013年9月發(fā)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)三相不平衡臺(tái)區(qū)（不平衡度≥30%）3 023個(gè)，占公變臺(tái)區(qū)的16.46%。三相不平衡臺(tái)區(qū)統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 長(zhǎng)春各農(nóng)電三相不平衡臺(tái)區(qū)統(tǒng)計(jì)表

2.2 三相不平衡對(duì)線(xiàn)損的影響

2.2.1 附加線(xiàn)損的計(jì)算

在三相四線(xiàn)制供電線(xiàn)路中，三相電流平衡時(shí)，線(xiàn)路功率損耗最小。三相電流不平衡時(shí)，線(xiàn)路功率增大的部分稱(chēng)為線(xiàn)路的電流不平衡附加線(xiàn)損。我們對(duì)全省附加線(xiàn)損進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)各局上報(bào)的配電網(wǎng)三相不平衡情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。

表2 2013年10kV公用配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡率統(tǒng)計(jì)表

如表2所示，按照不同臺(tái)區(qū)月均配電量的臺(tái)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(jì)算出不同不平衡率的損耗系數(shù)K1，按照調(diào)整負(fù)荷后三相不平衡率小于15%（進(jìn)入合理區(qū)間）的損耗系數(shù)K2，利用式（1）計(jì)算出年平均可減少損失電量。

式中ΔAav為不同臺(tái)區(qū)月均配電量計(jì)算的平均配變?nèi)萘亢拓?fù)載率下的平均年損失電量。

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

表3 臺(tái)區(qū)三相不平衡率損耗分析表

2.2.2 三相負(fù)荷的分配對(duì)線(xiàn)損的影響

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

圖3 三相四線(xiàn)制接線(xiàn)方式

線(xiàn)路上的功率損耗為

式中R為單位長(zhǎng)度線(xiàn)路的電阻值，單位長(zhǎng)度的電阻值取2R。

當(dāng)三相負(fù)荷完全平衡時(shí)，中性線(xiàn)的電流I0＝0，三相電流Ia＝Ib＝Ic＝Ix，功率損耗為ΔP＝3I2xR，當(dāng)三相電流不平衡的，中性線(xiàn)中就會(huì)有電流通過(guò)，損耗增加。

下面分3種情況討論三相負(fù)荷不平衡時(shí)線(xiàn)損值的增量。為討論方便，在此引入β負(fù)荷不平衡度概念：

式中：Imax為負(fù)荷最大一相的電流值；Ix為三相負(fù)荷完全平衡時(shí)的相電流值。

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

1）當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，不論負(fù)荷如何分配，電流不平衡度越大，線(xiàn)損增量也就越大。

2）當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)線(xiàn)損最??；當(dāng)一相負(fù)荷輕，兩相負(fù)荷重的情況下，線(xiàn)損增量最大；當(dāng)一相負(fù)荷重，兩相負(fù)荷輕的情況下，線(xiàn)損增量較小；當(dāng)一相負(fù)荷重，一相負(fù)荷輕，而第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷的情況下線(xiàn)損增量較大。

3 三相不平衡原因分析

3.1 低壓臺(tái)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(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，改造投入不徹底，單相低壓線(xiàn)路使臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡無(wú)法調(diào)整。加之居民用電大多為單相供電，負(fù)荷發(fā)展時(shí)無(wú)序延伸，單相低壓線(xiàn)路使臺(tái)區(qū)的主網(wǎng)架問(wèn)題一直得不到有效根治，造成臺(tái)區(qū)三相電流不平衡無(wú)法調(diào)整［7］。

3.2 季節(jié)性用電以及臨時(shí)用電的影響

特點(diǎn)：用電時(shí)間性不固定，大量的單相用電設(shè)備應(yīng)用較多，用電時(shí)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(jī)、電熱水器等大功率用電器開(kāi)始使用，由于這些大功率電器的使用，使得臺(tái)區(qū)大容量單相負(fù)荷猛增，原來(lái)按戶(hù)分配的每相負(fù)荷平衡關(guān)系被打破，造成變壓器三相負(fù)荷出現(xiàn)不平衡。

3.4 日常運(yùn)行維護(hù)和用電管理粗放的影響

業(yè)擴(kuò)報(bào)裝過(guò)程中供電方案的審查只重視配電變壓器容量是否滿(mǎn)足要求，忽視了對(duì)單相負(fù)荷所接相別對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，沒(méi)有把新增的用戶(hù)合理地搭配到低壓三相線(xiàn)路上。

3.5 日常工作對(duì)配電變壓器三相負(fù)荷平衡工作重視不夠

日常的臺(tái)區(qū)管理工作中，三相負(fù)荷不平衡管理大部分處于一種無(wú)專(zhuān)人負(fù)責(zé)的狀態(tài)，對(duì)于臺(tái)區(qū)負(fù)荷狀況以及負(fù)荷增長(zhǎng)趨勢(shì)或預(yù)期，缺乏認(rèn)真深入的調(diào)查研究，缺乏有計(jì)劃地進(jìn)行三相負(fù)荷監(jiān)測(cè)和調(diào)整。

3.6 異常系統(tǒng)狀況的影響

一相或兩相斷線(xiàn)故障，導(dǎo)致原有的平衡狀態(tài)被打破，對(duì)配電變壓器和低壓網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

目前因配電變壓三相負(fù)荷不平衡引起的年附加損失電量為6 722萬(wàn)kW·h，農(nóng)網(wǎng)情況較為嚴(yán)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(xiàn)，使負(fù)荷不能均衡分配，故解決的措施應(yīng)以增加投資、實(shí)施低壓網(wǎng)改造為主。供電配變?nèi)嗖黄胶庹{(diào)整應(yīng)充分利用用電采集系統(tǒng)中三相不平衡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以加強(qiáng)監(jiān)測(cè)次數(shù)，縮短監(jiān)測(cè)周期，增加調(diào)整次數(shù)為主。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)三相不平衡率，降低線(xiàn)損，實(shí)現(xiàn)配電線(xiàn)路安全、高效運(yùn)行。

［1］汪衛(wèi)華，藍(lán)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(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，15（3）：28－30.

［2］溫建春，韓學(xué)山，張利.一種配電網(wǎng)理論線(xiàn)損計(jì)算的改進(jìn)算法［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2008，14（4）：45－47.

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