论文部分内容阅读
摘要：简述了单相供电模式的优势与局限性，介绍了单相供电模式能够有效降低配变损耗及线路损耗，同时与三相供电模式进行简单对比，指导实际方案设计及施工建设时选择合适的供电系统，最终为客户提供安全、可靠电源保证，提高电力公司优秀的服务形象。
关键词：单相供电；降低配变损耗；降低网损
中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0203-02
随着人们生活水平的提高，城乡居民生活用电急剧增加，人们在对电能需求增加的同时，对电能质量也提出较高的要求。在我国，E类供电区（农村）面积相对较大，负荷分布相对比较分散，使用容量较大的三相配电变压器和三相四线制供电，资源利用度达不到经济性要求，线损也偏高。很多地区的低压配电网仍然存在低压供电半径过长、电压偏低以及配电变压器容量偏大、负荷偏小等所谓的“大马拉小车”的情况，不仅造成电力设备资源的浪费，设备利用率偏低也导致电网能耗过大。三相动力电和普通居民用户共用一台变压器情况居多，这就造成用户用电设备不能再额定电压下运行，电压质量不满足要求。
一、关于单相供电模式的探讨
1.采用单相变压器供电
日本、美国等发达国家很早就开始注重配电网建设、改造过程中用户的电压优化及改善。例如日本，居民生活用电占很大比例，通常两户采用一个单相小容量变压器供电，采用电缆引下方式至用户，不失美观，而且可靠性非常高。
新农村规划布局比较合理，负荷分布较均匀，住户比较集中如图1所示。负荷密度低，将配电变压器布置靠近负荷中心处，既能保证电压质量要求又降低了网损。
该单相供电模式的变压器容量小，供电线路半径短，不仅有效减小了变压器空载损耗，而且降低了配电网损耗。在实际运行中，安全性、可靠性水平均较高，经济效益和社会效益显著。
对于偏远的山区或者牧区，采用低压单相供电不仅能够解决农村的住户分散，如图2所示。如果采用三相供电则低压供电半径过长，低压损失较大情况，可以控制施工费用，降低工程造价。另外，由于供电半径短，线路末端电压降低少，供电电压质量高，有效保证用户电力设备在标准额定电压下运行，提高用户设备使用寿命，提高客户满意度。
农村地区，空间充裕，对空间布局要求较低，允许架空线进入用户终端，在方案设计时可以直接根据国家电网公司典设选择单杆单相柱上变压器台方案即可，不仅造价低廉，而且线损比较小。而对于城市内的连排别墅，尤其是对空间布局要求较高的小区，计划采用单相变压器供电时，如果不便采用柱上变压器台和架空线引线入户时，小区配套配置需要电缆进出线，可以采用单相箱式变电站进行供电方案的设计。然而，并不是简单选择箱式变电站或者配电室就可以满足用户负荷需求，设计时需要“高瞻远瞩”，即必须综合考虑电网规划的未来年负荷预测结果，利用负荷预测结果进行指导实际设计及施工建设。因为空间不足或紧张时，新建变电工程本期规模一般考虑一次建成，在考虑配变容量选择合理的同时，还要考虑变压器负载率适宜，才能在最短时间收回投资。针对具有很大发展前景的地区，首先对当地经济发展趋势进行提前预估和判断，做好饱和年的负荷预测结果，如果饱和年的负荷与短期规划结果相差较大，则需考虑设计未来增容改造技术方案。例如，如果用地紧张，在建设初期可以通过预留空间来满足未来年的负荷增长趋势。
采用单相变压器，小容量，密布点，短半径，供电方式特别适合于城市负荷增长空间大、增长速度较快的区域。
2.采用单相二线制供电模式
当采用同样截面的导线并且以单相供电就能满足负荷和距离的要求时，如果仍采用习惯三相制供电方式，那就会造成明显的浪费，至少要多浪费一根同样截面的导线，该导线造成的损耗也会相应的增加。对农村负荷用单相供电的每回馈电线路上，不仅能够节省一根导线而且节约相应的投资。单相馈电线路供电方式为由相线和中性线间抽头引出，进入户表，由低压进户线引到用户。
