配电变压器三相不平衡计算与损耗计算.doc

1、三相不平衡损耗计算 农村低压电网改造后低压电网结构发生了很大的变化，电网结构 薄弱环节基本上已经解决，低压电网的供电能力大大增强，电压质量 明显提高，大部分配电台区的低压线损率降到了 10%以下，但仍有个 别配电台区因三相不平衡负载等原因而造成线损率居高不下，给供电 管理企业特别是基层供电所电工组造成较大的困难和损失，下面针对 这些情况进行分析和探讨。 一、原因分析 在前几年的农网改造时，对配电台区采取了诸如增添配电变压 器数量，新增和改造配电屏，配电变压器放置在负荷中心，缩短供电 半径，加大导线直径，建设和改造低压线路，新架下户线等一系列降 损技术措施，也收到了很好的效果。但是个别台区线损率

2、仍然很高， 针对其原因，我们做了认真的实地调查和分析，发现一些台区供电采 取单相二线制、二相三线制，即使采用三相四线制供电，由于每相电 流相差很大,使三相负荷电流不平衡。从理论和实践上分析，也会引起 线路损耗增大。 二、理论分析 低压电网配电变压器面广量多，如果在运行中三相负荷不平衡， 会在线路、配 电变压器上增加损耗。因此，在运行中要经常测量配电 变压器出口侧和部分主干线路的三相负荷电流，做好三相负荷电流的 平衡工作，是降低电能损耗的主要途经。 假设某条低压线路的三相不平衡电流为 IU、IV、IW，中性线电 流为 IN，若中性线电阻为相线电阻的 2 倍，相 线电阻为 R，则这条线 路的有功损

3、耗为 P1=（I2UR+I2VR+I2WR+2I2NR）10-3 （1） 当三相负荷电流平衡时，每相电流为（IU+IV+IW）/3 ，中性 线电 流为零，这时线路的有功损耗为 P2=2R10-3 （2） 三相不平衡负荷电流增加的损耗电量为 P=P1-P2=（I2U+I2V+I2W-I2UI2V- I2VI2W+I2WI2U+3I2N）R10-3（3） 同样,三相负荷电流不平衡时变压器本身也增加损耗,可用平衡 前后的负荷电流进行计算。由此可见三相不平衡负荷电流愈大，损耗 增加愈大。 三相负荷电流不平衡率按下式计算 K=100 （4） 代表平均电流 一般要求配电变压器出口三相负荷电流的不平衡率不大

4、于 10%，低 压干线及主要支线始端的三相电流不平衡率不大于 20%。可 见若不平衡，线损可能增加数倍。据了解，目前农村单相负荷已成为 电力负荷的主要方面，农村低压线路虽多为三相四线，但很多没有注 意到把单相负荷均衡的分配到三相电路上，并且还有一定数量的单相 两线、三相三 线制供电。按一般情况平均测算估计，单相负荷的线损 可能增加 24 倍，由此可知，调整三相负荷平衡用电是降损的主要 环节。 三、现场调查分析、 试验情况 实践是检验真理的标准，理论需要在实践中验证。2004 年我们在 庄寨供电所检查分析个别台区线损率高的原因,发现庄寨供电所杨小 湖配电台区损耗严重,我们重点进行了解剖分析: 该

5、台区配电变压器容量为 100kVA，供电半径最长 550m，由上 表得该配变台区 267 户用电量 12591kWh，没有大的动力用户，只 有 1 户轧面条机，户均月用电 46.98kWh，低 压线损一直 17%左右， 用钳流表测量变压器出口侧 24h 电流平均值为： IU=9A,IV=15A,IW=35A,IN=21A。 三相负荷电流不平衡率计算为： K=100%= 100%=35.59%（5） 由（5）式看出三相不荷严重不平衡，超出规定范围的 25%。为此, 我们组织农电工用两天时间（5 人 2 天）对该台区三相电流负荷进行 调整，调整后在变压器出口侧进行测量,用钳流表测量 24 小时电流

