Analyse Approfondie des Technologies de Transformateurs Monophasés de Distribution dans Plusieurs Scénarios d'Application

Introduisez la ligne de 10 kV au centre de charge. En suivant le principe de "petite capacité, points denses, rayon court", adoptez le nouveau mode de distribution monophasée, caractérisé par une réduction notable des pertes en basse tension, une haute qualité et fiabilité de l'énergie. En comparant l'économie et la fiabilité des transformateurs monophasés et triphasés dans différents scénarios, cet article analyse leur champ d'application et les suggestions d'utilisation.Les transformateurs monophasés sont classés selon le mode de distribution : soit avec le point neutre du côté de 10 kV non sorti (côté moyen-voltage connecté à la tension de ligne U_AB/U_BC/U_AC, "phase-à-phase"), soit avec la ligne neutre du côté de 10 kV sortie (côté moyen-voltage connecté à la tension de phase U_AN/U_BN/U_CN, "phase-à-la-terre"), comme indiqué dans les Figures 1 et 2.

1 Analyse des pertes du système de distribution monophasée

Dans un système de distribution monophasée, les pertes du réseau proviennent principalement de trois parties : les pertes des transformateurs monophasés, les pertes des lignes de distribution haute tension et les pertes des lignes de distribution basse tension. En prenant le type D11 comme exemple, le calcul et l'analyse des pertes de ligne globales sont les suivants.

1.1 Mode de distribution monophasée et tension de connexion du côté haute tension

Le côté haute tension adopte le mode de distribution monophasée et est connecté entre les tensions de ligne ; le côté basse tension adopte le mode de système tri-filaire monophasée. La perte d'énergie de la zone de distribution est calculée comme suit :

Dans la formule, R_L est la résistance de ligne, R_dz est la résistance équivalente de la ligne basse tension (unité : Ω); U est de 10 kV, T est de 8760 h (heures de fonctionnement annuelles), et U_pj est de 0,38 kV (tension moyenne sur le côté basse tension). ΔP est l'énergie active enregistrée par la comptabilisation secondaire (unité : kWh) ; ΔQ est l'énergie réactive enregistrée par la comptabilisation secondaire (unité : kWh) ; K est le coefficient de correction lié à la courbe de charge, avec une valeur de 1,8.

1.2 Mode de distribution monophasée (côté haute tension connecté à la tension de phase)

Le côté haute tension adopte le mode de distribution monophasée et est connecté entre les tensions de phase. Le côté basse tension utilise le système tri-filaire monophasée. La formule de calcul de la perte d'énergie de la zone de distribution est la suivante :

2 Comparaison d'application dans différents scénarios

En prenant une certaine région comme exemple, plusieurs scénarios d'application typiques ont été sélectionnés pour comparer l'économie des méthodes de distribution d'énergie monophasée et triphasée dans différentes zones de distribution. (En considérant un cycle de vie de 15 ans et un prix de l'électricité de 0,6083 yuan/kWh)

2.1 Petits villages avec des charges dispersées

Le village n°1 compte 37 utilisateurs résidentiels, dont 33 utilisateurs monophasés et 4 utilisateurs triphasés. La capacité du transformateur de distribution est de 100 kVA, la ligne de 10 kV mesure 838 mètres, la ligne basse tension mesure 2170 mètres, la charge maximale est de 40 kW, et les heures de perte annuelle sont de 3400 heures.

• Alimentation triphasée : L'investissement est d'environ 401 000 yuans, et la perte économique totale sur le cycle de vie est d'environ 125 000 yuans.

• Alimentation hybride monophasée/triphase : L'investissement est d'environ 512 000 yuans, et la perte économique totale est d'environ 38 000 yuans.

Conclusion : L'investissement total du système hybride est d'environ 24 000 yuans plus élevé que celui du système triphasé.

2.2 Villages inaccessibles par les lignes haute tension

Le village n°2 compte 75 utilisateurs résidentiels. La capacité du transformateur de distribution est de 150 kVA, la ligne de 10 kV mesure 752 mètres, et la ligne basse tension mesure 1583 mètres. Limité par le corridor de ligne, la ligne de 10 kV ne peut pas fournir d'électricité à proximité, entraînant une longueur de ligne post-mètre maximale d'environ 1008 mètres et une tension minimale de 179 V à l'extrémité de la ligne. La charge maximale est de 88 kW, et les heures de perte annuelle sont de 3400 heures.

