論智能單相配電在我國應用前景

余陳剛 童充

中圖分類號：F270 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2016）09-000-02

摘 要 目前全球能源緊缺，我國隨著經(jīng)濟的不斷增長也面臨能源可持續(xù)發(fā)展的問題，單相配電不僅降低配電網(wǎng)建設和運行的成本，而且更重要的是降低對自然資源的消耗。因此在我國智能配電網(wǎng)的發(fā)展過程中，將中低壓配網(wǎng)按負荷“單、三相分開供電”；“配網(wǎng)中壓線深入、簡化低壓”，“配變短半徑、小容量，多布點”等原則，采用分布式單相配電模式，將是一項節(jié)約能源、科學發(fā)展，適應智能電網(wǎng)發(fā)展，具有重要意義的長遠舉措。

關(guān)鍵詞 配電網(wǎng) 單相配電 智能 可持續(xù)發(fā)展

配電網(wǎng)的線損及線損率是一項綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標，也是反映配電網(wǎng)規(guī)劃建設、生產(chǎn)運行和經(jīng)營管理水平的重要指標。由于配電網(wǎng)導線線徑細、電壓等級低，配電網(wǎng)的線損率比輸電網(wǎng)大得多，近期以來的數(shù)據(jù)表明，配電網(wǎng)線損電量約占整個電網(wǎng)線損總量的65%～75%。統(tǒng)計表明，我國各500kV網(wǎng)絡線損率為1.2%～1.8%，220kV網(wǎng)絡為1.6%～2.2%，110（63）kV網(wǎng)絡為1.8%～2.5%，而10kV及以下中低壓電網(wǎng)損失電量約占總線損電量的45%～50%，部分地區(qū)甚至更高。城市市區(qū)及近郊區(qū)中低壓電網(wǎng)線損率約為5%～10%，而部分農(nóng)村配電網(wǎng)達到12%以上。由于配電網(wǎng)損耗在整個電網(wǎng)網(wǎng)損中所占的比重最大，因此降低配電網(wǎng)的損耗及線損率不僅對于電力系統(tǒng)本身的節(jié)能降損，其對于整個社會和國家的發(fā)展都有著重要的意義。

一、我國中低壓配網(wǎng)存在的主要問題

經(jīng)過上世紀末的大規(guī)模城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，我國的配電網(wǎng)各方面普遍有了較大的改善，初步適應了國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的用電需求。但隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，以及我國電力負荷相應的飛速增長，原有的配電網(wǎng)尤其是中低壓配網(wǎng)逐步無法適應目前社會和經(jīng)濟發(fā)展對電能供應各方面的要求，矛盾日益明顯。

（一）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，線損率偏高

我國原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已逐漸無法適應電力負荷的快速增長，尤其是城鄉(xiāng)居民生活用電的迅速增長使原已接近飽和狀態(tài)的低壓配電網(wǎng)絡的壓力更大，這些都成為中低壓配網(wǎng)線損率偏高的重要原因。在負荷的不斷增長中，用電結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，居民用電和第三產(chǎn)業(yè)負荷上升，加重了中低壓配電網(wǎng)的負擔。低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量差，故障發(fā)生頻繁，供電可靠性低，其中線損大問題的尤其嚴重。目前我國的綜合線損率為7.5%，比發(fā)達國家高出1～2個百分點，相當于每年多損失200億kWh以上的電量。

（二）低壓線路過長，供電半徑過大，導線截面過小

低壓線路過長一方面導致線路末端電壓過低，另一方面我國中壓與低壓線路的比例并不合理，美日等一些先進國家的中/低壓線路比例為1 ：0.9～1 ：1.0，而我國中/低壓線路比例城市為1 ：1.1～1：1.2而農(nóng)村達到了1 ：1.5；每臺配電變所供低壓線路日本平均長度98米；而我國平均則達到了1200米。低壓線路過長除了線路末端電壓降過大之外，其線路損耗也必然增大。另外，我國許多地區(qū)配網(wǎng)的主干導線截面過細，導致線電阻過大，也不能滿足日益增長的輸送容量的要求。還有較多配網(wǎng)線路是裸導線、線路老化嚴重，也使線路損耗比較高。

（三）配變?nèi)萘颗渲貌缓侠?，負載率差異大，供電可靠性不高

我國低壓配網(wǎng)中，配變供應用戶數(shù)量偏多，容量也相對偏大，負載率過低。這就導致了實際應用中，有些配變長期輕載，而同時有些配變經(jīng)常滿載，負載率過高。配電變壓器容量與實際用電負荷不匹配的情況，導致配變負荷沒有在經(jīng)濟運行區(qū)間，造成“大馬拉小車”現(xiàn)象；一些公用變壓器負荷變化大、負荷率低，造成高峰時過載、低谷時輕載；還有一些配電變壓器三相負荷不平衡，中性點發(fā)生偏移。這些問題的存在使配網(wǎng)變壓器損耗增加。

