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三相电流不平衡对低压配电网线损影响分析
作者：邱新福 张安莉
来源：《科技视界》2013年第30期
【摘 要】低压配电网三相电流不平衡运行在中低压配电网产生的附加损耗。本文通过引入不平衡度，分析了配电网线路、配电变压器的电能损耗与三相电流不平衡度的关系，并探讨了降低中低压配电网线损的对策措施。 【关键词】配电网；线损率；不平衡度 0 引言
我国电网经过“十一五”快速发展，大部分地区主网架日趋完善，但配电网发展仍相对滞后，供电瓶颈依然存在。主配网发展的不平衡以及配电网基础管理相对薄弱，使得当前大部分地区主网网损基本趋于一个相对较合理水平，但配电网网损相对较大，供电企业主要降损空间在配电网网损。目前，我国城乡配电网大量采用了三相四线制接线方式，且配电变压器为Y/Y0接线，存在很多的单相负载，因此配电变压器及配电线路三相不平衡运行是不可避免的。在这种不对称运行状况下产生的附加损耗也给配电网网损带来不容忽视的影响。下面就对配电变压器及配电网线路在不对称运行状况下运行分别进行线损讨论分析，给出相关消除影响措施。
1 负荷电流不平衡度概念引入
为便于研究三相不平衡对损耗增加的关系，现引入负荷电流不平衡度β和功率损耗增加量系数K、三相负荷电流不平衡时线损增加率ρ。 相不平衡度概念： βФ=（IФ-Iav）/Iav×100% 其中：IФ指的是相电流
Iav——三相平均负荷电流，且Iav=（IA+IB+IC）/3
IФ=（1+βФ）Iav，IФ由于取值范围为0～3Iav，所以βФ范围是-1～2，且存在以下关系：
βA+βB+βC=0 K=Punb/Pb
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ρ=（Punb-Pb）/Pl×100%
式中：Punb——三相负荷不平衡时，单位长度线路上的功率损耗 Pb——三相负荷平衡时，单位长度线路上的功率损耗 2 配网线路不平衡分析
目前，我国配电网大多采用三相四线制接线方式如图1所示： 图1 三相四线制接线方式图
IA、IB、IC、IO分别为三相线路及中性线电流
三相不平衡时，各相的负荷电流不相等，就在相间产生了不平衡电流，这些不平衡电流除了在相线上引起电能损耗外，还将在中性线和配变上引起损耗，增加了总的电能损耗。 假定三相四线制线路的单位长度相线电阻为R，单位长度中性线电阻为2R（一般中性线截面为相线截面的一半）
则三相不平衡时，相线的功率损耗为：
Punbl=[（1+βA）2+（1+βB）2+（1+βC）2]Iav2R （1） 中性线电流为
IO=（1+βA）Iav+（1+βB）（-■-j■）Iav+（1+βC）（-■+j■）Iav （2） IO2=[（βA-■βB-■βC）2+（■βC-■βB）2]Iav2
整理得：IO2=（βA2+βB2+βC2-βAβB-βBβC-βCβA）Iav2 （3） 中性线上的损耗为 PO=IO22R 所以线路总损耗为
Punb=Punbl+PO=（3+3βA2+3βB2+3βC2-2βAβB-2βBβC-2βCβA）Iav2R （4） 下面分三种情况讨论三相负荷不平衡时，线路损耗情况
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1）一相负荷重，两相负荷轻
假设A相负荷重， B、C相负荷轻，即βA=β，βB=βC=-β/2 IA=（1+β）×Ib=（1+β）×I IB=IC=（1-β/2）×Ib=（1-β/2）×I
在三相相位对称情况下，由（2）式得中性线电流为：IO=3/2βIb=3/2βI，由（4）式得单位长度线路上的功率损耗：
Punb=IA2R+IB2R+IC2R+IO2R=3I2R+6β2I2R
它与三相负荷平衡时单位长度线路上的损耗比值，称为功率损耗增量系数，其值为K， K1=Punb/Pb=1+2β2 （5） 2）两相负荷重，一相负荷轻 即βA=-2β，βB=βC=β IA=（1-2β）×Ib=（1-2β）×I IB=IC=（1+β）×Ib=（1+β）×I
在三相相位对称情况下，由（2）式得中性线电流为：I0=3βI。这时，由（4）式得单位长度线路上的功率损耗为：
Punb=IA2R+IB2R+IC2R+IO2R=3I2R+24β2I2R K2=Punb/Pb=（3I2R+24β2I2R）/3I2R=1+8β2 （6） 3）一相负荷重，一相负荷轻，第三相负荷为平均负荷
假设A相负荷重，B相负荷轻，C相负荷为平均负荷，即βA=β，βB=-β，βC=0 显然，IA=（1+β）I，IB=（1-β）I，IC=I
在三相相位对称情况下，由（2）式得中性线电流为：IO2=3βIb=3βI，IO=■βI。时，由（4）式得单位长度线路上的功率损耗为： Punb=IA2R+IB2R+IC2R+IO2R=3I2R+8β2I2R