在蒙东地区，由于农村低压电网负荷分布广、密度小、线路长，很多地区多采取就地平衡的单相配电变压器，配合两火线一中性线三芯集束导线供电的新模式（简称ab0 系统）。[1]
采用单相供电时，在低压杆塔的选择方面也能够降低单相杆塔成本。首先，如果采用单相供电时，只需要选择一个瓷绝缘子，而三相四线制供电时则必须选用三个瓷绝缘子，不仅绝缘子的数量增多，成本增加，而且横担及相应的铁附件等物料的选择也相应增加；其次，如果采用相同截面的导线，单相供电时，杆塔承受的机械力只等于三相供电三分之一，在选择转角和终端杆塔时也较简单，同时也能够降低拉线选择的选择标准，多方面降低线路设计造价。最后，单相供电时，由于杆塔承受的力相对较小，设计档距时可以相应加大，较三相供电时档距增大，从而减少了杆塔数量，进一步降低了线路设计及建设造价。
3.单相供电模式优势分析
（1）降低配变损耗。根据国家电网供电标准物料，单相变压器最小容量是10kVA，空载损耗为80W；而三相变压器容量最小为30kVA，空载损耗为130W，两者相差50W，只针对空载损耗一项指标，一台单相变压器一年就可以减少438kW·h电量，假如按照居民生活用电量统一销售价格0.49元/kW·h计算，配网运行配变单相节约电量效益为214.62元。
（2）降低网损。设计给同一个居民住宅楼，负荷数量相同供电。方案1：采用三相变压器供电时（深入负荷中心设计），低压主干线拟采用型号为YJV22-4×120电力电缆，配变到低压配电箱距离在50～70m，低压进户线采用进单元表箱的低压分支线为YJV22-4×35电力电缆，配电箱至用户表箱的平均供电距离在20～30m。方案2：采用两相高压电缆线路延伸、单相三线低压电缆供电方案，架空高压主干线从小区外围经过，由柱上引两相配电线路，经10kV电缆入地送入居民区，在靠近居民住宅楼前安装单相箱式变，低压出线路经电缆送入单元电表箱。高压主分支线为YJV22-4×95电力电缆，高压供电半径长200～300m；配变进表箱，低压接户线为YJV22-35电力电缆，配电箱到用户表箱10m以内。 由计算得出，方案1的低压线路损耗为：1092kW·h；方案2的高压线路损耗为15kW·h，低压线路损耗为194kW·h；仍然按照居民生活用电量统一销售价格0.49元/kW·h计算，年节约电量经济效益=0.49元×（1092-194-15）kW·h=432.67元。
通过例举三相供电和单相供电两种模式两种示例，进一步对比分析来说明单相供电模式降低网损的明显经济效益。
（3）降低无功配置。单相供电模式，供电半径短，末端电压降低少，因此在低压侧用户终端可以不用另外加装无功补偿装置。另外，由于单相变压器空载损耗比较小，空载电流较三相变压器明显下降，从而显著降低了从上级电网吸收无功的需求。
（4）负载平衡性。在我国，中压配网系统或者10kV系统大都采用三相三线制，中性点为不接地系统，不论负荷性质如何，全部采用此种接线方式供电。对于农村负荷分散，同时负荷密度小的区域，很难做到三相平衡。三相平衡将会导致配变损耗、线路损耗增加，严重情况损坏电力设备，电力企业利益将会受到影响。对于用户来说，如果是一相或者两相负荷偏重引起三相负荷不平衡，必将导致线路压降过大，降低电压质量，影响用户电器设备的正常使用，用户对电力公司的投诉也会相应增加，严重影响企业的经济效益和社会效益。利用单相供电模式则不需要考虑三相负荷不平衡的影响。
