单相变压器供电方式经济性分析

1、单相变压器供电方式经济性分析针对以北京市城区胡同地区的负荷特点建立供电负荷区域模型， 分别对传统三相变压器供电方式和单相变压器 供电方式的配网有功损耗进行了计算， 并计算不同供电方 式的工程造价， 论述了单相变压器供电方式的经济效益。李香龙 李洪涛 北京电力科学研究院 常晓旗 北京市电力公司密云公司几十年来， 我国低压配电网基本上 沿用了原苏联三相四线制配电技术， 随 着电力工业的深化改革， 尤其在研究电 网降 低 线 损， 提 高 企 业 效 益 过 程 中 发 现， 大容量三相变压器的低压配电方式 存在以下弊病： 供电半径长， 线路损耗 大， 由于地理环境的局限往往偏离负荷 中心， 首尾难

2、于兼顾导致部分用户电压 不合 格 等 问 题。 为 了 提 高 用 户 电 压 质 量， 提高企业经济效益， 需要研究在居为了深入地比较 大 容 量 三 相 变 压 器 和小容量单相变压器方式的 经 济 性， 本 文 通 过列举 几 种典型的台区低压网分布方式， 通过建立合理的数学模型， 按 实 际 运 行 情 况选择参数， 进行 了 线 损 计 算， 综 合 比 较 线路损耗和工程造价， 得出了在一般情况 下， 单相变方式经济性更优的结论。供电区域模型建立单相变压器供配 电 方 式 项 目 结 合 北 京 市电力公司煤改电工程， 主要应用于北京 城区胡同内， 该类区域的负荷特点是横向 供电半

3、径较长， 而纵向供电半径较短， 典 型的台区供电方案图如图 所示。因此假设一个狭长的供电区域， 如 图 所 示。 区 域 分 成 五 个 供 电 区 域，李香龙 工程师关键词 单相变压器· 损耗计算·经济性分析·民负荷集中区采取单相变压器方式进行 供电。在北京电网规划技术原则中， 现场 具备条件时， 单相变压器是一种推荐的 供电方式。 单相变压器供电方式具有供 电半径小、 深入负荷中心、 线损低、 电 压质量好和供电可靠性高等优点， 同时 降低了低压网的建设规模， 该方式还具 有占地面积小， 便于施工和对居民干扰 小等优点。北京市电力公司结合 “煤改电” 工 程，

4、 研发了单相柱上配电变压器及系列 设备， 创新了单相变压器供电方式， 具 有小容量、 密布点和短半径的特点， 有 效克服了胡同内居民用电负荷供电半径 长、 安装位置选址困难， 变压器不能深 入负 荷 中 心 等 缺 点， 适 用 于 城 市 胡 同 区、 农村地区和楼房地区等居民集中地 区的供电。每个区域面积 为 ×， 假设负荷沿线均 匀分布， 其负荷密度为 （）。根据北京地区变压器运行情况， 假 设以下参数： 供 电 半 径 ； 系 统 电 压 为 ； 电价按北京平均电价为 元（·）。大容 量三相变压器供电方式的损耗 计算北京地区传统的 供 电 方 式 多 为 利 用 三

5、 相大容量配电变压器为一个区域进行供电， 对于同一个负荷区域， 变压器在负荷中心 时系统损耗最小， 而变压器在负荷区域的 一端时系统总损耗最大， 假 设 以 下 参 数： 三相变压器 选 用 型 变 压 器， 其 容 量 ·， 该 变 压 器 的 空 载 损 耗 ， 负载损耗 ， 假设 该地区变压器均方根 平 均 负 载 率 为 ， 则单位长度导线上的负荷为· 冶金电气· 年第 卷第 期电气技术 ×·可以 看 到， 对 于 上 述 假 定 的 负 荷 区 域， 根 据 × 变压器的分布， 网损位于方式 和方式之间。本节分别对 以 下

6、三 种 情 况 的 系统损耗进行了 计算：） 变压器在负荷中心， 线路主干及支线均为 三相线路， 三 相 负 荷 完 全 平 衡， 这 种 供 电 方 式 对 于本文所设立的模型来说是最理想化的供电方式。） 变压器在负荷中心， 线路主干及部分支线变压器在负荷中心时系统损耗当· 变压器在负荷中心时， 供电方 式如图 所 示。 节 点 到 节 点 之 间 为 主 干 线， 导线选 用 绝 缘 线； 其 余 为 支 线， 导 线选用 绝缘线。支线电阻 ×为三相线 路， 存 在 部 分 单 相 线 路， 三 相 负 荷 完 全 ， 主线电阻为平衡， 本节将模型简化为负荷 区域部 分