6、平 均值为：IU=18A,IV=21A,IW=24A,IN=4A。 此时三相负荷电流不平衡率为： K=100%= 100%=6.34%（6） 由（6）式得出配电变压器出口三相负荷电流不平衡率已经降低 10%以下，不平衡率已达到合理范围之内。 在运行 10 天后计算线损率降为 9.35%，降低 8.55 个百分点，效 果之佳令人震惊！ 从上表可以看出,该村自调平三相负荷电流后，线损率明显下降， 到目前已稳定在 9%左右。 此后，陆续对几个配电台区负荷进行调整,也都收到了较好的降 损效果。 四、结论 综上所述，根据对我县几个配电台区进行三相负荷电流调整实地 调查分析情况来看，个别配电台区低压线损较

7、高的原因主要是由于三 相负荷电流不平衡所引起。从实验结果表明，以前没有搞过三相负荷 电流平衡的配电台区，粗调可现有基础上降损 20%30%，细调降损 40% 50%，不需花钱仅费几天功夫能取得如此好的效果，目前此方 法已得到推广应用，并取得了很大的经济效益。 线损理论计算是降损节能，加强线损管理的一项重要的技术管理 手段。通过 理论计算可发现电能损失在电网中分布规律，通过计算分 析能够暴露出管理和技术上的问题，对降损工作提供理论和技术依据， 能够使降损工作抓住重点，提高节能降损的效益，使线损管理更加科 学。所以在电网的建设改造过程以及正常管理中要经常进行线损理论 计算。 线损理论计算是项繁琐复

8、杂的工作，特别是配电线路和低压线路 由于分支线多、负荷量大、数据多、情况复 杂 ，这项工作难度更大。线 损理论计算的方法很多，各有特点，精度也不同。这里介绍计算比较 简单、精度比 较高的方法。 理论线损计算的概念 1输电线路损耗 当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。 (1)单一 线路有功功率损失计算公式为 PI2R 式中P-损失功率， W； I-负荷电流， A； R-导线电 阻， (2)三相 电力 线路 线路有功损失为 PPA 十PB 十PC3I2R (3)温度 对导线电 阻的影响： 导线电阻 R 不是恒定的，在电源频率一定的情况下，其阻值 随导线温度的变化而变化。 铜铝导线电阻

9、温度系数为 a0.004。 在有关的技术手册中给出的是 20时的导线单位长度电阻值。 但实际运行的电力线路周围的环境温度是变化的；另外；负载电流通 过导线电阻时发热又使导线温度升高，所以导线中的实际电阻值，随 环境、温度和负荷电流的变化而变化。为了减化计算，通常把导线电 阴分为三个分量考虑： 1）基本电阻 20时的导线电阻值 R20 为 R20=RL 式中 R-电线电阻率，/km，; L-导线长度， km。 2）温度附加电阻 Rt 为 Rt=a（tP20）R20 式中 a-导线 温度系数， 铜、铝导线 a=0004； tP-平均环境温度，。 3）负载电流附加电阻 Rl 为 Rl= R20 4）

10、线路实际电阻为 R=R20+Rt+Rl （4）线路电压降U 为 U=U1U2=LZ 2配电变压器损耗(简称变损)功率PB 配电变压器分为铁损(空载损耗)和铜损( 负载损耗) 两部分。铁损 对某一型号变压器来说是固定的，与负载电流无关。铜损与变压器负 载率的平方成正比。 配电网电能损失理论计算方法 配电网的电能损失，包括配电线路和配电变压器损失。由于配电 网点多面广，结构复杂，客户用电性质不同，负载变化波动大，要起模 拟真实情况， 计算出某一各线路在某一时刻或某一段时间内的电能损 失是很困难的。因为不仅要有详细的电网资料，还在有大量的运行资 料。有些运行资料是很难取得的。另外，某一段时间的损失情

