單相供電模式的發(fā)展及應(yīng)用

摘要：簡述了單相供電模式的優(yōu)勢與局限性，介紹了單相供電模式能夠有效降低配變損耗及線路損耗，同時與三相供電模式進行簡單對比，指導(dǎo)實際方案設(shè)計及施工建設(shè)時選擇合適的供電系統(tǒng)，最終為客戶提供安全、可靠電源保證，提高電力公司優(yōu)秀的服務(wù)形象。

關(guān)鍵詞：單相供電；降低配變損耗；降低網(wǎng)損

中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0203-02

隨著人們生活水平的提高，城鄉(xiāng)居民生活用電急劇增加，人們在對電能需求增加的同時，對電能質(zhì)量也提出較高的要求。在我國，E類供電區(qū)（農(nóng)村）面積相對較大，負荷分布相對比較分散，使用容量較大的三相配電變壓器和三相四線制供電，資源利用度達不到經(jīng)濟性要求，線損也偏高。很多地區(qū)的低壓配電網(wǎng)仍然存在低壓供電半徑過長、電壓偏低以及配電變壓器容量偏大、負荷偏小等所謂的“大馬拉小車”的情況，不僅造成電力設(shè)備資源的浪費，設(shè)備利用率偏低也導(dǎo)致電網(wǎng)能耗過大。三相動力電和普通居民用戶共用一臺變壓器情況居多，這就造成用戶用電設(shè)備不能再額定電壓下運行，電壓質(zhì)量不滿足要求。

一、關(guān)于單相供電模式的探討

1.采用單相變壓器供電

日本、美國等發(fā)達國家很早就開始注重配電網(wǎng)建設(shè)、改造過程中用戶的電壓優(yōu)化及改善。例如日本，居民生活用電占很大比例，通常兩戶采用一個單相小容量變壓器供電，采用電纜引下方式至用戶，不失美觀，而且可靠性非常高。

新農(nóng)村規(guī)劃布局比較合理，負荷分布較均勻，住戶比較集中如圖1所示。負荷密度低，將配電變壓器布置靠近負荷中心處，既能保證電壓質(zhì)量要求又降低了網(wǎng)損。

該單相供電模式的變壓器容量小，供電線路半徑短，不僅有效減小了變壓器空載損耗，而且降低了配電網(wǎng)損耗。在實際運行中，安全性、可靠性水平均較高，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

對于偏遠的山區(qū)或者牧區(qū)，采用低壓單相供電不僅能夠解決農(nóng)村的住戶分散，如圖2所示。如果采用三相供電則低壓供電半徑過長，低壓損失較大情況，可以控制施工費用，降低工程造價。另外，由于供電半徑短，線路末端電壓降低少，供電電壓質(zhì)量高，有效保證用戶電力設(shè)備在標準額定電壓下運行，提高用戶設(shè)備使用壽命，提高客戶滿意度。

農(nóng)村地區(qū)，空間充裕，對空間布局要求較低，允許架空線進入用戶終端，在方案設(shè)計時可以直接根據(jù)國家電網(wǎng)公司典設(shè)選擇單桿單相柱上變壓器臺方案即可，不僅造價低廉，而且線損比較小。而對于城市內(nèi)的連排別墅，尤其是對空間布局要求較高的小區(qū)，計劃采用單相變壓器供電時，如果不便采用柱上變壓器臺和架空線引線入戶時，小區(qū)配套配置需要電纜進出線，可以采用單相箱式變電站進行供電方案的設(shè)計。然而，并不是簡單選擇箱式變電站或者配電室就可以滿足用戶負荷需求，設(shè)計時需要“高瞻遠矚”，即必須綜合考慮電網(wǎng)規(guī)劃的未來年負荷預(yù)測結(jié)果，利用負荷預(yù)測結(jié)果進行指導(dǎo)實際設(shè)計及施工建設(shè)。因為空間不足或緊張時，新建變電工程本期規(guī)模一般考慮一次建成，在考慮配變?nèi)萘窟x擇合理的同時，還要考慮變壓器負載率適宜，才能在最短時間收回投資。針對具有很大發(fā)展前景的地區(qū)，首先對當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展趨勢進行提前預(yù)估和判斷，做好飽和年的負荷預(yù)測結(jié)果，如果飽和年的負荷與短期規(guī)劃結(jié)果相差較大，則需考慮設(shè)計未來增容改造技術(shù)方案。例如，如果用地緊張，在建設(shè)初期可以通過預(yù)留空間來滿足未來年的負荷增長趨勢。

