Introdurre la linea a 10 kV al centro di carico. Seguendo il principio "piccola capacità, punti densi, raggio corto", adottare la nuova modalità di distribuzione monofase, caratterizzata da una notevole riduzione delle perdite in bassa tensione, alta qualità e affidabilità dell'energia. Confrontando l'economia e l'affidabilità dei trasformatori monofase e trifase in diversi scenari, questo articolo analizza il loro ambito di applicazione e suggerimenti per l'applicazione.I trasformatori monofase sono classificati in base alla modalità di distribuzione: con il punto neutro del lato a 10 kV non estratto (lato medio collegato alla tensione di linea UAB/UBC/UAC, "fase-fase") o con il punto neutro del lato a 10 kV estratto (lato medio collegato alla tensione di fase UAN/UBN/UCN, "fase-terra"), come mostrato nelle figure 1 e 2.
1 Analisi delle perdite nel sistema di distribuzione monofase
In un sistema di distribuzione monofase, le perdite della rete provengono principalmente da tre parti: perdite dei trasformatori monofase, perdite delle linee di distribuzione ad alta tensione e perdite delle linee di distribuzione a bassa tensione. Prendendo come esempio il tipo D11, il calcolo e l'analisi delle perdite complessive sulla linea sono i seguenti.
1.1 Modalità di distribuzione monofase e tensione di connessione del lato ad alta tensione
Il lato ad alta tensione adotta la modalità di distribuzione monofase e si connette tra le tensioni di linea; il lato a bassa tensione adotta la modalità di sistema monofase a tre fili. La perdita di energia nell'area della stazione di distribuzione è calcolata come segue:
Nella formula, RL è la resistenza della linea, Rdz è la resistenza equivalente della linea a bassa tensione (unità: Ω); U è 10 kV, T è 8760 h (ore di funzionamento annuali), e Upj è 0.38 kV (tensione media sul lato a bassa tensione). ΔP è l'energia attiva registrata dalla misurazione secondaria (unità: kWh); ΔQ è l'energia reattiva registrata dalla misurazione secondaria (unità: kWh); K è il coefficiente di correzione relativo alla curva di carico, con un valore di 1.8.
1.2 Modalità di distribuzione monofase (lato ad alta tensione connesso alla tensione di fase)
Il lato ad alta tensione adotta la modalità di distribuzione monofase e si connette tra le tensioni di fase. Il lato a bassa tensione utilizza il sistema monofase a tre fili. La formula di calcolo della perdita di energia nell'area della stazione di distribuzione è la seguente:
2 Confronto di applicazione in diversi scenari
Prendendo come esempio una certa regione, sono stati selezionati alcuni scenari di applicazione tipici per confrontare l'economicità dei metodi di distribuzione monofase e trifase in diverse aree di stazione. (Considerando un ciclo di vita di 15 anni e un prezzo dell'energia di 0,6083 yuan/kWh)
2.1 Piccoli villaggi con carichi dispersi
Il Villaggio #1 ha 37 utenti residenziali, inclusi 33 utenti monofase e 4 utenti trifase. La capacità del trasformatore di distribuzione è 100 kVA, la linea a 10 kV è lunga 838 metri, la linea a bassa tensione è lunga 2170 metri, il carico massimo è 40 kW, e le ore di perdita annuale sono 3400 ore.
Fornitura trifase: L'investimento è di circa 401.000 yuan, e la perdita economica totale nel ciclo di vita è di circa 125.000 yuan.
Fornitura ibrida monofase/trifase: L'investimento è di circa 512.000 yuan, e la perdita economica totale è di circa 38.000 yuan.
Conclusione: L'investimento totale del sistema ibrido è di circa 24.000 yuan superiore rispetto al sistema trifase.
2.2 Villaggi non raggiungibili dalle linee ad alta tensione
Il Villaggio #2 ha 75 utenti residenziali. La capacità del trasformatore di distribuzione è 150 kVA, la linea a 10 kV è lunga 752 metri, e la linea a bassa tensione è lunga 1583 metri. A causa della limitazione del corridoio della linea, la linea a 10 kV non può fornire energia nelle vicinanze, risultando in una lunghezza massima della linea post-contatore di circa 1008 metri e una tensione minima di 179 V alla fine della linea. Il carico massimo è 88 kW, e le ore di perdita annuale sono 3400 ore.
