低压三相不平衡线损计算分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

低压三相不平衡线损计算分析

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：武三辉

[导读] 摘要：在低压配电系统中，额外损耗巨大，而且大部分没有办法详细统计，而且多数情况下的计算中，基本没有考虑电网三相不平衡工作的情况，故得到的计算结果与实际情况不尽相符，这就导致配网运行的经济成本居高不下。

        中铁二十四局集团上海电务电化有限公司上海市 200071
        摘要：在低压配电系统中，额外损耗巨大，而且大部分没有办法详细统计，而且多数情况下的计算中，基本没有考虑电网三相不平衡工作的情况，故得到的计算结果与实际情况不尽相符，这就导致配网运行的经济成本居高不下。由此本人根据常州站配电线路的运行特点，着力点放在三相不平衡的线损方面，然后通过查阅文献、咨询老师、详细计算和分析，把传统算法进行改进，并和传统算法进行对比，力求使计算精度更高、更符合实际情况。
        众所周知配电网高密度的负荷、安全可靠的特点决定了其是电力系统的重要组成之一，而因其用电量大、对电能质量要求高又是电力系统主要的负荷中心。常州站作为一个运行多年的老站，其各种额外损耗巨大，配电设备老化严重，正赶上沪宁城际铁路建造，故将原35KV配电所进行了迁移改造，但是其他终端配电设备因其处于运行当中所以没有更换。在此背景下，本文依据常州站配电线路运行特点，对其损耗进行了分析研究，并着力在三相不平衡的线损方面，首先计算出理论线损值，分析低压配电网线损的构成，依据分析制定相应的降损方案的重要依据，并且有利于规划配电网的最优化方案，并有助于降低能耗，从而提高的效益。但是目前很难准确计算出低压配电网线损的原因，只能依据现有的数据进行分析，尽可能的找出相应的解决办法。在常见的配电线路中，三相不对称运行是造成低压配电网线损产生的重要原因之一，但是产生线损的诱因繁多，而且线路终端用户的用电设备多为单相负荷，且具有很大的随机性和增容性，不容易被量化进行计算，因此三相不平衡造成的线损迄今还没有得到有效的解决。
        关键词：低压配电；三相不平衡；计算与分析
        1 传统的低压配电网理论线损计算方法
        传统中主要针对的是线损分析研究和相应的降损措施，比如重构配电网络、对电网进行无功优化、选择合适的补偿电容容量和安装位置等，都是以降低线损为目的。这些措施中涉及的线损的计算问题大部分都转化为了有功功率损耗和无功功率损耗问题，然后在采用传统计算法来计算。而简单线损的计算，大多都是采用潮流计算法，其中有前推回代潮流算法、损耗功率累加法、动态潮流法。但是在实际情况的电力网线损的计算中这些方法都显示出来明显的不足，这些理论不符合实际情况。
        虽然传统多种方法都能比较方便的算出配电网线损，但是他们的适用配电网电压比较大，通常适用于35kV及以上。在深入的研究就得到了并咨询了相关专家和老师得到了等值电阻法，该方法不仅精确度高，符合实际情况，而且在配电网电压适用范围小，可以在10kV电压和10kV以下运用计算。
        2 改进的低压配电网理论线损计算方法
        线损率，即线路损失率，指的是线损电量所占电网的供电量的比重，计算公式如下：

        是衡量电网线路损耗损多少的标志，同时也是综合反映电力网的电能生产操作运行过程，规划设计方案、管理水平的主要指标。传统的对低压配电网线损的计算中并没有考虑低压配电网三相不平衡对线损的影响，如在以上的计算方法基础上进行改进，把三相不平衡度因素考虑在内，便会使得线路损耗的计算值更能接近真实值。
        在电力系统实际运行的过程中，三相的运行角度一般是不对称的，而且三相负荷的数量和大小也是不相等的。故三相平衡时的配电网线损不准确，为了阐述三相不平衡的程度与低压配电网线路损耗的关系，提出了三相不平衡度：

        其中， ——负荷电流的平均值，其计算公式为：

         ——相电流，可由的计算公式得出，各相电流为：

        低压配电网线路三相负荷不对称时，三相电流不相等，从而由于相间磁通不对称而引起不平衡电流的产生，这些不平衡电流不仅在A，B，C 相线上产生比三相平衡时多的损耗，而且也会致使中性线因不平衡而有电流进而产生的线损，从而增加了配电网总的线损。
        依照三相不平衡度的概念公式，一般情况下三相不平衡度的值是恒定不变的，即在计算出某一特定时间的线损和不平衡度的数值后，再计算其它时刻的线路损耗时都用该已算出的不平衡度的值，这与实际不相符。为了更精确地计算低压配电网线损，应该用时刻处于变化的函数关系式来表示三相不平衡度，

        公式中， ——某个时间段；
          ——在t时刻的三相中的某相的电流值；
          ——该相电流在T时段内的平均电流值。
        清晰准确地体现出各相不平衡度对低压配电网线损的影响，求得线损增加率：

