10kV單相配電變壓器的降損應(yīng)用

● 湖南·國網(wǎng)懷化供電公司 李 柱 張 萌 姚 俊 汪 民

配電網(wǎng)的線損管理，歷來是線損管理的重點和難點，相關(guān)統(tǒng)計資料表明，在供電環(huán)節(jié)中，10kV及以下配電網(wǎng)的損失電量，占到了地區(qū)損失電量的60%～70%。針對這一現(xiàn)狀，供電企業(yè)開展了配電設(shè)備的配置分析，結(jié)果表明配電設(shè)備的配置狀況與國外相比，差異十分明顯。我國配電變壓器單臺容量較大，低壓供電半徑較長，是制約降低配網(wǎng)線損的主要因素。引進(jìn)單相配電變壓器，實現(xiàn)配網(wǎng)降損目標(biāo)，成為供電企業(yè)降損工作的一個重點。

1 應(yīng)用思路

1.1 基本特點

單相配電變壓器是一次繞組和二次繞組均為單相繞組的配電變壓器。單相配變分火線零線，火線有1～2個抽頭，額定相電壓均為220V，不能提供380V的線電壓。相較于三相變壓器，單相變壓器具有重量輕、安裝占地小，可深入負(fù)荷中心等特點，對于降低建造成本和運行成本有重大意義。

1.2 適用范圍

結(jié)合單相配電變壓器的自身特點，可重點改造以下區(qū)域：一是存在重過載、三相不平衡、線損高、低電壓等問題的臺區(qū)；二是無三相用戶的老式居民小區(qū)，視情況采用一棟樓或一單元使用一臺單相變壓器供電；三是城鄉(xiāng)結(jié)合部、居民生活用電集中區(qū)域，便于施工和結(jié)構(gòu)布置；四是郊區(qū)及集鎮(zhèn)小工業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，采用單相變壓器與三相變壓器共存的方式，前者供居民生活用電，后者供工業(yè)用電。

1.3 定性分析

相同容量的單相變壓器比三相變壓器用鐵減少20%，用銅減少10%。尤其是采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)時，變壓器的空載損耗可下降15%以上，這將使單相變壓器的制造成本和使用成本同時下降，從而獲得最佳的壽命周期。

在電網(wǎng)中采用單相供電系統(tǒng)，可節(jié)省導(dǎo)線33%～63%，按經(jīng)濟電流密度計算，可節(jié)約導(dǎo)線重量42%，按機械強度計算，可降低導(dǎo)線消耗66%。因此可降低整個配電線路的建設(shè)投資,這在我國地域廣闊的農(nóng)村和城鎮(zhèn)路燈照明及居民生活用電方面是很有意義的。

由于單相變壓器采用無接縫的卷鐵結(jié)構(gòu)和專用設(shè)備燒制，因此與三相變壓器相比，其噪聲減小10dB，可較好的解決過去增容時變壓器難以“立足”的問題。

2 應(yīng)用實例

2.1 改造臺區(qū)概況

懷化供電公司對問題臺區(qū)進(jìn)行篩選，通過用戶走訪，選取了七公司#2桿變臺區(qū)進(jìn)行單相配電變壓器改造試點工作。七公司#2桿變臺區(qū)原為1臺S9-400kVA公用配變，供電半徑0.85km，該臺區(qū)供電區(qū)域為建筑第七工程公司家屬區(qū)，掛接用戶330戶，供電區(qū)域內(nèi)房屋緊湊、用戶分布密集，造成該臺區(qū)供電用戶多。根據(jù)運行數(shù)據(jù)顯示，臺區(qū)2015年A相最大負(fù)載率達(dá)到81%，B相最大負(fù)載率達(dá)到94%，C相最大負(fù)載率達(dá)到64%，且三相不平衡問題嚴(yán)重，全年不平衡度達(dá)98%，全年61.68%的時間三相不平衡度高于15%，臺區(qū)年平均線損達(dá)8.62%，月最高線損達(dá)12.27%。此外，受重載、三相不平衡影響，負(fù)荷高峰時期臺區(qū)末端用戶電壓僅192V，臺區(qū)供電質(zhì)量整體不高。

2.2 改造情況

小區(qū)以每棟樓（50戶左右）為1個供電單元對應(yīng)安裝1臺單相變壓器。通過前期負(fù)荷實測及采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，將原400kVA變壓器更換為2臺80kVA和4臺50kVA單相變壓器。

該小區(qū)的單相變壓器施工改造工程新立12m電桿3基，新建高壓線路371m，改造低壓主干線路1102m，將330戶用戶分配至新增的6臺單相變壓器。改造后單相變壓器供電半徑最遠(yuǎn)69m，最近42m。

2.3 安裝方式

（1）單桿安裝方式。經(jīng)過查閱《配電網(wǎng)工程典型設(shè)計》及相關(guān)資料，采用單桿安裝的方式，架設(shè)兩相高壓線，10kV絕緣線采用側(cè)面引下并使用短橫擔(dān)，跌落式熔斷器采用背面安裝方式，自制緊湊型低壓綜配箱采用單桿懸掛安裝方式，低壓出線采用電纜架空敷設(shè)方式。

