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[摘 要]本文通过分析三相负荷不平衡对高低压配电线路、配电变压器电能损耗影响的原因及大小，提出了解决三相负荷不平衡的有效措施，为降损节能工作提供了参考。
[关键词]三相负荷；不平衡；配网线损；负荷不平衡度；配电变压器
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0106-01
引言
三相负荷保持平衡是降损节能的基础。三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而增大线路损耗。一般情况下，三相负荷不平衡可引起线损率升高2%-10%，三相负荷不平衡度若超过10%，则线损显著增加[1]。
1 三相负荷不平衡对线路电能损耗的影响
1.1 增加高压线路的电能损耗：
低压侧三相负荷平衡时，10kV高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为：
ΔP1=3I2R
低压电网三相负荷不平衡时将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：
ΔP2=2（0.75I）2R+（1.5I）2R=3.375I2R =1.125（3I2R）
即高压线路上电能损耗增加12.5%。
1.2 增加低压线路的电能损耗
采用三相四线制供电方式，由于用户较为分散，线路较长，如果三相负荷不平衡，中性线即有电流通过，这样不但相线有损耗，而且中性线也会产生损耗，从而直接增加电能在线路上的损耗。
三相四线制接线方式如图1所示：
这时，单位长度线路上的功率损耗为：
△P1=Ia2R+Ib2R+Ic2R+I02×2R （1-1）
在式（1-1）中：
R—单位长度线路的电阻值
1.2.1 当三相负荷完全平衡时
三相电流Ia=Ib=Ic=Icp
中性线电流I0=0
单位长度线路上的功率损耗为：
△P=3Icp2R
1.2.2 当三相负荷不平衡时
如果各相电流不平衡，则中性线中有电流通过，损耗增加，为了讨论方便，引入负荷不平衡度β概念。
β=×100% （1-2）
在式（1-2）中：
Imax——负荷最大一相的电流值
Icp——三相负荷完全平衡时的相电流值
（1）一相负荷重，两相负荷轻
单位长度线路上的功率损耗为：
△P1=（1+β）2ICP2R+2（1-）2ICP2R+β2ICP2×2R=3ICP2+6β2ICP2R
功率损耗增量系数：
K1===1+2β2
（2）一相负荷重，一相负荷轻，第三相为平均负荷
单位长度线路上的功率损耗为：
△P2=（1+β）2ICP2R+（1-β2）Icp2R+Icp2R+3β2Icp2×2R=3Icp2R+8β2Icp2R
功率损耗增量系数：
K2===1+
（3）一相负荷轻，两相负荷重
单位长度线路上的功率损耗为：
△P3=（1-2β）2Icp2R+2（1+β2）Icp2R+9β2Icp2×2R=3Icp2R+24β2Icp2R
功率损耗增量系数：
K3===1+8β2
显然，当负荷不平衡度β相等时，K3>K2>K1>l
2 结论
①三相四线制接线方式，当三相负荷平衡时线损最小，当一相负荷重，两相负荷轻时，线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相负荷为平均负荷时，线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重时线损增量最大。
②当三相负荷不平衡时，不论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
按照规程规定，不平衡度β不得大于20%。若使β=0.2，则K1=1.08、K2=1.11、K3=1.32。也就是说，相对于三相平衡的情况而言，由于三相负荷不平衡所引起的线损分别增加8%、11%、32%。
2、三相负荷不平衡对配电变压器电能损耗的影响
三相负荷平衡既是衡量台区线路网络结构合理性的重要依据，也是变压器正常运行的基本要求。三相负荷能否平衡，不仅关系到变压器供电的可靠性和稳定性，而且关系到变压器供电的损耗率。根据规程规定，一般要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10%，干线及分支线首端的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%，这是因为在配电系统中，有的相电流较小，有的相电流接近甚至超过额定电流，这种情况下，不仅影响变压器的安全经济运行，影响供电质量，而且会成倍增加线损[2]。