11、况，不能 真实反映长时间的损失变化，因为每个负载点的负载随时间、随季节 发生变化。而且这样计算的结果只能用于事后的管理，而不能用于事 前预测，所以在进行理论计算时，都要对计算方法和步骤进行简化。 为简化计算，一般假设： （1）线路总电流按每个负载点配电变压器的容量占该线路配电变 压器总容量的比例，分配到各个负载点上。 （2）每个负载点的功率因数 cos 相同。 这样，就能把复杂的配电线路利用线路参数计算并简化成一个等 值损耗电阻。 这种方法叫等值电阻法。 等值电阻计算 设：线路有 m 个负载点，把线路分成 n 个计算段，每段导线电阻 分别为 R1，R2，R3，Rn， 1基本等值电阻 Re 3负

12、载电流附加电阻 ReT 在线路结构未发生变化时，Re、ReT、Rez 三个等效电阻其值不变， 就可利用一些运行参数计算线路损失。 均方根电流和平均电流的计算 利用均方根电流法计算线损，精度较高，而且方便。利用代表日 线路出线端电流记录，就可计算出均方根电流 IJ 和平均电流 IP。 在一定性质的线路中，K 值有一定的变化范 围。有了 K 值就可 用 IP 代替 IJ。IP 可用 线路供电量计算得出， 电能损失计算 （1）线路损失功率P（ kW） P=3（KIP）2（Re+ReT+ReI）10-3 如果精度要求不高，可忽略温度附加电阻 ReT 和负载电流附加 电阻 ReI。 （2）线路损失电量W

13、 （3）线损率 （4）配电变压器损失功率PB （5）配电变压器损失电量WB （6）变损率 B （7）综合损失率为 + B。 另外，还有损失因数、负荷形状系数等计算方法。这些计算方法 各有优缺点，但计算误差较大，这里就不再分别介绍了。 低压线路损失计算方法 低压线路的特点是错综复杂，变化多端，比高压配电线路更加复 杂。有单相供 电， 33 相供电， 34 相供电线 路，更多的是这几种线 路的组合。因此，要精确 计算低压网络的损失是很困难的，一般采用 近似的简化方法计算。 简单线路的损失计算 1单相供电线路 （1）一个负荷在线路末端时： （2）多个负荷时，并假设均匀分布： 233 供电线路 （1）

14、一个负荷点在线路末端 （2）多个负荷点，假设均匀分布且无大分支线 334 相供电线路 （1）A、B、C 三相负载平衡时，零线电流 IO=0，计算方法同 33 相线路。 由表 6-2 可见，当负载不平衡度较小时，a 值接近 1，电能损失与 平衡线路接近，可用平衡线路的计算方法计算。 4各参数取值说明 （1）电阻 R 为线路总长电阻值。 （2）电流为线路首端总电流。可取平均电流和均方根电流。取平 均电流时，需要用修正系数 K 进行修正。平均 电流可实测或用电能表 所计电量求得。 （3）在电网规划时，平均电流用配电变压器二次侧额定值，计算 最大损耗值， 这时 K=1。 （4）修正系数 K 随电流变化

15、而变化，变化越大，K 越大；反之就小。 它与负载的性质有关。 复杂线路的损失计算 04kV 线路一般结构比较复杂。在三相四线线 路中单相、三相负 荷交叉混合，有较多的分支和下户线，在一个台区中又有多路出线。 为便于简化，先对几种情况进行分析。 1分支对总损失的影响 假设一条主干线有 n 条相同分支线，每条分支线负荷均匀分布。 主干线长度为 。 则主干电阻 Rm=roL 分支电阻 Rb=ro 总电流为 I，分支总电流为 Ib=I/n （1）主干总损失Pm （2）各分支总损失Pb （3）线路全部损失 （4）分支与主干损失比 也即，分支线损失占主干线的损失比例为 /nL。一般分支线小于 主干长度，