7、 末 端 支 线 。针对节点， 每条长为支线上的线损为 为单相线路。 （） ） 由于地理环境等的局限， 变压器位于负荷 区域的一端， 这种供电方式也比较常见。各节点处的线损为图 变压器在负荷中心的供电方式 年 月下· 冶金电气· （） 大容量三相变压器的损耗率为 ×× × × （）× （）电价按北京平均电价 元（·） 计算， 则全年损耗电量费用为× 元（·） ×× 元 （） 末端带单相线路系统损耗变压器在 负 荷 中 心， 末 端 采 用 单 相 供 电 的 大容量三相变压

8、器 供 电 方 式 如 图 所 示， 节 点 到则大容量三相变压器所带线路损耗为 变压器实际铜损为 （ · ） 则系统总损耗为 节点 之间为主干线， 选用 绝缘线，其电阻为， 在 区域和 区域各有三条 线路为单相 线 路， 由 于 每 条 单 相 支 路 上 是 由 单 相 线路带， 选择导线与主线规格相同； 其余导线 为支线， 选用 绝缘线。图 末端采用单相供电的大容量三相变压器供电方式节点 处线路损耗为则系统总损耗为 （） ×× 由此可见， 对于单相线路选择大 截面导线的 节点 处的线路损耗为情况， 部分支线为单相线路相 对 于 全 三 相 线 路 台 （）

9、区网络， 线路损耗增加不是很明显。 末端采用单 相 供 电 的 大 容 量 三 相 变 压 器 的 损 耗率为 节点 处的线路损耗为× （） 该供电模式全年损耗电量费用为 × 元 在实际运 行 的 电 网 中， 存 在 线 路 负 荷 三 相 不则带三相负 荷 的 大 容 量 三 相 变压器所带线路 损耗为平衡的情 况， 越 到 线 路 的 支 线 和 末 端， 三 相 不 平衡越严重。刚才的假设 是 三 条 单 相 支 线 相 电 流 矢 量 和 为 （ ） 零，在实际中， 所 有 单 相 支 线 之 间， 以 及 三 相 支线的各相 之 间， 都 存 在 不 同 程 度

10、 的 不 平 衡。 根 据 · 冶金电气· 年第 卷第 期实际运行经 验， 分 布 在 网 络 上 的 电 流 不 平 衡 度 在 之 间， 根 据 计 算， 线路损耗约为三 相 完全平衡时的 倍， 则系统总损耗范围为变压器在负荷一端时系统损耗由于大容 量变 压 器不 能深入到负荷中心区，变压器在负荷区域 一 端 的 供 电方式在胡同地区 存 （）× （）在较多， 供电 方 式 如 图 所 示。根据北京配电网 此时该供电模式全年损耗电量费用为状况主线 选 用 绝 缘 线， 支 线 线 选 用 绝缘线。 （）× ×× 元节点 处的线损为

11、图 变压器在负荷一端 × （） ×× 节点 处的线损为 电价按北京平均电价 元（·） 计算，则全年损耗电量费用为 （） ×元（·）×× 节点 处的线损为 （） 节点 处的线损为 元根据实际运行经验， 系统总损耗范围为 × （） 该供电模式全年损耗电量费用为×元（·）××（ ） 元 （） 单相变压器损耗 节点 处的线损为由于单相变压器占地面积小， 因此易于施工， 便于深入 负 荷 中 心， 可 以 有 效缩短供电半径。 采 用单相变压 器 时， 其 供 电 方 式 如

12、 图 所 示， 导 线选用 绝缘线。 （） 则系统总损耗为负荷区域由 台 单 相 变 压 器 供 电， 变 压 器 的 负载损耗为 ， 空载损耗为 。 根据北京配电 网运行特点假设以下参数： 单相变器选用 型； 容量·； 空载损耗 ； 负载损耗 ； 变压器负荷率为 ， 则单 位长度导线上的负荷为 ×·大容量三相变压器的损耗率为 × 年 月下· 冶金电气·图 小容量单相变压器供电方式导线选用 绝缘线， 其电阻值为× 则每台变压器所带线路的线损为按照完成 工 程 进 行 预 算， 三 相 变 压 器 供 电 方 式工程总造价约为