        得到改进的等值电阻法的低压配电网线损的最终计算式：

        式中，K ——表示线路电流负荷曲线特征系数，K值按理论计算值表选用。
        n ——代表抄记日负荷电流的次数；
          ——某一时刻的平均负荷电流；
          ——等值电阻；
          ——瞬时三相不平衡度；
        T ——表示当月用电时间。
                         负荷曲线形状系数K值表

        以常州站0.38kV的低压配电网的24个小时数据为例，分别用前面介绍的两种等值电阻法对低压配电网三相不平衡理论线损进行了计算和分析。
        设该低压配变台区电网的功率因数为0.9，2009.1.4日这天的总电量为483kWh，线路运行时间按24小时计算，计算所用的相电压U为0.38kV。
        由以上数据可得出线路平均负荷电流为：

                                 分表的电量值

        注：N是电箱号，W是电量。
        由表数据可得：

        由以上数据可得出线路平均负荷电流为：

        由等值电阻的计算公式可求出等值电阻为：

        表中的数据是由负荷监测仪实时采集的，还可以记录保存三相电流值，可根据公式计算出每个时刻的三相不平衡度的数值。
                       相电流值和三相不平衡度参数值

        每个记录时刻的线路电流为，可以用MATLAB软件算得，每个记录时刻的线路电流如表所示。
                                每个时刻的线路电流

        由等值电阻的计算公式可求出等值电阻为：

        表中的数据是由负荷监测仪实时采集的，还可以记录保存三相电流值，可根据公式计算出每个时刻的三相不平衡度的数值。
                     相电流值和三相不平衡度参数值

每个记录时刻的线路电流为，可以用MATLAB软件算得，每个记录时刻的线路电流如表所示。
每个时刻的线路电流

        首先，应用传统的等值电阻法实例中t=25，由均方根电流公式及配电网线损公式，计算出配电网损耗。

        再用改进的等值电阻法计算线损的公式计算，带入计算得到的当天用电时间、抄记日负荷电流的次数、等值电阻、平均线路负荷电流的参数，求得线损耗。
        线损率等于线损电量比计算量这个算法得两种算法的线损率如表所示：
                                       两种算法的比较

        改进的等值电阻法应用于实际的线损的计算中，同时又与传统的等值电阻法进行比较，改进的等值电阻比传统算法计算速度更高效，计算结果的精度更高、更符合实际情况，具有很好的实用性。处于不断变化中的三相不平衡度函数，通过研究这个问题可以清晰准确地体现出各相不平衡度对低压配电网线损的影响，可应用于今后的配电网线损的实际计算和分析工作中。
        3 低压配电网的主要降损措施
        三相不平衡增加了配电线路的电能损耗，也增加了配变的电能损耗，且由三相不平衡造成的额外损耗很多，为了改善三相负荷不平衡的现象我建议可从以下两方面着手：
        （1）管理措施
        首先制定完善的三相负荷平衡的监管规范，然后制订相应的部门考核制度，使相关的工作人员能负责的对变压器的三相负荷的变化进行监视。而要高效率地监管变压器的三相负荷的变化情况，并能耗时最短的进行三相相与相之间的负荷调整。
        （2）技术措施
        改善或重置低压配电网的网络结构，进行三相负荷向平衡状态趋近的调整。会出现三相负荷不平衡的路况有：一是仅需进行局部小范围调整就可改善的线路；二是需要花费大量时间金钱进行全新改造的线路。
        针对前者，只需要进行局部的相间的负荷调整就能达到三相负荷平衡。但是调整工作结束后，应该再次计量变压器的三相负荷，进行微调整直至达到三相负荷平衡再结束调整工作。
        针对第后者，则必须按照三相负荷平衡的规范操作调整再规划。规划调整工作完成投入运行后，还应该再度计量负荷的分布情况，若有不平衡的情况，则应立即进行细微的调整。
        4 结论
        目前很难准确计算出低压配电网线损的原因，只能依据现有的数据进行分析，尽可能的找出相应的解决办法，与几种传统的配电网线损的计算方法相比，本文重点阐述的改进的等值电阻法将三相不平衡考虑在内，并将三相不平衡度随时间变化的函数公式与线损的计算结合起来，提高了线损的计算精度，计算结果更符合低压配电网线损的实际情况，有更好的实用性。本文还从不同方面详细的讨论了低压配电网的几种主要的降损措施，并且还突出强调了通过调整三相负荷至最大限度的平衡的方法达到降损的目的的具体措施。
        参考文献：
        [1]张欢.基于用户分类的低压配网三相平衡化降损研究[D].长沙：长沙理工大学，2013.
        [2]王代弟.配电网三相不平衡网损计算与分析[D].沈阳：沈阳工业大学，2007.
        [3]王佳，常文焕，卢东伟，刘洋，等.电力系统网损分析及降损方法的研究[J].技术与市场，2014，21（11）：57-59.
        [4]邱新福，张安莉.三相电流不平衡对低压配电网线损影响分析[J].科技视界，2013，291-292.
        [5]敖然，吕会军，王剑，郝玉山.配网三相不平衡补偿分析[J].华北电力技术，2013，5（6）：54-57.
        [6]刘云志，农村配电网三相负荷不平衡的危害和防范措施[J].职业圈，2007，21：169-170.