假设变压器的三相损耗分别为：
Qa=Ia2R Qb=Ib2R Qc=Ic2R
Ia Ib Ic——变压器二次负载相电流
R——变压器的相电阻
当变压器运行在平衡时，即Ia=Ib=Ic=I时，
Qa=Qb=Qc=I2R
变压器的损耗Q=3I2R
当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I Ib=Ic=0时，变压器的损耗Q=I2aR=9I2R=3（3I2R）。
可以看出，三相负荷平衡时，变压器的损耗最小，变压器处于三相负荷最大不平衡运行状态时的变损是处于平衡时的3倍。
3 实现三相负荷平衡的措施
实现三相负荷平衡的措施就是通过改善或改变配电网络的结构，以达到实现三相负荷平衡的目的。
3.1 通过局部调整而进行改善的线路
对于这种情况，只需通过局部相间负荷进行调整就可以解决。但调整后，应重新测量变压器三相负荷，直到调整至平衡为止。例如：将不对称负荷分散接在不同的供电点，以减少集中连接造成不平衡度严重超标的问题；使用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化；装设平衡装置。如调整不平衡电流无功补偿装置-自动调补电容器组，具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡；三相不平衡调节装置SPC，主要用于低压配电用户侧，治理三相电流不平衡，相电压偏低和补偿无功，优化电能质量。[3]
3.2 需要进行改造的线路
对于这种情况，必须严格按照三相负荷平衡的原则进行规划。
（1）必须了解设计前所改造台区的负荷变化规律和负荷的分配情况。
（2）必须對所改造台区进行现场勘测，掌握负荷的分布情况。
（3）规划时，必须从整体出发，并严格按三相负荷平衡
的原则进行布线，尽量使三相四线深入到各重要负荷中心。
（4） 为了确保设计线路真正达到三相负荷平衡的目的，工程竣工投运后，应重新测量三相负荷的分配情况，如三相负荷不平衡时，应及时进行调整。
参考文献
[1] 吕忠民，郭占杰.《三相负荷不平衡对线损的影响》.科技创新导报，2011（20）.
[2] 梁海瑞.《三相负荷不平衡对线损的影响及措施研究》.电源技术应用 2013.6.
[3] 林海零.《电力系统的三相不平衡》.中国电力出版社，2006.2.
[关键词]三相负荷；不平衡；配网线损；负荷不平衡度；配电变压器
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0106-01
引言
三相负荷保持平衡是降损节能的基础。三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而增大线路损耗。一般情况下，三相负荷不平衡可引起线损率升高2%-10%，三相负荷不平衡度若超过10%，则线损显著增加[1]。
1 三相负荷不平衡对线路电能损耗的影响
1.1 增加高压线路的电能损耗：
低压侧三相负荷平衡时，10kV高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为：
ΔP1=3I2R
低压电网三相负荷不平衡时将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：
ΔP2=2（0.75I）2R+（1.5I）2R=3.375I2R =1.125（3I2R）
即高压线路上电能损耗增加12.5%。
1.2 增加低压线路的电能损耗
采用三相四线制供电方式，由于用户较为分散，线路较长，如果三相负荷不平衡，中性线即有电流通过，这样不但相线有损耗，而且中性线也会产生损耗，从而直接增加电能在线路上的损耗。
三相四线制接线方式如图1所示：
这时，单位长度线路上的功率损耗为：
△P1=Ia2R+Ib2R+Ic2R+I02×2R （1-1）
在式（1-1）中：
R—单位长度线路的电阻值
1.2.1 当三相负荷完全平衡时
三相电流Ia=Ib=Ic=Icp
中性线电流I0=0
单位长度线路上的功率损耗为：
△P=3Icp2R
1.2.2 当三相负荷不平衡时
如果各相电流不平衡，则中性线中有电流通过，损耗增加，为了讨论方便，引入负荷不平衡度β概念。
β=×100% （1-2）
在式（1-2）中：
Imax——负荷最大一相的电流值
Icp——三相负荷完全平衡时的相电流值
（1）一相负荷重，两相负荷轻
单位长度线路上的功率损耗为：