（5）专用变压器用户供电模式。随着单相变压器的推出和使用，很多小工业用户和商业用户越来越多采用单相专用配电变压器供电。采用专用变压器供电，对用户本身来说可靠性较高，电力公司在管理和运维方面都很方便。
（6）环境影响。随着人们生活质量的提高，人们对环境质量的关注也日益提高，其中噪声就是人们衡量环境的一项关键指标。单相变压器采用了无接缝的铁芯结构，相同运行环境条件下，相对于三相干式变压器或非晶合金的变压器来说，设备运行过程中噪音减小30～45dB，不影响居民日常生活。
4.单相供电模式的弊端
（1）建设初期投资大。单相供电系统的配置原则是“小容量、密布点、短半径”，导致配电变压器数量大于三相大容量变压器数量。同时，随着变压器配置数量的增加，其相应的保护设备如开关类、跌落式熔断器等相关设备增加，必然导致初期投资较大。
（2）不能满足特殊三相负荷需求。无论是城市还是农村，都存在需要特殊供电的三相负荷。对于城市高层电梯公寓，容积率较高时，虽然可以利用多个小容量单相变压器组成“星-星”接线或“星-角”接线为负荷供电，但是运行安全性和供电可靠性较差，不能为用户提供稳定较高的电源。在农村地区，夏季农业灌溉负荷需求比较大，利用多个单相变压器供电也不能满足负荷需求。因此在上述两种情况下，就不能一味考虑经济性要求采用单相供电，而是要根据负荷实际需要选择三相供电方式满足用户需求。
二、结束语
总之，在设计供电系统、选择配置方案时，应做好实际需求调研，充分结合供电区域的负荷性质及供电区域的设计习惯和特性，综合考虑单相供电系统的优缺点，争取扬长避短，科学合理选择供电方式，为客户提供高可靠性、高稳定性电源，为企业创造更大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]吴现珉.单相供电模式的效益分析[J].农村电气化，2008，（2）.
[2]郭俊.电网单相供电技术的研究与应用[J].电源技术应用，
2013，（6）.
[3]潘斌.单相变压器的节能应用分析[J].大众用电，2012，（10）.
（责任编辑：孙晴）
关键词：单相供电；降低配变损耗；降低网损
中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0203-02
随着人们生活水平的提高，城乡居民生活用电急剧增加，人们在对电能需求增加的同时，对电能质量也提出较高的要求。在我国，E类供电区（农村）面积相对较大，负荷分布相对比较分散，使用容量较大的三相配电变压器和三相四线制供电，资源利用度达不到经济性要求，线损也偏高。很多地区的低压配电网仍然存在低压供电半径过长、电压偏低以及配电变压器容量偏大、负荷偏小等所谓的“大马拉小车”的情况，不仅造成电力设备资源的浪费，设备利用率偏低也导致电网能耗过大。三相动力电和普通居民用户共用一台变压器情况居多，这就造成用户用电设备不能再额定电压下运行，电压质量不满足要求。
一、关于单相供电模式的探讨
1.采用单相变压器供电
日本、美国等发达国家很早就开始注重配电网建设、改造过程中用户的电压优化及改善。例如日本，居民生活用电占很大比例，通常两户采用一个单相小容量变压器供电，采用电缆引下方式至用户，不失美观，而且可靠性非常高。
新农村规划布局比较合理，负荷分布较均匀，住户比较集中如图1所示。负荷密度低，将配电变压器布置靠近负荷中心处，既能保证电压质量要求又降低了网损。
该单相供电模式的变压器容量小，供电线路半径短，不仅有效减小了变压器空载损耗，而且降低了配电网损耗。在实际运行中，安全性、可靠性水平均较高，经济效益和社会效益显著。
