Kompleksowa analiza technologii jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych w wielu scenariuszach zastosowania

Wprowadź linię 10 kV do centrum obciążeń. W oparciu o zasady „mała pojemność, gęste punkty, krótki promień” należy przyjąć nowy tryb dystrybucji jednofazowej, który charakteryzuje się wyraźnym obniżeniem strat napięcia niskiego oraz wysoką jakością i niezawodnością energii. Porównując ekonomikę i niezawodność transformatorów jednofazowych i trójfazowych w różnych scenariuszach, ten artykuł analizuje ich zakres zastosowania i sugestie dotyczące zastosowania. Transformatory jednofazowe są klasyfikowane według trybu dystrybucji: albo z neutralnym punktem strony 10 kV nie wywiedzionym (środkowonapięciowa strona podłączona do napięcia linii sieci dystrybucyjnej U_AB/U_BC/U_AC, „faza do fazy”), albo z neutralną linią strony 10 kV wywiedzioną (środkowonapięciowa strona podłączona do napięcia fazy sieci dystrybucyjnej U_AN/U_BN/U_CN, „faza do ziemi”), jak pokazano na Rysunkach 1 i 2.

1 Analiza strat systemu dystrybucji jednofazowej

W systemie dystrybucji jednofazowej straty w sieci pochodzą głównie z trzech części: straty transformatorów jednofazowych, straty linii dystrybucyjnych wysokiego napięcia i straty linii dystrybucyjnych niskiego napięcia. Na przykładzie typu D11 obliczenia i analiza całkowitych strat linii są następujące.

1.1 Tryb dystrybucji jednofazowej i napięcie podłączenia strony wysokiego napięcia

Strona wysokiego napięcia używa trybu dystrybucji jednofazowej i jest podłączona między napięciami linii; strona niskiego napięcia używa systemu jednofazowego trójprzewodowego. Straty mocy strefy dystrybucyjnej są obliczane jako:

W formule R_L to opór linii, R_dz jest równoważnym oporem linii niskiego napięcia (jednostka: Ω); U jest 10 kV, T to 8760 h (godziny pracy roczne), a U_pj to 0,38 kV (średnie napięcie na stronie niskiego napięcia). ΔP to energia czynna zarejestrowana przez pomiar wtórny (jednostka: kWh); ΔQ to energia bierna zarejestrowana przez pomiar wtórny (jednostka: kWh); K to współczynnik korekcyjny związany z krzywą obciążenia, o wartości 1,8.

1.2 Tryb dystrybucji jednofazowej (strona wysokiego napięcia podłączona do napięcia fazy)

Strona wysokiego napięcia używa trybu dystrybucji jednofazowej i jest podłączona między napięciami fazy. Strona niskiego napięcia używa systemu jednofazowego trójprzewodowego. Formuła obliczania strat mocy strefy dystrybucyjnej jest następująca:

2 Porównanie zastosowania w różnych scenariuszach

Na przykładzie pewnego regionu wybrano kilka typowych scenariuszy zastosowania, aby porównać ekonomikę metod dystrybucji jednofazowej i trójfazowej w różnych strefach dystrybucyjnych. (Z uwzględnieniem cyklu życia 15 lat i ceny energii elektrycznej 0,6083 yuan/kWh)

2.1 Małe wsie z rozproszonymi obciążeniami

Wieś nr 1 ma 37 użytkowników mieszkaniowych, w tym 33 użytkownika jednofazowych i 4 użytkowników trójfazowych. Pojemność transformatora dystrybucyjnego wynosi 100 kVA, linia 10 kV ma długość 838 metrów, linia niskiego napięcia ma długość 2170 metrów, maksymalne obciążenie wynosi 40 kW, a godziny strat rocznych wynoszą 3400 godzin.

• Dostawa trójfazowa: Inwestycja wynosi około 401 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne w ciągu cyklu życia wynoszą około 125 000 yuan.

• Hybrydowa dostawa jednofazowa/trójfazowa: Inwestycja wynosi około 512 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne wynoszą około 38 000 yuan.

Wniosek: Całkowita inwestycja w system hybrydowy jest o około 24 000 yuan wyższa niż w system trójfazowy.

2.2 Wsie niedostępne dla linii wysokiego napięcia

Wieś nr 2 ma 75 użytkowników mieszkaniowych. Pojemność transformatora dystrybucyjnego wynosi 150 kVA, linia 10 kV ma długość 752 metrów, a linia niskiego napięcia ma długość 1583 metrów. Ze względu na ograniczenia korytarza linii, linia 10 kV nie może dostarczać energii w pobliżu, co powoduje, że maksymalna długość linii po liczniku wynosi około 1008 metrów, a minimalne napięcie na końcu linii wynosi 179 V. Maksymalne obciążenie wynosi 88 kW, a godziny strat rocznych wynoszą 3400 godzin.