（四）在供電安全性方面存在隱患

目前世界上低壓配電網(wǎng)的供電方式存在兩大類型：一類是以歐亞大陸為主體的，世界上大多數(shù)國家所采用的三相四線制，我國即采用這種方式。采用380/220三相四線制的供電制式，當零線斷開后由于各相負載不同顯然會導致中性點電位位移，電壓的升高，個別火線電壓驟升，危害照明、家電設備，甚至會危及人身安全。

二、智能單相配電在我國應用前景分析

智能單相配電通常在低壓配網(wǎng)采用智能單相三線制，這是針對智能單相負荷的一種供電制式，它由智能單相配電變壓器供電，變壓器低壓繞組的端電壓是智能單相設備電壓的2倍，變壓器低壓繞組兩條端線之一與繞組中點引出的中（零、地）線向智能單相設備供電。

在負荷線路電流密度相同和導線截面相同的情況下，相同容量三相變壓器的用料以及電能損耗均高于用智能型單相變壓器配電14.5%以上。

（一）有利于節(jié)能降損

三相四線制配電需要三相變壓器，而智能單相三線制只需要智能型單相變壓器。智能型單相變壓器結(jié)構(gòu)簡單，其鐵心結(jié)構(gòu)是口子形而三相變壓器為橫日字形，智能單相變鐵心平均長度約為三相變壓器的85%，在容量相同的條件下，其原材料耗量與功率損耗均比三相變壓器減20%以上。智能單相配電與三相四線制供智能單相負荷比較，在采用相同導線、供同樣負荷的情況下，其線路有功損耗可減少約22%。智能單相配電變壓器易于采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)，它與疊片式鐵芯結(jié)構(gòu)相比，其空載電流可減少60%以上，空載損耗可下降20%以上。智能型單相變壓器的鐵心也可采用非晶合金材質(zhì)，非晶合金智能單相配變同樣具有較低的空載損耗，只有疊片鐵芯變壓器的1/4～1/3。

（二）提高供電可靠率

智能型單相變壓器容量小，且體積和重量也小，應用于中壓配電網(wǎng)時，能夠分散深入低壓負荷中心，一方面節(jié)能降損，另一方面可以有效地提高電壓質(zhì)量。在電壓合格率方面，利用智能型單相變壓器并采用智能單相三線制智能單相配電的美、日等國家的電壓合格率達99%以上，而我國由于低壓線路過長一方面導致線路末端電壓過低，另一方面我國中壓與低壓線路的比例不合理，且每臺配電變所供低壓線路過長，導線截面過細，低壓線路電阻及電壓降過大，從而導致了我國的低壓配網(wǎng)平均電壓合格率低。而智能單相三線制配電由于低壓線路短，電壓降較小，因此電壓合格率更高。

（三）提高電能質(zhì)量，保障供電安全

在三相不平衡方面，由于智能單相配電將中壓配線深入負荷中心，配變小容量密布點，因此經(jīng)過合理規(guī)劃，更容易做到三相平衡，而我國的三相四線制由于采用的配變供應用戶數(shù)量偏多，容量也相對偏大，這就導致了有些配變長期輕載，有些配變經(jīng)常滿載，配電變壓器容量與實際用電負荷不匹配。變壓器負荷波動大、三相負荷不平衡、中性點偏移的問題的尤其嚴重。

在供電安全性方面，采用三相四線制的供電制式當零線斷開后由于負載阻抗的不同顯然會導致中性點電位位移，電壓的升高，個別火線電壓驟升，危害照明、家電設備。而采用智能單相三線制配電時，只需認清火線與地線，用戶側(cè)接地可靠，則不會有此類情況的發(fā)生。

三、結(jié)語

智能單相配電在我國今后配網(wǎng)建設中大有可為，隨著智能配電網(wǎng)的深入發(fā)展，大量分布式可再生能源接入配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的集中配電方式將轉(zhuǎn)換為雙向互動的配電模式。由于分布式電源的多樣性和用戶負荷的多樣性，有必要對單相和三相負荷實行分別針對性的智能配電。在中壓轉(zhuǎn)換為低壓的配電環(huán)節(jié)，主要采用小容量的單相配電變壓器；同時，對單相負荷采用單相三線制的低壓配電方式，而對三相負荷則采用多臺單相變聯(lián)接或小容量三相變進行供電，即將負荷按照“單三分離”的原則進行劃分。配電變壓器的配置按照小容量、多布點的原則；中壓配電線路延長至負荷附近，同時最大限度的簡化低壓配網(wǎng)、縮短低壓配線。采用以上方式，可以在降低線損的基礎上，最大程度的適應分布式電源的靈活接入。