Fornitura trifase: L'investimento è di circa 334.000 yuan, e la perdita economica totale nel ciclo di vita è di circa 195.000 yuan.
Fornitura monofase: Utilizzando trasformatori monofase da 10 kVA e 20 kVA, l'investimento è di circa 468.000 yuan, e la perdita economica totale è di circa 27.000 yuan.
Conclusione: Il sistema monofase risparmia circa 34.000 yuan in termini di investimento totale rispetto al sistema trifase.
2.3 Grandi villaggi con carichi concentrati
Il Villaggio #3 ha 210 utenti residenziali, inclusi 209 utenti monofase e 1 utente trifase. La capacità del trasformatore di distribuzione è 400 kVA, la linea a 10 kV è lunga 855 metri, la linea a bassa tensione è lunga 1968 metri, il carico massimo è 120 kW, e le ore di perdita annuale sono 3400 ore.
Fornitura trifase: L'investimento è di circa 427.000 yuan, e la perdita economica totale nel ciclo di vita è di circa 226.000 yuan.
Fornitura ibrida monofase/trifase: Sostituendo il trasformatore originale con un trasformatore trifase da 100 kVA e utilizzando trasformatori monofase da 10 kVA/20 kVA per i carichi remoti, l'investimento è di circa 710.000 yuan, e la perdita economica totale è di circa 61.000 yuan.
Conclusione: L'investimento totale del sistema ibrido è di circa 118.000 yuan superiore rispetto al sistema trifase.
2.4 Aree di carico urbano stradale
Il Mercato #4 ha 171 utenti (tutti monofase), con carichi distribuiti su entrambi i lati di una strada urbana (mix residenziale e commerciale). La capacità del trasformatore di distribuzione è 500 kVA, la linea a 10 kV è lunga 385 metri, la linea a bassa tensione è lunga 748 metri, il carico massimo è 375 kW, e le ore di perdita annuale sono 3400 ore.
Fornitura trifase: L'investimento è di circa 250.000 yuan, e la perdita economica totale nel ciclo di vita è di circa 751.000 yuan.
Fornitura monofase: Utilizzando trasformatori monofase da 10 kVA e 20 kVA, l'investimento è di circa 419.000 yuan, e la perdita economica totale è di circa 291.000 yuan.
Il sistema monofase risparmia circa 291.000 yuan in termini di investimento totale rispetto al sistema trifase, e l'applicazione dei metodi di distribuzione di energia in questi scenari tipici è mostrata nella Tabella 1.
3 Analisi dell'applicabilità della distribuzione monofase
Nelle aree urbane con alta densità di carico, la distribuzione monofase non è adatta per due motivi: 1) Costi di investimento più elevati a causa della mancanza di economie di scala nei trasformatori; 2) Potenziale limitato per la riduzione delle perdite in linee a bassa tensione corte.
Nelle aree rurali con richieste di energia trifase (ad esempio, irrigazione agricola) sono necessari sistemi di fornitura ibridi monofase/trifase. Optare per connessioni monofase fase-fase per evitare costose modifiche ai feeder a 10 kV.
Soglie economiche
Capacità dei trasformatori: 50/100/150/200 kVA
Lunghezze delle linee: 1-3 km (in incrementi di 0,5 km)
Carico massimo: 50% della capacità del trasformatore
Ore di perdita annuale: 3.400
L'analisi quantitativa rivela che la convenienza economica varia con la lunghezza della linea e il carico. I sistemi ibridi aiutano a ottimizzare l'investimento e a minimizzare le perdite.
4 Conclusioni principali
In sintesi, l'investimento e le perdite dei trasformatori di distribuzione presentano economie di scala. L'utilizzo su larga scala della distribuzione monofase non è l'approccio ottimale. La sua convenienza economica dovrebbe essere valutata in base alla lunghezza delle linee di distribuzione e al consumo di energia. In generale, quando la capacità del trasformatore di distribuzione trifase in un'area di stazione raggiunge 150 kVA e la lunghezza della linea a bassa tensione supera 1,5 chilometri, la conversione del sistema di distribuzione trifase al sistema monofase è economicamente vantaggiosa.
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