• Dostawa trójfazowa: Inwestycja wynosi około 334 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne w ciągu cyklu życia wynoszą około 195 000 yuan.

• Dostawa jednofazowa: Używając transformatorów jednofazowych o pojemności 10 kVA i 20 kVA, inwestycja wynosi około 468 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne wynoszą około 27 000 yuan.

Wniosek: System jednofazowy oszczędza około 34 000 yuan w całkowitej inwestycji w porównaniu do systemu trójfazowego.

2.3 Duże wsie z koncentrowanymi obciążeniami

Wieś nr 3 ma 210 użytkowników mieszkaniowych, w tym 209 użytkowników jednofazowych i 1 użytkownika trójfazowego. Pojemność transformatora dystrybucyjnego wynosi 400 kVA, linia 10 kV ma długość 855 metrów, linia niskiego napięcia ma długość 1968 metrów, maksymalne obciążenie wynosi 120 kW, a godziny strat rocznych wynoszą 3400 godzin.

• Dostawa trójfazowa: Inwestycja wynosi około 427 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne w ciągu cyklu życia wynoszą około 226 000 yuan.

• Hybrydowa dostawa jednofazowa/trójfazowa: Zastępując oryginalny transformator trójfazowym o pojemności 100 kVA i używając transformatorów jednofazowych o pojemności 10 kVA/20 kVA dla odległych obciążeń, inwestycja wynosi około 710 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne wynoszą około 61 000 yuan.

Wniosek: Całkowita inwestycja w system hybrydowy jest o około 118 000 yuan wyższa niż w system trójfazowy.

2.4 Strefy obciążeń ulicznych w miastach

Rynek nr 4 ma 171 użytkowników (wszyscy jednofazowi), z obciążeniami rozłożonymi po obu stronach ulicy miejskiej (mieszanka mieszkalna i komercyjna). Pojemność transformatora dystrybucyjnego wynosi 500 kVA, linia 10 kV ma długość 385 metrów, linia niskiego napięcia ma długość 748 metrów, maksymalne obciążenie wynosi 375 kW, a godziny strat rocznych wynoszą 3400 godzin.

• Dostawa trójfazowa: Inwestycja wynosi około 250 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne w ciągu cyklu życia wynoszą około 751 000 yuan.

• Dostawa jednofazowa: Używając transformatorów jednofazowych o pojemności 10 kVA i 20 kVA, inwestycja wynosi około 419 000 yuan, a całkowite straty ekonomiczne wynoszą około 291 000 yuan.

System jednofazowy oszczędza około 291 000 yuan w całkowitej inwestycji w porównaniu do systemu trójfazowego, a zastosowanie metod dystrybucji energii w tych typowych scenariuszach przedstawiono w Tabeli 1.

3 Analiza zastosowania dystrybucji jednofazowej

W obszarach miejskich o dużej gęstości obciążeń dystrybucja jednofazowa jest nieodpowiednia z dwóch powodów: 1) Wyższe koszty inwestycyjne ze względu na brak ekonomii skali transformatorów; 2) Ograniczony potencjał redukcji strat w krótkich liniach niskiego napięcia.

Obszary wiejskie z wymaganiem trójfazowej dostawy energii (np. nawadnianie pól uprawnych) wymagają hybrydowych systemów dostawy jednofazowej i trójfazowej. Wybierz połączenia jednofazowe fazowo-fazowe, aby uniknąć kosztownej modernizacji pasażera 10 kV.

Ekonomiczne progi

• Pojemności transformatorów: 50/100/150/200 kVA

• Długości linii: 1–3 km (co 0,5 km)

• Maksymalne obciążenie: 50% pojemności transformatora

• Godziny strat rocznych: 3 400

Analiza ilościowa pokazuje, że efektywność kosztowa zmienia się w zależności od długości linii i obciążenia. Systemy hybrydowe pomagają zoptymalizować inwestycję i minimalizować straty.

4 Główne wnioski

Podsumowując, inwestycje i straty transformatorów dystrybucyjnych mają ekonomię skali. Duża skala stosowania dystrybucji jednofazowej nie jest optymalnym podejściem. Jego rentowność ekonomiczna powinna być oceniana na podstawie zarówno długości linii dystrybucyjnych, jak i zużycia energii. Ogólnie rzecz biorąc, gdy pojemność trójfazowego transformatora dystrybucyjnego w strefie dystrybucyjnej osiągnie 150 kVA, a długość linii niskiego napięcia przekroczy 1,5 kilometra, przejście z trybu dystrybucji trójfazowej na jednofazową jest ekonomicznie korzystne.