△P1=（1+β）2ICP2R+2（1-）2ICP2R+β2ICP2×2R=3ICP2+6β2ICP2R
功率损耗增量系数：
K1===1+2β2
（2）一相负荷重，一相负荷轻，第三相为平均负荷
单位长度线路上的功率损耗为：
△P2=（1+β）2ICP2R+（1-β2）Icp2R+Icp2R+3β2Icp2×2R=3Icp2R+8β2Icp2R
功率损耗增量系数：
K2===1+
（3）一相负荷轻，两相负荷重
单位长度线路上的功率损耗为：
△P3=（1-2β）2Icp2R+2（1+β2）Icp2R+9β2Icp2×2R=3Icp2R+24β2Icp2R
功率损耗增量系数：
K3===1+8β2
显然，当负荷不平衡度β相等时，K3>K2>K1>l
2 结论
①三相四线制接线方式，当三相负荷平衡时线损最小，当一相负荷重，两相负荷轻时，线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相负荷为平均负荷时，线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重时线损增量最大。
②当三相负荷不平衡时，不论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
按照规程规定，不平衡度β不得大于20%。若使β=0.2，则K1=1.08、K2=1.11、K3=1.32。也就是说，相对于三相平衡的情况而言，由于三相负荷不平衡所引起的线损分别增加8%、11%、32%。
2、三相负荷不平衡对配电变压器电能损耗的影响
三相负荷平衡既是衡量台区线路网络结构合理性的重要依据，也是变压器正常运行的基本要求。三相负荷能否平衡，不仅关系到变压器供电的可靠性和稳定性，而且关系到变压器供电的损耗率。根据规程规定，一般要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10%，干线及分支线首端的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%，这是因为在配电系统中，有的相电流较小，有的相电流接近甚至超过额定电流，这种情况下，不仅影响变压器的安全经济运行，影响供电质量，而且会成倍增加线损[2]。
假设变压器的三相损耗分别为：
Qa=Ia2R Qb=Ib2R Qc=Ic2R
Ia Ib Ic——变压器二次负载相电流
R——变压器的相电阻
当变压器运行在平衡时，即Ia=Ib=Ic=I时，
Qa=Qb=Qc=I2R
变压器的损耗Q=3I2R
当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I Ib=Ic=0时，变压器的损耗Q=I2aR=9I2R=3（3I2R）。
可以看出，三相负荷平衡时，变压器的损耗最小，变压器处于三相负荷最大不平衡运行状态时的变损是处于平衡时的3倍。
3 实现三相负荷平衡的措施
实现三相负荷平衡的措施就是通过改善或改变配电网络的结构，以达到实现三相负荷平衡的目的。
3.1 通过局部调整而进行改善的线路
对于这种情况，只需通过局部相间负荷进行调整就可以解决。但调整后，应重新测量变压器三相负荷，直到调整至平衡为止。例如：将不对称负荷分散接在不同的供电点，以减少集中连接造成不平衡度严重超标的问题；使用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化；装设平衡装置。如调整不平衡电流无功补偿装置-自动调补电容器组，具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡；三相不平衡调节装置SPC，主要用于低压配电用户侧，治理三相电流不平衡，相电压偏低和补偿无功，优化电能质量。[3]
3.2 需要进行改造的线路
对于这种情况，必须严格按照三相负荷平衡的原则进行规划。
（1）必须了解设计前所改造台区的负荷变化规律和负荷的分配情况。
（2）必须對所改造台区进行现场勘测，掌握负荷的分布情况。
（3）规划时，必须从整体出发，并严格按三相负荷平衡
的原则进行布线，尽量使三相四线深入到各重要负荷中心。
（4） 为了确保设计线路真正达到三相负荷平衡的目的，工程竣工投运后，应重新测量三相负荷的分配情况，如三相负荷不平衡时，应及时进行调整。
参考文献
[1] 吕忠民，郭占杰.《三相负荷不平衡对线损的影响》.科技创新导报，2011（20）.
[2] 梁海瑞.《三相负荷不平衡对线损的影响及措施研究》.电源技术应用 2013.6.
[3] 林海零.《电力系统的三相不平衡》.中国电力出版社，2006.2.