摘 要：农村配变台区三相负荷普遍存在严重不平衡现象，导致中性线上损偏高。低压线路三相负荷不平衡时线路线损率是三相平衡的3.67-9倍。针对用电高峰、季节性变化，对配电变压器低压出口电流及低压主干线，支线电流进行测试，了解负荷变化情况，及时调整三相负荷，保持三相负荷平衡，降低技术线损。配电台区三相平衡管理是有效降低压线损管理手段，是投入最少的合理降损的办法，从而节能降损。
关键字：农村低压电网，线损，三相负荷
线损管理工作是一项复杂的系统工程，每一个电压等级的线损管理都有不同的侧重点，农村低压线损管理作为县级供电企业线损管理的最后一个环节，也是加强线损管理的一项工作重点，要想降低综合线损率必须加强农村低压线损管理。现就农村低压线损管理体会与大家交流，降损——关注三相负荷不平衡。目前由于农村低压电网三相负荷不平衡造成线损增加，配电台区三相负荷不平衡问题十分突出。下面我从农村低压电网三相负荷不平衡对线损的影响，对设备的危害、及三相不平衡形成和改善谈一点认识。
1 三相负荷不平衡对线损的影响分析
1.1 三相负荷不平衡造成低压线路电能损耗增大
低压配电线路有三相四线制、三相三线制、单相二线制等供电形式，线路交错繁杂，各相电流不平衡，沿线负荷分布没有一定规律，并且缺乏完整的线路参数和负荷资料，所以要准确地计算线路损耗是比较困难的，目前利用电流或者电压的不平衡度结合电流电压的向量计算在实际情况下比较复杂同时在实际应用中也不太切实可行，笔者在本文中利用一种简单近似的方法推导出因为的对低压配网的损耗影响，以目前低压配网常见的三相四线制的接线方式分析，
设定3相负荷平衡下3相负荷为3P
负载=PA+PB+PC=3P （PA=PB=PC=P），此时的线路损耗为设定P损耗=IA2R+IB2R+IC2R=3IA2RA=3P2/U2 （IA=IB=IC=I，RA=RB=RC=R）
假设三相负荷出现最严重偏相的情况下，即出现二相缺相运行，假设所有负荷接在C相的情况上运行，同时认为每个电气节点的电压相等
P损耗，=IC，2 *R=（3P/U）2 *R=9P2/U2 *R=9P
可以推出当出现负荷最严重偏相时，低压线路的损耗增加了6倍。
目前由于低压电网的3相负荷分布不均的现象比较普遍，负荷分配的实时变化很大，所以如果引入实际情况下的电流、电压的矢量值计算非常烦琐，而且意义不大，笔者在这里引入一种平均不平衡度的计算，在正常的误差范围内，可以说明负荷分配的不平衡对电网低压线路的损耗变化的影响，设定三相负荷为PA、PB、PC，三相的平均负荷为Pav为（PA+PB+PC）/3，假定各相功率因数相同, 每个电气节点的电压相等，三相的负荷的平均不平衡度对应为△A、△B、△C，（△A=（PA-Pav）/ Pav的差值）
相线的功率损耗为：
P损耗=IA2*R+IB2*R+IC2*R
=[Pav（1+△A）/ U]2*R+[Pav（1+△B）/ U]2*R+[Pav（1+△A）/ U]2*R
=（U/R）2*Pav2[（1+△A）2+（1+△B）2+（1+△A）2]
=（Pav*U/R）2 *[（1+△A）2+（1+△B）2+（1+△C）2]
因为△A+△B+△C=0，所以
P损耗=（Pav*U/R）2 *[3+△A2+△B2+△C2]，对此我们可以通过负荷实际测量出A、B、C的实际负荷数值推出配变台区的相线低压损耗。
此外，在三相系统中每个相线对星形接法的中点电压间有120°的相位移动，故当每相的负荷相等时，在零线上的电流为零。当三相负荷不均衡时，零线电流等于3相不平衡电流的矢量和，在抵消基波电流后的不平衡电流流入零线，由于谐波的影响，零线电流可以达到相线电流的1.5倍。此零线电流在零线回路造成的损耗在低压线路损耗中也占有一定的比例。
1.2.三相负荷不平衡造成配变自身电能损耗增大
