Análise Completa das Tecnoloxías de Transformadores Monofásicos de Distribución en Múltiples Escenarios de Aplicación
Introduce a liña de 10 kV ao centro de carga. Seguindo “capacidade pequena, puntos densos, raio curto”, adóptase o novo modo de distribución monofásica, caracterizado por unha notable redución da perda de tensión baixa, alta calidade e fiabilidade do enerxía. Ao comparar a economía e a fiabilidade das transformadoras monofásicas versus trifásicas en diferentes escenarios, este artigo analiza o seu alcance aplicable e as súas recomendacións de aplicación.As transformadoras monofásicas clasifícanse segundo o modo de distribución: ou co punto neutro do lado de 10 kV sen saída (lado de media tensión conectado á tensión de liña da rede de distribución UAB/UBC/UAC, “entre fases”), ou coa liña neutra do lado de 10 kV con saída (lado de media tensión conectado á tensión de fase da rede de distribución UAN/UBN/UCN, “fase a terra”), como se mostra nas Figuras 1 e 2.
1 Análise de Perdas do Sistema de Distribución Monofásico
No sistema de distribución monofásico, as perdas na rede provén principalmente de tres partes: perdas das transformadoras monofásicas, perdas das liñas de distribución de alta tensión e perdas das liñas de distribución de baixa tensión. Tomando o tipo D11 como exemplo, o cálculo e análise da perda de liña comprehensiva son os seguintes.
1.1 Modo de Distribución Monofásica e Tensión de Conexión do Lado de Alta Tensión
O lado de alta tensión adopta o modo de distribución monofásica e está conectado entre as tensións de liña; o lado de baixa tensión adopta o modo de sistema monofásico trifilar. A perda de potencia da área de distribución calcula como:
Na fórmula, RL é a resistencia da liña, Rdz é a resistencia equivalente da liña de baixa tensión (unidade: Ω); U é 10 kV, T é 8760 h (horas de funcionamento anual), e Upj é 0.38 kV (tensión media no lado de baixa tensión). ΔP é a enerxía activa rexistrada pola medida secundaria (unidade: kWh); ΔQ é a enerxía reactiva rexistrada pola medida secundaria (unidade: kWh); K é o coeficiente de corrección relacionado coa curva de carga, con un valor de 1.8.
1.2 Modo de Distribución Monofásica (Lado de Alta Tensión Conectado á Tensión de Fase)
O lado de alta tensión adopta o modo de distribución monofásica e está conectado entre as tensións de fase. O lado de baixa tensión usa o sistema monofásico trifilar. A fórmula de cálculo da perda de potencia da área de distribución é a seguinte:
2 Comparación de Aplicacións en Diferentes Escenarios
Tomando unha certa rexión como exemplo, seleccionáronse varios escenarios de aplicación típicos para comparar a economía dos métodos de distribución de enerxía monofásica e trifásica en diferentes áreas de distribución. (Considerando un ciclo de vida de 15 anos e un prezo da electricidade de 0.6083 yuan/kWh)
2.1 Pequenas Aldeas con Cargas Dispersas
A aldea nº 1 ten 37 usuarios residenciais, incluíndo 33 usuarios monofásicos e 4 trifásicos. A capacidade da transformadora de distribución é de 100 kVA, a liña de 10 kV mide 838 metros, a liña de baixa tensión mide 2170 metros, a carga máxima é de 40 kW, e as horas de perda anuais son 3400 horas.
Conclusión: A inversión total do sistema híbrido é de uns 24.000 yuan superior ao sistema trifásico.
2.2 Aldeas Inaccesibles para Liñas de Alta Tensión
A aldea nº 2 ten 75 usuarios residenciais. A capacidade da transformadora de distribución é de 150 kVA, a liña de 10 kV mide 752 metros, e a liña de baixa tensión mide 1583 metros. Limitada polo corredor de liñas, a liña de 10 kV non pode fornecer enerxía próxima, resultando nunha lonxitude máxima de liña posterior ao contador de uns 1008 metros e nunha tensión mínima de 179 V no final da liña. A carga máxima é de 88 kW, e as horas de perda anuais son 3400 horas.
Conclusión: O sistema monofásico aforra uns 34.000 yuan en investimento total comparado co sistema trifásico.
2.3 Grandes Aldeas con Cargas Concentradas
A aldea nº 3 ten 210 usuarios residenciais, incluíndo 209 monofásicos e 1 trifásico. A capacidade da transformadora de distribución é de 400 kVA, a liña de 10 kV mide 855 metros, a liña de baixa tensión mide 1968 metros, a carga máxima é de 120 kW, e as horas de perda anuais son 3400 horas.
Conclusión: A inversión total do sistema híbrido é de uns 118.000 yuan superior ao sistema trifásico.
2.4 Áreas de Carga Urbana
O mercado nº 4 ten 171 usuarios (todos monofásicos), con cargas distribuídas aos dous lados dunha rúa urbana (mixta residencial e comercial). A capacidade da transformadora de distribución é de 500 kVA, a liña de 10 kV mide 385 metros, a liña de baixa tensión mide 748 metros, a carga máxima é de 375 kW, e as horas de perda anuais son 3400 horas.
O sistema monofásico aforra uns 291.000 yuan en investimento total comparado co sistema trifásico, e a aplicación dos métodos de distribución de enerxía nestes escenarios típicos aparece na Táboa 1.
3 Análise da Aplicabilidade da Distribución Monofásica
En áreas urbanas con alta densidade de carga, a distribución monofásica non é adecuada por dúas razóns: 1) Custos de investimento máis altos debido á falta de economías de escala das transformadoras; 2) Potencial limitado para a redución de perdas en liñas de baixa tensión curtas.
En áreas rurais con necesidades de enerxía trifásica (por exemplo, regadío de terrenos agrícolas), requiren sistemas de suministro híbridos monofásicos/trifásicos. Opte por conexións monofásicas entre fases para evitar a costosa reforma da alimentación de 10 kV.
Umbral Económico
A análise cuantitativa revela que a rentabilidade varía con a lonxitude da liña e a carga. Os sistemas híbridos axudan a optimizar a inversión e minimizar as perdas.
4 Conclusións Principais
En resumo, a inversión e as perdas das transformadoras de distribución exhiben economías de escala. O uso en gran escala da distribución monofásica non é o enfoque óptimo. A súa viabilidade económica debe ser avaliada baseándose tanto na lonxitude das liñas de distribución como no consumo de electricidade. Xeralmente falando, cando a capacidade da transformadora de distribución trifásica nunha área de distribución alcanza 150 kVA e a lonxitude da liña de baixa tensión excede 1.5 kilómetros, a conversión do modo de distribución trifásica ao monofásico é económicamente favorable.
