Umfassende Analyse von Einphasen-Verteilungstransformator-Technologien in verschiedenen Anwendungsszenarien

Führen Sie die 10 kV-Leitung zum Lastzentrum ein. Gemäß dem Prinzip „kleine Kapazität, dichte Punkte, kurzer Radius“ wird der neue Einphasen-Verteilungsmodus angewendet, der durch eine signifikante Reduktion des Niederspannungsverlusts, hohe Leistungsgüte und Zuverlässigkeit gekennzeichnet ist. Durch den Vergleich der Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit von Einphasen- und Drehstromtransformator in verschiedenen Szenarien analysiert dieser Artikel ihre Anwendungsbereiche und Anwendungsempfehlungen.Einphasen-Transformator werden nach Verteilungsmodus klassifiziert: entweder mit neutralem Punkt auf der 10 kV-Seite nicht ausgeführt (Mittelspannungsseite angeschlossen an die Netzspannung U_AB/U_BC/U_AC, „Phase-zu-Phase“) oder mit neutralem Leiter auf der 10 kV-Seite ausgeführt (Mittelspannungsseite angeschlossen an die Phasenspannung U_AN/U_BN/U_CN, „Phase-zu-Erde“), wie in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt.

1 Verlustanalyse des Einphasen-Verteilungssystems

In einem Einphasen-Verteilungssystem stammen die Netzverluste hauptsächlich aus drei Teilen: Verluste von Einphasen-Transformator, Verluste von Hochspannungsverteilungsleitungen und Verluste von Niederspannungsverteilungsleitungen. Am Beispiel des Typs D11 erfolgt die Berechnung und Analyse des Gesamtlinienverlusts wie folgt.

1.1 Einphasen-Verteilungsmodus und Anschlussspannung auf der Hochspannungsseite

Die Hochspannungsseite verwendet den Einphasen-Verteilungsmodus und ist an den Leitungsspannungen angeschlossen; die Niederspannungsseite verwendet den Einphasen-Dreileitersystem-Modus. Der Energieverlust des Versorgungsgebiets wird berechnet als:

In der Formel ist R_L der Leitungswiderstand, R_dz ist der äquivalente Widerstand der Niederspannungsleitung (Einheit: Ω); U ist 10 kV, T ist 8760 h (Betriebsstunden pro Jahr), und U_pj ist 0,38 kV (Durchschnittsspannung auf der Niederspannungsseite). ΔP ist die aktive Energie, die durch Sekundärmessung erfasst wird (Einheit: kWh); ΔQ ist die reaktive Energie, die durch Sekundärmessung erfasst wird (Einheit: kWh); K ist der Korrekturfaktor, der mit der Lastkurve zusammenhängt, mit einem Wert von 1,8.

1.2 Einphasen-Verteilungsmodus (Hochspannungsseite an Phasenspannung angeschlossen)

Die Hochspannungsseite verwendet den Einphasen-Verteilungsmodus und ist an den Phasenspannungen angeschlossen. Die Niederspannungsseite verwendet das Einphasen-Dreileitersystem. Die Formel zur Berechnung des Energieverlusts im Versorgungsgebiet lautet wie folgt:

2 Anwendungsvergleich in verschiedenen Szenarien

Am Beispiel einer bestimmten Region wurden mehrere typische Anwendungsszenarien ausgewählt, um die Wirtschaftlichkeit von Einphasen- und Drehstrom-Verteilungsmethoden in verschiedenen Versorgungsgebieten zu vergleichen. (Berücksichtigung eines 15-jährigen Lebenszyklus und einem Strompreis von 0,6083 Yuan/kWh)

2.1 Kleine Dörfer mit verstreuten Lasten

Dorf Nr. 1 hat 37 Wohnnutzer, darunter 33 Einphasen-Nutzer und 4 Drehstrom-Nutzer. Die Transformator-Kapazität beträgt 100 kVA, die 10 kV-Leitung ist 838 Meter lang, die Niederspannungsleitung 2170 Meter lang, die maximale Last 40 kW und die jährlichen Verluststunden 3400 Stunden.

• Drehstrom-Versorgung: Die Investition beträgt etwa 401.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust über den Lebenszyklus beträgt etwa 125.000 Yuan.

• Hybride Einphasen/Drehstrom-Versorgung: Die Investition beträgt etwa 512.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust beträgt etwa 38.000 Yuan.

Schlussfolgerung: Die Gesamtinvestition des hybriden Systems liegt etwa 24.000 Yuan höher als das Drehstrom-System.

2.2 Dörfer, die nicht über Hochspannungsleitungen erreicht werden können

Dorf Nr. 2 hat 75 Wohnnutzer. Die Transformator-Kapazität beträgt 150 kVA, die 10 kV-Leitung ist 752 Meter lang, und die Niederspannungsleitung 1583 Meter lang. Aufgrund der Begrenzung des Leitungskorridors kann die 10 kV-Leitung keine Stromversorgung in der Nähe bieten, was zu einer maximalen Länge der Postmeterleitung von etwa 1008 Metern und einer minimalen Spannung am Leitungsende von 179 V führt. Die maximale Last beträgt 88 kW, und die jährlichen Verluststunden 3400 Stunden.