配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行，在低压侧产生零序电流。对于Y/Y0接线的配电变压器来说，变压器高压侧无中性线，所以高压侧无零序电流，低压侧零序电流产生的零序磁通就不能和高压侧相互抵消。所以，零序磁通将从通过配电变压器的铁心、油箱壁等钢铁构件中，因为铁心等构件本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会产生感应电动势，这个电动势形成闭合回路并产生电流，使变压器的损耗增加,这也就是常讲的变压器的铁损增加了。目前虽然由于三相负荷不平衡造成配变自身电能损耗在整个配电网中损耗不是太大，但是也不能忽视。
2 农村低压电网三相负荷不平衡的危害
2.1降低配变寿命
大家知道当变压器在三相平衡负载下运行时：Iu=Iv=Iw=I，Qu＋Qv＋Qw=3I2R；但变压器在不平负衡负载下运行确存在诸多危害，对配变的危害主要有：
①假设变压器在最大不平负衡负载下运行，即Iu=3I时，变压器负荷相电流是在平衡负载下运行的3倍。此时，很可能造成变压器绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，加速油质劣化，变压器的绝缘性能迅速降低。随之带来的是配变寿命的降低（有资料显示变压器温度每升高8℃，使用年限将缩短近50%），变压器长期在不平负衡负载下运行还可能造成绕组烧毁。
②在三相负荷载不平衡条件下运行的变压器，必然会产生较大零序电流，而变压器内部零序电流，势必在铁心中产生零序磁通，零序磁通在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器的这些金属构件均为非导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常，严重时将导致变压器运行事故。
2.2 导致10kV线路跳闸增加
我们知道10kV线路主保护多为过流保护，当低压电网三相负荷严重不平衡时，将引起10kV某相电流过大，线路过流保护动作跳闸，导致停电次数增加，同时变电站的开关设备频繁动作也将降低其使用寿命。
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2.3 ①烧断低压导线：在三相四线制系统中，理想状态是负荷平均分配到三相上，即每相的电流为I，中性线电流为零。假设在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零时，中性线电流也为3I，也就是说线路在最大不平负衡载下运行时，线路的相电流是在平衡负载下运行的3倍。由发热量Q＝0.24I2Rt，知电流增为3倍，发热量增9倍，最大电流相导线温度直线上升，致使导线连接处、薄弱处烧断，酿成线路断线事故。同理，由于三相负荷严重不平衡造成中性线电流增大（中性线导线截面一般应按相线截面的50%~70％选择），严重发热，直至烧断。
②烧毁低压设备：我们知道低压配电屏配置的电气设备过载能力都较低，加上导线与设备的连接不规范，由于三相负荷不平衡造成空气断路器或交流接触器动作造成停电，甚至重负荷相损伤、整机损坏等后果。
2.4 影响客户的生产、生活质量
三相负荷不平衡，一旦一相或两相畸重，必然引起线路中的电压变化，降低电能质量，影响用户的生产、生活质量。这些众所周知的道理，在此就不必赘述了。
农村低压电网三相负荷不平衡危害如此之严重，危及如此之广，那么形成的原因有哪些呢？
3 形成三相负荷不平衡的原因
农村低压电网三相负荷失衡的原因，站在不同的角度，可能会找出不同的原因，但归结起来主要原因有三。
3.1 农网改造规划设计的原因
“两改一同价”主要是解决农村农民“用上电、用好电、用起电”的问题，因当时起步快、规模大、任务重、时间紧，加上资金有限，为了解决某一自然村的用电问题，一般多采用单相两线供电，尤其是在村民居住比较分散区域的台区，单相两线线路总长度大于400V线路总长度的现象屡见不鲜，农村低压电网三相负荷平衡问题基本没有考虑，或者说就没有考虑，从改造后台区投运的那一刻起，就或多或少的存在着农村低压电网三相不平衡的问题。
3.2 运行管理理念滞后造成的