• Alimentation triphasée : L'investissement est d'environ 334 000 yuans, et la perte économique totale sur le cycle de vie est d'environ 195 000 yuans.

• Alimentation monophasée : En utilisant des transformateurs monophasés de 10 kVA et 20 kVA, l'investissement est d'environ 468 000 yuans, et la perte économique totale est d'environ 27 000 yuans.

Conclusion : Le système monophasé économise environ 34 000 yuans sur l'investissement total par rapport au système triphasé.

2.3 Grands villages avec des charges concentrées

Le village n°3 compte 210 utilisateurs résidentiels, dont 209 utilisateurs monophasés et 1 utilisateur triphasé. La capacité du transformateur de distribution est de 400 kVA, la ligne de 10 kV mesure 855 mètres, la ligne basse tension mesure 1968 mètres, la charge maximale est de 120 kW, et les heures de perte annuelle sont de 3400 heures.

• Alimentation triphasée : L'investissement est d'environ 427 000 yuans, et la perte économique totale sur le cycle de vie est d'environ 226 000 yuans.

• Alimentation hybride monophasée/triphase : En remplaçant le transformateur original par un transformateur triphasé de 100 kVA et en utilisant des transformateurs monophasés de 10 kVA/20 kVA pour les charges éloignées, l'investissement est d'environ 710 000 yuans, et la perte économique totale est d'environ 61 000 yuans.

Conclusion : L'investissement total du système hybride est d'environ 118 000 yuans plus élevé que celui du système triphasé.

2.4 Zones de charge urbaines

Le marché n°4 compte 171 utilisateurs (tous monophasés), avec des charges distribuées de part et d'autre d'une rue urbaine (mélange résidentiel et commercial). La capacité du transformateur de distribution est de 500 kVA, la ligne de 10 kV mesure 385 mètres, la ligne basse tension mesure 748 mètres, la charge maximale est de 375 kW, et les heures de perte annuelle sont de 3400 heures.

• Alimentation triphasée : L'investissement est d'environ 250 000 yuans, et la perte économique totale sur le cycle de vie est d'environ 751 000 yuans.

• Alimentation monophasée : En utilisant des transformateurs monophasés de 10 kVA et 20 kVA, l'investissement est d'environ 419 000 yuans, et la perte économique totale est d'environ 291 000 yuans.

Le système monophasé économise environ 291 000 yuans sur l'investissement total par rapport au système triphasé, et l'application des méthodes de distribution d'énergie dans ces scénarios typiques est présentée dans le Tableau 1.

3 Analyse de l'applicabilité de la distribution monophasée

Dans les zones urbaines à forte densité de charge, la distribution monophasée n'est pas adaptée pour deux raisons : 1) Coûts d'investissement plus élevés en raison de l'absence d'économies d'échelle des transformateurs ; 2) Potentiel limité de réduction des pertes dans les lignes basse tension courtes.

Dans les zones rurales ayant des besoins en énergie triphasée (par exemple, l'irrigation des terres agricoles), des systèmes d'alimentation hybrides monophasée/triphase sont nécessaires. Optez pour des connexions monophasées phase-à-phase pour éviter des coûts élevés de rénovation des alimentations de 10 kV.

Seuils économiques

• Capacités des transformateurs : 50/100/150/200 kVA

• Longueurs des lignes : 1-3 km (par incréments de 0,5 km)

• Charge maximale : 50 % de la capacité du transformateur

• Heures de perte annuelle : 3 400

L'analyse quantitative révèle que la rentabilité varie en fonction de la longueur des lignes et de la charge. Les systèmes hybrides aident à optimiser l'investissement et à minimiser les pertes.

4 Conclusions principales

En résumé, l'investissement et les pertes des transformateurs de distribution bénéficient d'économies d'échelle. L'utilisation à grande échelle de la distribution monophasée n'est pas la méthode optimale. Sa viabilité économique doit être évaluée en fonction de la longueur des lignes de distribution et de la consommation d'électricité. En général, lorsque la capacité d'un transformateur de distribution triphasé dans une zone de station atteint 150 kVA et que la longueur de la ligne basse tension dépasse 1,5 kilomètre, la conversion du mode de distribution triphasée au mode monophasée est économiquement favorable.