对于偏远的山区或者牧区，采用低压单相供电不仅能够解决农村的住户分散，如图2所示。如果采用三相供电则低压供电半径过长，低压损失较大情况，可以控制施工费用，降低工程造价。另外，由于供电半径短，线路末端电压降低少，供电电压质量高，有效保证用户电力设备在标准额定电压下运行，提高用户设备使用寿命，提高客户满意度。
农村地区，空间充裕，对空间布局要求较低，允许架空线进入用户终端，在方案设计时可以直接根据国家电网公司典设选择单杆单相柱上变压器台方案即可，不仅造价低廉，而且线损比较小。而对于城市内的连排别墅，尤其是对空间布局要求较高的小区，计划采用单相变压器供电时，如果不便采用柱上变压器台和架空线引线入户时，小区配套配置需要电缆进出线，可以采用单相箱式变电站进行供电方案的设计。然而，并不是简单选择箱式变电站或者配电室就可以满足用户负荷需求，设计时需要“高瞻远瞩”，即必须综合考虑电网规划的未来年负荷预测结果，利用负荷预测结果进行指导实际设计及施工建设。因为空间不足或紧张时，新建变电工程本期规模一般考虑一次建成，在考虑配变容量选择合理的同时，还要考虑变压器负载率适宜，才能在最短时间收回投资。针对具有很大发展前景的地区，首先对当地经济发展趋势进行提前预估和判断，做好饱和年的负荷预测结果，如果饱和年的负荷与短期规划结果相差较大，则需考虑设计未来增容改造技术方案。例如，如果用地紧张，在建设初期可以通过预留空间来满足未来年的负荷增长趋势。
采用单相变压器，小容量，密布点，短半径，供电方式特别适合于城市负荷增长空间大、增长速度较快的区域。
2.采用单相二线制供电模式
当采用同样截面的导线并且以单相供电就能满足负荷和距离的要求时，如果仍采用习惯三相制供电方式，那就会造成明显的浪费，至少要多浪费一根同样截面的导线，该导线造成的损耗也会相应的增加。对农村负荷用单相供电的每回馈电线路上，不仅能够节省一根导线而且节约相应的投资。单相馈电线路供电方式为由相线和中性线间抽头引出，进入户表，由低压进户线引到用户。
在蒙东地区，由于农村低压电网负荷分布广、密度小、线路长，很多地区多采取就地平衡的单相配电变压器，配合两火线一中性线三芯集束导线供电的新模式（简称ab0 系统）。[1]
采用单相供电时，在低压杆塔的选择方面也能够降低单相杆塔成本。首先，如果采用单相供电时，只需要选择一个瓷绝缘子，而三相四线制供电时则必须选用三个瓷绝缘子，不仅绝缘子的数量增多，成本增加，而且横担及相应的铁附件等物料的选择也相应增加；其次，如果采用相同截面的导线，单相供电时，杆塔承受的机械力只等于三相供电三分之一，在选择转角和终端杆塔时也较简单，同时也能够降低拉线选择的选择标准，多方面降低线路设计造价。最后，单相供电时，由于杆塔承受的力相对较小，设计档距时可以相应加大，较三相供电时档距增大，从而减少了杆塔数量，进一步降低了线路设计及建设造价。
3.单相供电模式优势分析
（1）降低配变损耗。根据国家电网供电标准物料，单相变压器最小容量是10kVA，空载损耗为80W；而三相变压器容量最小为30kVA，空载损耗为130W，两者相差50W，只针对空载损耗一项指标，一台单相变压器一年就可以减少438kW·h电量，假如按照居民生活用电量统一销售价格0.49元/kW·h计算，配网运行配变单相节约电量效益为214.62元。