13、 万元。单相变压器供电方式工程预算 （） 对于单相 变压器供电方式， 实现对模型所描 ×× 述的负荷区 域 进 行 供 配 电 需 要 以 下 主 要 设 备， 如则采用 小 容 量 单 相 变 压 器 时， 系 统 线 路 损耗为表 所示。按照完成 工 程 进 行 预 算， 单 相 变 压 器 供 电 方 × 式工程总造价约为 万元， 单相变压器供电方每台变压器实际铜损为 （ · ） 则系统总损耗为式比三相变 压 器 供 电 方 式 增 加 工 程 造 价 约 为 万元。综合分析 针对 以 上 简 单 模 型 的 计 算 结 果， 可 以 看 出，小容

14、量单相变的损耗率为 对于变压器 在 一 端 的 大 容 量 变 压 器 供 电 方 式， 相同供电区域小容量 单 相 变 压 器比大容量三相变 压× ×该供电模式全年损耗电量费用元（·）× 元工程造价分析大容量三相变压器供电方式工程造价对于大容 量 变 压 器 供 电 方 式， 实 现 对 模 型 所 描述的 负 荷 区 域 进 行 供 配 电 需 要 以 下 主 要 设 备，如表 所示。器供电方式三相负 荷 平 衡 时 每年节约线损对应 电费 元。 当三相负荷不平衡时每年节约电费 元， 采 用 单 相 变 压 器 节 约 的 损耗需要 年能折抵工程增加

15、的成本。小容量单相 变 压 器 供 电 方 式 比 大 容 量 三 相 变 压器在负荷中心的供电方式每年节约 元。 当三相负荷 存 在 不 平 衡 时， 单 相 变 压 器 供 电 方 式节约 元， 采用 单 相 变 压 器 节 约室外变台 设备 （主杆采用 杆）台 柱上 变压器·台表 大容量变压器供电设备配电箱 混凝 绝 绝拉线接户线台土电杆根缘线缘线组处杆上配电 装置、配电箱台数量 表 单相变压器供电方式设备杆上变台 （主杆 设备 杆） 单相台 变压器·台杆上配电 装置台配电箱台 绝 缘线拉线组接户线处数量 （下转第 页） · 冶金电气· 年第 卷第

16、 期基于 标准的发电厂主变压器容量选择 电气技术过比较， 在 考 虑 了 各 种 影 响 因 素 后， 采 用 标准计算的结 果 一 般 大 于 和 标 准 计 算 的 结果。注意对于 实 际 的 厂 址， 如 果 电 力 系 统 对 于 主 变压器高压侧功率因数提出 具 体 要 求， 对 变 压 器 容量有一定影响， 应进行更详细的计算。总而言之， 在工程计算中首 先应明确采用什 么样的标 准， 然 后 选 用 合 适 的 方 法， 对 于 计 算 的 结果取相对保守值。参考文献 电力变压器温升 ： 电力变压器总则 ： ·，·， ， · ， （收稿日期：）犈犃櫌

17、櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌櫌（上接第 页）的损耗需 要 年 能 折 抵 工 程 增 加 的 成 本。 一般情况下， 三 相变压器不同 程 度 的 偏 离 负 荷 中 心， 大部分情况下单相变压 器 方式在 年 以 下 可 收回增加的工程成本。通过计算 也 可 以 看 出， 在 线 路 上 积 聚 的 负 荷 越多， 线路的 损 耗 急 剧 增 加。 对 于 最 极 端 的 线 负 荷， 变压器位 于 线 负 荷 的 一 端 时， 与 变 压 器 位 于 线负荷的中心位置相比， 线损是后者的 倍。结束语通过针对 典 型 负 荷 区

18、 域 建 立 模 型， 对 大 容 量 三相变压 器、 单 相 变 压 器 供 电 方 式 的 网 损、 工 程 造价进行计算和对比分析， 可以得出以下结论：） 对于文中描述的负荷区域， 变压器在负荷 中心的供电 方 式， 其 网 损 约 为 变 压 器 在 负 荷 一 端 供电方式的系统损耗的， 供电电源深入负荷中 心能有效降低系统损耗。） 单相变压器供电方式具有供电半径小和线 路损耗低的 优 点， 考 虑 工 程 造 价 后 的 综 合 经 济 效益也优于三 相 变 压 器 供 电 方 式。 采 用 单 相 变 压 器 供电方式增加的工程造价一般经过 年便可以 通过节约的损耗收回， 最多不超过 年。 单相变 压器供电方式适合以单相供电为主的居民区采用。） 对于同样的负荷区域， 变压器位于负荷中 心对比变压 器 位 于 负 荷 区 域 的