采用單相變壓器，小容量，密布點，短半徑，供電方式特別適合于城市負荷增長空間大、增長速度較快的區(qū)域。

2.采用單相二線制供電模式

當采用同樣截面的導(dǎo)線并且以單相供電就能滿足負荷和距離的要求時，如果仍采用習(xí)慣三相制供電方式，那就會造成明顯的浪費，至少要多浪費一根同樣截面的導(dǎo)線，該導(dǎo)線造成的損耗也會相應(yīng)的增加。對農(nóng)村負荷用單相供電的每回饋電線路上，不僅能夠節(jié)省一根導(dǎo)線而且節(jié)約相應(yīng)的投資。單相饋電線路供電方式為由相線和中性線間抽頭引出，進入戶表，由低壓進戶線引到用戶。

在蒙東地區(qū)，由于農(nóng)村低壓電網(wǎng)負荷分布廣、密度小、線路長，很多地區(qū)多采取就地平衡的單相配電變壓器，配合兩火線一中性線三芯集束導(dǎo)線供電的新模式（簡稱ab0 系統(tǒng)）。[1]

采用單相供電時，在低壓桿塔的選擇方面也能夠降低單相桿塔成本。首先，如果采用單相供電時，只需要選擇一個瓷絕緣子，而三相四線制供電時則必須選用三個瓷絕緣子，不僅絕緣子的數(shù)量增多，成本增加，而且橫擔(dān)及相應(yīng)的鐵附件等物料的選擇也相應(yīng)增加；其次，如果采用相同截面的導(dǎo)線，單相供電時，桿塔承受的機械力只等于三相供電三分之一，在選擇轉(zhuǎn)角和終端桿塔時也較簡單，同時也能夠降低拉線選擇的選擇標準，多方面降低線路設(shè)計造價。最后，單相供電時，由于桿塔承受的力相對較小，設(shè)計檔距時可以相應(yīng)加大，較三相供電時檔距增大，從而減少了桿塔數(shù)量，進一步降低了線路設(shè)計及建設(shè)造價。

3.單相供電模式優(yōu)勢分析

（1）降低配變損耗。根據(jù)國家電網(wǎng)供電標準物料，單相變壓器最小容量是10kVA，空載損耗為80W；而三相變壓器容量最小為30kVA，空載損耗為130W，兩者相差50W，只針對空載損耗一項指標，一臺單相變壓器一年就可以減少438kW·h電量，假如按照居民生活用電量統(tǒng)一銷售價格0.49元/kW·h計算，配網(wǎng)運行配變單相節(jié)約電量效益為214.62元。

（2）降低網(wǎng)損。設(shè)計給同一個居民住宅樓，負荷數(shù)量相同供電。方案1：采用三相變壓器供電時（深入負荷中心設(shè)計），低壓主干線擬采用型號為YJV22-4×120電力電纜，配變到低壓配電箱距離在50～70m，低壓進戶線采用進單元表箱的低壓分支線為YJV22-4×35電力電纜，配電箱至用戶表箱的平均供電距離在20～30m。方案2：采用兩相高壓電纜線路延伸、單相三線低壓電纜供電方案，架空高壓主干線從小區(qū)外圍經(jīng)過，由柱上引兩相配電線路，經(jīng)10kV電纜入地送入居民區(qū)，在靠近居民住宅樓前安裝單相箱式變，低壓出線路經(jīng)電纜送入單元電表箱。高壓主分支線為YJV22-4×95電力電纜，高壓供電半徑長200～300m；配變進表箱，低壓接戶線為YJV22-35電力電纜，配電箱到用戶表箱10m以內(nèi)。

由計算得出，方案1的低壓線路損耗為：1092kW·h；方案2的高壓線路損耗為15kW·h，低壓線路損耗為194kW·h；仍然按照居民生活用電量統(tǒng)一銷售價格0.49元/kW·h計算，年節(jié)約電量經(jīng)濟效益=0.49元×（1092-194-15）kW·h=432.67元。