（2）降低网损。设计给同一个居民住宅楼，负荷数量相同供电。方案1：采用三相变压器供电时（深入负荷中心设计），低压主干线拟采用型号为YJV22-4×120电力电缆，配变到低压配电箱距离在50～70m，低压进户线采用进单元表箱的低压分支线为YJV22-4×35电力电缆，配电箱至用户表箱的平均供电距离在20～30m。方案2：采用两相高压电缆线路延伸、单相三线低压电缆供电方案，架空高压主干线从小区外围经过，由柱上引两相配电线路，经10kV电缆入地送入居民区，在靠近居民住宅楼前安装单相箱式变，低压出线路经电缆送入单元电表箱。高压主分支线为YJV22-4×95电力电缆，高压供电半径长200～300m；配变进表箱，低压接户线为YJV22-35电力电缆，配电箱到用户表箱10m以内。 由计算得出，方案1的低压线路损耗为：1092kW·h；方案2的高压线路损耗为15kW·h，低压线路损耗为194kW·h；仍然按照居民生活用电量统一销售价格0.49元/kW·h计算，年节约电量经济效益=0.49元×（1092-194-15）kW·h=432.67元。
通过例举三相供电和单相供电两种模式两种示例，进一步对比分析来说明单相供电模式降低网损的明显经济效益。
（3）降低无功配置。单相供电模式，供电半径短，末端电压降低少，因此在低压侧用户终端可以不用另外加装无功补偿装置。另外，由于单相变压器空载损耗比较小，空载电流较三相变压器明显下降，从而显著降低了从上级电网吸收无功的需求。
（4）负载平衡性。在我国，中压配网系统或者10kV系统大都采用三相三线制，中性点为不接地系统，不论负荷性质如何，全部采用此种接线方式供电。对于农村负荷分散，同时负荷密度小的区域，很难做到三相平衡。三相平衡将会导致配变损耗、线路损耗增加，严重情况损坏电力设备，电力企业利益将会受到影响。对于用户来说，如果是一相或者两相负荷偏重引起三相负荷不平衡，必将导致线路压降过大，降低电压质量，影响用户电器设备的正常使用，用户对电力公司的投诉也会相应增加，严重影响企业的经济效益和社会效益。利用单相供电模式则不需要考虑三相负荷不平衡的影响。
（5）专用变压器用户供电模式。随着单相变压器的推出和使用，很多小工业用户和商业用户越来越多采用单相专用配电变压器供电。采用专用变压器供电，对用户本身来说可靠性较高，电力公司在管理和运维方面都很方便。
（6）环境影响。随着人们生活质量的提高，人们对环境质量的关注也日益提高，其中噪声就是人们衡量环境的一项关键指标。单相变压器采用了无接缝的铁芯结构，相同运行环境条件下，相对于三相干式变压器或非晶合金的变压器来说，设备运行过程中噪音减小30～45dB，不影响居民日常生活。
4.单相供电模式的弊端
（1）建设初期投资大。单相供电系统的配置原则是“小容量、密布点、短半径”，导致配电变压器数量大于三相大容量变压器数量。同时，随着变压器配置数量的增加，其相应的保护设备如开关类、跌落式熔断器等相关设备增加，必然导致初期投资较大。
（2）不能满足特殊三相负荷需求。无论是城市还是农村，都存在需要特殊供电的三相负荷。对于城市高层电梯公寓，容积率较高时，虽然可以利用多个小容量单相变压器组成“星-星”接线或“星-角”接线为负荷供电，但是运行安全性和供电可靠性较差，不能为用户提供稳定较高的电源。在农村地区，夏季农业灌溉负荷需求比较大，利用多个单相变压器供电也不能满足负荷需求。因此在上述两种情况下，就不能一味考虑经济性要求采用单相供电，而是要根据负荷实际需要选择三相供电方式满足用户需求。
二、结束语
总之，在设计供电系统、选择配置方案时，应做好实际需求调研，充分结合供电区域的负荷性质及供电区域的设计习惯和特性，综合考虑单相供电系统的优缺点，争取扬长避短，科学合理选择供电方式，为客户提供高可靠性、高稳定性电源，为企业创造更大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]吴现珉.单相供电模式的效益分析[J].农村电气化，2008，（2）.
[2]郭俊.电网单相供电技术的研究与应用[J].电源技术应用，
2013，（6）.
[3]潘斌.单相变压器的节能应用分析[J].大众用电，2012，（10）.
（责任编辑：孙晴）