16、/nL1/n 2多分支线路损失计算 3等值损失电阻 Re 4损失功率 5多线路损失计算 配变台区有多路出线（或仅一路出线，在出口处出现多个大分支） 的损失计算。 设有 m 路出线，每路负载电流为 I1，I2，Im 台区总电流 I=I1+I2+Im 每路损失等值电阻为 Re1，Re2，Rem 则 P=P1+ P2+Pm=3（I21Re1+I22Re2+I2mRem） 如果各出线结构相同，即 I1=I2=Im Re1=Re2=Rem 6下户线的损失 主干线到用各个用户的线路称为下户线。下户线由于线路距离短， 负载电流小，其电能损失所占比例也很小，在要求不高的情况下可忽 略不计。 取：下户线平均长度

17、为 ，有 n 个下户总长为 L，线路总电阻 R=roL，每个下 户线的负载电流相同均为 I。 （1）单相下户线 P=2I2R=2I2roL （2）三相或三相四线下户 P=3I2R=3I2roL 电压损失计算 电压质量是供电系统的一个重要的质量指标，如果供到客户端的 电压超过其允许范围，就会影响到客户用电设备的正常运行，严重时 会造成用电设备损坏，给客户带来损失，所以加强电压管理为客户提 供合格的电能是供电企业的一项重要任务。 电网中的电压随负载的 变化而发生波动。国家规定了在不同电压等级下，电压允许波动范围。 国电农（1999）652 号文对农村用电电压做了明确规定： （1）配电线路电压允许波

18、动范围为标准电压的7%。 （2）低压线路到户电压允许波动范围为标准电压的10%。 电压损失是指线路始端电压与末端电压的代数差，是由线路电阻 和电抗引起的。 电抗（感抗）是由于导线中通过交流电流，在其周围产生的高变磁 场所引起的。各种架空线路每千米长度的电抗 XO（/km），可通过计 算或查找有关资料获得。表 6-3 给出高、低压 配电线路的 XO 参考值。 三相线路仅在线路末端接有一集中负载的三相线路，设线路电流 为 I，线路电阻 R，电抗 为 X，线路始端和末端电压分别是 U1，U2，负 载的功率因数为 cos 。 电压降=1-2=IZ 电压损失是 U1、U2 两相量电压的代数差U=U1-U

19、2 由于电抗 X 的影响，使得 1 和 2 的相位发 生变化，一般准确计 算U 很复杂，在计算时可采用以下近似算法： U=IRcos +Xsin 一般高低压配电线路 该类线路负载多、 节点多，不同线路计算 段的电流、 电压降均不同，为便于计算需做以下简化。 1假设条件 线路中负载均匀分布，各负载的 cos 相同，由于一般高低压配电 线路阻抗 Z 的 cos Z=080 95，负载的 cos 在 08 以上，可以用 代替U 进行计算。 2电压损失 线路电能损失的估算 线路理论计算需要大量的线路结构和负载资料，虽然在计算方法 上进行了大量的简化，但计算工作量还是比较大，需要具有一定专业 知识的人员

20、才能进行。所以在资料不完善或缺少专业人员的情况下， 仍不能进行理论计算工作。下面提供一个用测量电压损失，估算的电 能损失的方法，这种方法适用于低压配电线路。 1基本原理和方法 （1）线路电阻 R，阻抗 Z 之间的关系 （2）线路损失率 由上式可以看出，线路损失率 与电压损失百分数 U%成正比， U%通过测 量线路首端和末端电压取得。k 为损失率修正系数，它与 负载的功率因数和线路阻抗角有关。表 6-4、表 6-5 分别列出了单相、 三相无大分支低压线路的 k 值。 在求取低压线路损失时的只要测量出线路电压降U，知道负载 功率因数就能算出该线路的电能损失率。 2有关问题的说明 （1）由于负载是变化的，要取得平均电能损失率，应尽量取几个 不同情况进行测量，然后取平均数。如果线路首端和末端分别用自动 电压记录仪测量出一段时间的电压降。可得到较准确的电能损失率。 （2）如果一个配变台区有多路出线，要对每条线路测取一个电压损失 值，并用该线 路的负载占总负载的比值修正这个电压损失值，然后求 和算出总的电压损失百分数和总损失率。 （3）线路只有一个负载时，k 值要进行修正。 （4）线路中负载个数较少时，k 乘以（1+1/2n），n 为负载个数