经过农村电网改造，农村低压线路虽然仍多为三相四线制，但单相两线线路的增加了，这一看似简单的变化，没有被足够重视，更谈不上运行管理理念更新，在运行管理中，仍然沿袭网改前的管理经验或方法。如：为了完成低压线损考核指标，对于只有单相负荷且较小的三相四线线路，采用单相两线供电，进一步加重了三相不平衡度。
3.3 农村负荷构成发生巨变带来的
近年来，党的惠农政策不断增加和落实，农村经济飞速发展，使得农民生活普遍提高，农村用电负荷发生巨大的变化，主要表现在两个方面。
首先单相负荷成为农村村镇用电的主要负荷。随着农村经济的发展及种地“一免两补”和义务教育“两免一补”政策的落实，农民手头宽裕了，除家庭照明、视听、小水泵等常规电器增多外，大量的中、高档、大功率（多在800～2000kW）的空调、电暖器、电磁灶、微波炉、电热水器、电水壶等，已进入寻常百姓家，单相负荷激增；另一方面，随着人们对新的生活方式的追求，方便食品（如方便面、挂面）在农村销售量增多，馒头加工、面条面皮加工专业化了，农副业加工减少了，农村用电单相负荷已成为农村村镇用电的主要负荷。据调查，农村用电单相负荷：在经济欠发达农村占到50%～60％，一般地区占总负荷的70％以上，个别富裕村镇高达到90％。在单相负荷急剧增长的情况下，若仍沿袭“单相负荷中间接（三相四线接中间两根）、下线方便不出错”的接线方式，不注意三相平衡，势必造成低压电网的三相不平衡度更大，低压电网技术状况更差。
其次农村村镇用电负荷不再是电阻性负荷的家天下。我们知道负荷分电阻性、电感性和电容性三种，但几乎所有的家用电器上标注都是有功功率，单按铭牌功率去接线，就很难实现理想的三相平衡，即中性线电流接近零。
如某三相四线供电线路，测得相电压UU=UV=UW=220V，IU=IV=4A，IW=3.2A，IN=4.2A。
为了验证IN的值，测得各相负荷的相位｜ΦU｜=｜ΦV｜=40°，ΦW=0°，则ZU和ZV中必有一相为感性，一相为容性。设ZU为感性，ZV为容性。
IU＋IV｜=2cos20°IU=7.5A
则IN=｜IU＋IV＋IW｜=4.3A，理论计算和仪表测量结果基本吻合，说明中性线电流大确因三相负荷的性质不同所引起。
以上，我们分析了农村低压电网三相负荷不平衡原因，尤其是管理意识滞后和负荷巨变，是我们需要进一步探讨和解决的问题。经验告诉我们：“找出问题产生的原因，问题就解决了50%。”相信各位同仁有许多行之有效的方法，笔者在此谈谈一点不成熟的想法与诸位探讨。
4 如何解决三相不平衡
4.1 坚持就地平衡或就近平衡，向精细化管理要平衡
把单相用电户分类，均衡地分配到三相上；
（2）对较大户（如学校、村委等），要实现客户内部三相平衡；
（3）摸清客的单相动力负荷接在哪一相，参与调整；
（4）认真调查、收齐（全）资料、图表结合,规划调平三相负荷。
4.2 勤观察、多测量
在做好就地、就近平衡的基础上，勤观察台区负荷的变化，多测量并做好记录，从中找出规律性的东西，拟订平衡方案，调整负荷分布以期达到:配电变压器出口三相电流不平衡度小于10％，中性线电流不超过低压侧额定电流的25％，低压主干线及主要分支线的首端三相电流不平衡度小于20％。
4.3 关注负荷突变、关注用电节变化
随着用户负荷增加或季节变化，及时调查、规划、调平，不断提高三相平衡度。4.4 关注中性电流
过去我们在强调三相平衡时，中性线电流大小一般较少关注。在调整三相负载平衡时，既要着眼三相功率平衡又要重视中性线电流。
4.5 充分调动农电工的积极因素
解决农村低压电网三相负荷平衡问题说到底，首先要解决人的问题。就是要把农电工从低压线损指标考核的巨大压力下解脱出来，就是要提高农电工解决问题的能力——把农电工的技能培训工作提到重要议事日程上来。让他们有精力、有能力把农村低压电网三相负荷平衡问题解决好。
参考文献：
1 《农村电工》
2 《电力需求侧管理》
论文作者:程斌
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2018年12期
论文发表时间:2019/1/2
标签：负荷论文; 低压论文; 不平衡论文; 电流论文; 变压器论文; 农村论文; 电网论文; 《中国电气工程学报》2018年12期论文;