（2）低壓三線制接線方式。單相變壓器低壓側(cè)有a1、a2、x1、x2 4個抽頭，可采用三線制或四線制（區(qū)別為是否共用零線）。考慮到實際應(yīng)用中a1和a2這2個回路負(fù)載不可能近似平衡，三線制將x1、x2合并后較四線制不會形成零線電流，可降低損耗50%，因此本次8臺單相變壓器均采用三線制接法，將2個零線端短接，引出公用零線，2個相線端分別引出，作為兩回低壓供電線路。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 負(fù)荷平衡的成效分析

“兩相三線制”接法將原來分散在3個回路的負(fù)荷集中到2個回路上，負(fù)荷更易分配；每回路低壓額定電流較原來也相應(yīng)增大、抗過載能力增強，有效解決了三相不平衡及其引起的重過載問題。以100kVA三相變壓器更換為同容量單相變壓器為例，三相變壓器一回路額定電流為144A，而單相變壓器一回路有228A，可見單相變壓器的單回額定電流提高58%，容量利用率也相應(yīng)得到提高。

選取改造后的高峰負(fù)荷典型日11月27日、低谷負(fù)荷典型日10月29日分別與改造前一年的典型日11月10日、10月24日進(jìn)行負(fù)載率對比，結(jié)果如表1所示。

表1 單相變壓器與三相變壓器負(fù)載率比對表

可見同樣是高峰負(fù)荷典型日單相變壓器較三相變壓器的平均負(fù)載率降低22%，低谷期負(fù)載率變化不大，容量利用率明顯提高。

3.2 供電質(zhì)量效果分析

單相變壓器就近安裝可大幅縮短低壓供電半徑,所帶用戶較三相變壓器減少，能更精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)供電電壓，提高電壓質(zhì)量。改造前，七公司#2桿變臺區(qū)負(fù)荷高峰時期末端用戶電壓一度達(dá)低至192V。改造后，供電半徑從原來的720m減少到現(xiàn)在的69m，末端電壓穩(wěn)定在218V。

3.3 損耗效果分析

（1）變壓器損耗對比分析。以1臺100kVA三相變壓器更換為2臺50kVA單相變壓器為例?？蛰d損耗：三相變壓器月?lián)p耗209kWh/月；單相變壓器月?lián)p耗122kWh/月。負(fù)載損耗（按60%的負(fù)載率，取負(fù)荷形狀系數(shù)為0.55）：三相變壓器月?lián)p耗285kWh/月；單相變壓器月?lián)p耗188kWh/月。月?lián)p耗相差184kWh，可見將原S9型三相變壓器更換為單相變壓器，變壓器損耗降低了37%。

（2）低壓線路損耗分析。單相變壓器縮短了低壓供電半徑從而大幅降低線路損耗。原400kVA三相變壓器替換為4臺50kVA和2臺80kVA的單相變壓器，將原雙回低壓主干線和低壓桿改造為高壓線路就近掛接單相變壓器，進(jìn)戶線路徑依舊不變。因此，除去未改造的重疊低壓線路部分，單相變壓器低壓線路損耗可視為0，則原三相變壓器多供低壓線路單回?fù)p耗為2384W，每月合計線路損耗3433kWh。

總體分析七公司#2桿變臺區(qū)線損，原三相變壓器每月平均供電量為52387kWh，平均線損率為8.93%。可見原三相變壓器每月低壓線路損耗占3433/52387=6.55%，占總線損率的73%。通過單相變壓器改造后預(yù)計線損可由 8.93%降至 2.38%。

（3）實際線損同比分析。經(jīng)過對七公司#2桿變臺區(qū)改造后3個月單相變壓器的線損同比情況統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，實際改造后臺區(qū)線損同比由8.63%降低至2.82%，下降67%，降損節(jié)能效果顯著。 每月節(jié)約電量=43423×（8.63%-2.82%）=2523kWh。 年節(jié)約電費=2523×0.588×12=17802 元。

3.4 效益分析

（1）工程效益分析。由于變壓器數(shù)量增多，導(dǎo)致變壓器本體及附件、綜合配電箱、安裝施工費增加，因此較建設(shè)1臺三相變壓器所需的材料、施工費用多出130660-94790=35870元（參考2016年國網(wǎng)配電網(wǎng)典型設(shè)計）。但按照目前七公司#2桿變臺區(qū)線損下降幅度，改造后年節(jié)約電費可達(dá)17802元，因此僅需2年即可收回額外增加的建設(shè)成本。

（2）供電可靠性分析。單相變壓器改造后，供電可靠性大幅提升。一是單臺變壓器供帶用戶大幅減少，如遇變壓器故障或停電檢修時，大幅減小了停電范圍和影響，保證了非故障變壓器所供居民的正常用電；二是單相配電變壓器較三相變壓器容量小、結(jié)構(gòu)簡單、變壓器本身故障率低，加之便于安裝和調(diào)換，可大幅縮短故障處理時間。

（3）社會效益更突出。單相變壓器環(huán)保性能更優(yōu)越，高低壓布線少，減少用材、占地和投資。其空載損耗低，無功需求低，噪聲小，對居民影響小。