• Drehstrom-Versorgung: Die Investition beträgt etwa 334.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust über den Lebenszyklus beträgt etwa 195.000 Yuan.

• Einphasen-Versorgung: Mit 10 kVA und 20 kVA Einphasen-Transformator beträgt die Investition etwa 468.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust beträgt etwa 27.000 Yuan.

Schlussfolgerung: Das Einphasen-System spart etwa 34.000 Yuan an Gesamtinvestitionen im Vergleich zum Drehstrom-System.

2.3 Große Dörfer mit konzentrierten Lasten

Dorf Nr. 3 hat 210 Wohnnutzer, darunter 209 Einphasen-Nutzer und 1 Drehstrom-Nutzer. Die Transformator-Kapazität beträgt 400 kVA, die 10 kV-Leitung ist 855 Meter lang, die Niederspannungsleitung 1968 Meter lang, die maximale Last 120 kW, und die jährlichen Verluststunden 3400 Stunden.

• Drehstrom-Versorgung: Die Investition beträgt etwa 427.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust über den Lebenszyklus beträgt etwa 226.000 Yuan.

• Hybride Einphasen/Drehstrom-Versorgung: Ersetzen des ursprünglichen Transformators durch einen 100 kVA Drehstrom-Transformator und Verwendung von 10 kVA/20 kVA Einphasen-Transformator für entfernte Lasten, die Investition beträgt etwa 710.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust beträgt etwa 61.000 Yuan.

Schlussfolgerung: Die Gesamtinvestition des hybriden Systems liegt etwa 118.000 Yuan höher als das Drehstrom-System.

2.4 Städtische Straßenzonen mit Lasten

Markt Nr. 4 hat 171 Nutzer (alle Einphasen), deren Lasten entlang beider Seiten einer städtischen Straße verteilt sind (Wohn- und Geschäftsnutzung). Die Transformator-Kapazität beträgt 500 kVA, die 10 kV-Leitung ist 385 Meter lang, die Niederspannungsleitung 748 Meter lang, die maximale Last 375 kW, und die jährlichen Verluststunden 3400 Stunden.

• Drehstrom-Versorgung: Die Investition beträgt etwa 250.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust über den Lebenszyklus beträgt etwa 751.000 Yuan.

• Einphasen-Versorgung: Mit 10 kVA und 20 kVA Einphasen-Transformator beträgt die Investition etwa 419.000 Yuan, und der gesamte wirtschaftliche Verlust beträgt etwa 291.000 Yuan.

Das Einphasen-System spart etwa 291.000 Yuan an Gesamtinvestitionen im Vergleich zum Drehstrom-System, und die Anwendung der Verteilungsmethoden in diesen typischen Szenarien ist in Tabelle 1 dargestellt.

3 Analyse der Anwendbarkeit der Einphasen-Verteilung

In städtischen Gebieten mit hoher Lastdichte ist die Einphasen-Verteilung aus zwei Gründen ungeeignet: 1) höhere Investitionskosten aufgrund fehlender Skaleneffekte bei Transformatoren; 2) begrenztes Potenzial zur Reduzierung von Verlusten in kurzen Niederspannungsleitungen.

In ländlichen Gebieten mit Drehstrom-Bedarf (z.B. Bewässerung von Ackerflächen) sind hybride Einphasen/Drehstrom-Versorgungssysteme erforderlich. Wählen Sie Einphasen-Anschlüsse Phase-zu-Phase, um kostspielige Umbauten der 10 kV-Speisung zu vermeiden.

Wirtschaftliche Schwellenwerte

• Transformator-Kapazitäten: 50/100/150/200 kVA

• Leitungslängen: 1–3 km (in 0,5-km-Schritten)

• Maximale Last: 50 % der Transformator-Kapazität

• Jährliche Verluststunden: 3.400

Eine quantitative Analyse zeigt, dass die Kosteneffizienz je nach Leitungslänge und Last variiert. Hybride Systeme helfen, die Investitionen zu optimieren und die Verluste zu minimieren.

4 Hauptergebnisse

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Investitionen und Verluste von Verteilungstransformatoren Skaleneffekte aufweisen. Eine großflächige Nutzung der Einphasen-Verteilung ist nicht die optimale Lösung. Ihre wirtschaftliche Machbarkeit sollte auf der Grundlage der Länge der Verteilungsleitungen und des Stromverbrauchs evaluiert werden. Allgemein gesehen ist es wirtschaftlich vorteilhaft, den Drehstrom-Verteilungsmodus in den Einphasen-Modus umzuwandeln, wenn die Kapazität des Drehstrom-Verteilungstransformators in einem Versorgungsgebiet 150 kVA erreicht und die Länge der Niederspannungsleitung 1,5 Kilometer überschreitet.