通過例舉三相供電和單相供電兩種模式兩種示例，進一步對比分析來說明單相供電模式降低網(wǎng)損的明顯經(jīng)濟效益。

（3）降低無功配置。單相供電模式，供電半徑短，末端電壓降低少，因此在低壓側(cè)用戶終端可以不用另外加裝無功補償裝置。另外，由于單相變壓器空載損耗比較小，空載電流較三相變壓器明顯下降，從而顯著降低了從上級電網(wǎng)吸收無功的需求。

（4）負載平衡性。在我國，中壓配網(wǎng)系統(tǒng)或者10kV系統(tǒng)大都采用三相三線制，中性點為不接地系統(tǒng)，不論負荷性質(zhì)如何，全部采用此種接線方式供電。對于農(nóng)村負荷分散，同時負荷密度小的區(qū)域，很難做到三相平衡。三相平衡將會導(dǎo)致配變損耗、線路損耗增加，嚴重情況損壞電力設(shè)備，電力企業(yè)利益將會受到影響。對于用戶來說，如果是一相或者兩相負荷偏重引起三相負荷不平衡，必將導(dǎo)致線路壓降過大，降低電壓質(zhì)量，影響用戶電器設(shè)備的正常使用，用戶對電力公司的投訴也會相應(yīng)增加，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。利用單相供電模式則不需要考慮三相負荷不平衡的影響。

（5）專用變壓器用戶供電模式。隨著單相變壓器的推出和使用，很多小工業(yè)用戶和商業(yè)用戶越來越多采用單相專用配電變壓器供電。采用專用變壓器供電，對用戶本身來說可靠性較高，電力公司在管理和運維方面都很方便。

（6）環(huán)境影響。隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注也日益提高，其中噪聲就是人們衡量環(huán)境的一項關(guān)鍵指標。單相變壓器采用了無接縫的鐵芯結(jié)構(gòu)，相同運行環(huán)境條件下，相對于三相干式變壓器或非晶合金的變壓器來說，設(shè)備運行過程中噪音減小30～45dB，不影響居民日常生活。

4.單相供電模式的弊端

（1）建設(shè)初期投資大。單相供電系統(tǒng)的配置原則是“小容量、密布點、短半徑”，導(dǎo)致配電變壓器數(shù)量大于三相大容量變壓器數(shù)量。同時，隨著變壓器配置數(shù)量的增加，其相應(yīng)的保護設(shè)備如開關(guān)類、跌落式熔斷器等相關(guān)設(shè)備增加，必然導(dǎo)致初期投資較大。

（2）不能滿足特殊三相負荷需求。無論是城市還是農(nóng)村，都存在需要特殊供電的三相負荷。對于城市高層電梯公寓，容積率較高時，雖然可以利用多個小容量單相變壓器組成“星-星”接線或“星-角”接線為負荷供電，但是運行安全性和供電可靠性較差，不能為用戶提供穩(wěn)定較高的電源。在農(nóng)村地區(qū)，夏季農(nóng)業(yè)灌溉負荷需求比較大，利用多個單相變壓器供電也不能滿足負荷需求。因此在上述兩種情況下，就不能一味考慮經(jīng)濟性要求采用單相供電，而是要根據(jù)負荷實際需要選擇三相供電方式滿足用戶需求。

二、結(jié)束語

總之，在設(shè)計供電系統(tǒng)、選擇配置方案時，應(yīng)做好實際需求調(diào)研，充分結(jié)合供電區(qū)域的負荷性質(zhì)及供電區(qū)域的設(shè)計習(xí)慣和特性，綜合考慮單相供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點，爭取揚長避短，科學(xué)合理選擇供電方式，為客戶提供高可靠性、高穩(wěn)定性電源，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]吳現(xiàn)珉.單相供電模式的效益分析[J].農(nóng)村電氣化，2008，（2）.

[2]郭俊.電網(wǎng)單相供電技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，

2013，（6）.

[3]潘斌.單相變壓器的節(jié)能應(yīng)用分析[J].大眾用電，2012，（10）.

（責(zé)任編輯：孫晴）