En omfattande analys av teknologier för enfasfördelningstransformatorer i flera tillämpningsscenarier

Introducera 10 kV-ledningen till belastningscentret. Genom att följa principen "små kapaciteter, täta punkter, kort radie" antar den nya enfasfördelningsmodellen, som kännetecknas av märkbar minskning av lågspänningslinjeförluster, hög elkvalitet och tillförlitlighet. Genom att jämföra ekonomi och tillförlitlighet mellan enfas- och trefastransformatorer i olika scenarion analyserar denna artikel deras tillämpningsområden och tillämpningstips.Enfastransformatorer klassificeras enligt fördelningsmodell: antingen med neutralpunkten på 10 kV-sidan inte led ut (mediumspännings sidan ansluten till distributionsnätets linjespänning U_AB/U_BC/U_AC, "fas-till-fas"), eller med neutralledningen på 10 kV-sidan led ut (mediumspännings sidan ansluten till distributionsnätets fasvoltage U_AN/U_BN/U_CN, "fas-till-jord"), som visas i figurerna 1 och 2.

1 Förlustanalys av enfasfördelningsystem

I ett enfasfördelningsystem kommer nätverksförlusterna huvudsakligen från tre delar: förluster av enfastransformatorer, förluster av högspänningsfördelningslinjer och förluster av lågspänningsfördelningslinjer. Som exempel tas typ D11, beräkning och analys av den sammanlagda linjeförlusten är som följer.

1.1 Enfasfördelningsmodell och spänning på högspännings sidan

Högspännings sidan använder enfasfördelningsmodellen och är ansluten mellan linjespänningar; lågspännings sidan använder enfas tretrådssystemet. Effektförlusten i distributionsområdet beräknas som:

I formeln är R_L linjens resistans, R_dz är den ekvivalenta resistansen för lågspänningslinjen (enhet: Ω); U är 10 kV, T är 8760 h (årskörning), och U_pj är 0.38 kV (genomsnittlig spänning på lågspännings sidan). ΔP är aktiv energi registrerad av sekundär mätning (enhet: kWh); ΔQ är reaktiv energi registrerad av sekundär mätning (enhet: kWh); K är korrektionskoefficient relaterad till belastningskurvan, med värdet 1.8.

1.2 Enfasfördelningsmodell (högspännings sida ansluten till fasvoltage)

Högspännings sidan använder enfasfördelningsmodellen och är ansluten mellan fasvoltage. Lågspännings sidan använder enfas tretrådssystemet. Beräkningsformeln för effektförlust i distributionsområdet är som följer:

2 Tillämpningsjämförelse i olika scenarion

Som exempel tas ett visst område, flera typiska tillämpningsscenario valdes för att jämföra ekonomin av enfas- och trefasfördelningsmetoder i olika stationer. (Med hänsyn tagen till en livscykel på 15 år och en elförbrukningspris på 0.6083 yuan/kWh)

2.1 Små byar med utspridda belastningar

By #1 har 37 bostadsanvändare, inklusive 33 enfasanvändare och 4 trefasanvändare. Distributionstransformatorns kapacitet är 100 kVA, 10 kV-linjen är 838 meter lång, lågspänningslinjen är 2170 meter lång, maxbelastningen är 40 kW, och årliga förlusttimmar är 3400 timmar.

• Trefasförsörjning: Investeringen är ungefär 401 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten under livscykeln är cirka 125 000 yuan.

• Hybrid enfas/trefasförsörjning: Investeringen är cirka 512 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten är runt 38 000 yuan.

Slutsats: Den hybrida systemets totala investering är cirka 24 000 yuan högre än det trefassystemet.

2.2 Byar som inte kan nås av högspänningslinjer

By #2 har 75 bostadsanvändare. Distributionstransformatorns kapacitet är 150 kVA, 10 kV-linjen är 752 meter lång, och lågspänningslinjen är 1583 meter lång. På grund av begränsningar i linjeledning, kan 10 kV-linjen inte leverera ström nära, vilket resulterar i en maximal efterräkningslinjelängd på cirka 1008 meter och en minimal spänning på 179 V vid linjens slut. Maxbelastningen är 88 kW, och årliga förlusttimmar är 3400 timmar.

• Trefasförsörjning: Investeringen är ungefär 334 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten under livscykeln är cirka 195 000 yuan.

• Enfasförsörjning: Användande av 10 kVA och 20 kVA enfastransformatorer, investeringen är cirka 468 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten är runt 27 000 yuan.

Slutsats: Det enfasiga systemet sparar cirka 34 000 yuan i total investering jämfört med det trefassystemet.

2.3 Stora byar med koncentrerade belastningar

By #3 har 210 bostadsanvändare, inklusive 209 enfasanvändare och 1 trefasanvändare. Distributionstransformatorns kapacitet är 400 kVA, 10 kV-linjen är 855 meter lång, lågspänningslinjen är 1968 meter lång, maxbelastningen är 120 kW, och årliga förlusttimmar är 3400 timmar.

• Trefasförsörjning: Investeringen är ungefär 427 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten under livscykeln är cirka 226 000 yuan.

• Hybrid enfas/trefasförsörjning: Ersättning av den ursprungliga transformatorn med en 100 kVA trefastransformator och användande av 10 kVA/20 kVA enfastransformatorer för fjärrbelastningar, investeringen är cirka 710 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten är runt 61 000 yuan.

Slutsats: Den hybrida systemets totala investering är cirka 118 000 yuan högre än det trefassystemet.

2.4 Urbana gatubelastningsområden

Marknad #4 har 171 användare (alla enfas), med belastningar fördelade längs båda sidor av en urban gata (bostads- och kommersiellt mix). Distributionstransformatorns kapacitet är 500 kVA, 10 kV-linjen är 385 meter lång, lågspänningslinjen är 748 meter lång, maxbelastningen är 375 kW, och årliga förlusttimmar är 3400 timmar.

• Trefasförsörjning: Investeringen är ungefär 250 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten under livscykeln är cirka 751 000 yuan.

• Enfasförsörjning: Användande av 10 kVA och 20 kVA enfastransformatorer, investeringen är cirka 419 000 yuan, och totala ekonomiska förlusten är runt 291 000 yuan.

Det enfasiga systemet sparar cirka 291 000 yuan i total investering jämfört med det trefassystemet, och tillämpningen av fördelningsmetoder i dessa typiska scenarion visas i tabell 1.

3 Analys av enfasfördelningstillämplighet

I urbana områden med hög belastningstäthet är enfasfördelning olämplig av två orsaker: 1) Högre investeringskostnader pga brist på transformersekonomier; 2) Begränsat potential för förlustminskning i korta lågspänningslinjer.

I landområden med trefasbehov (t.ex. fältskalvning) krävs hybrid enfas/trefasförsörjningssystem. Välj fas-till-fas enfasanslutningar för att undvika dyra 10 kV-flödesrenovationer.

Ekonomiska trösklar

• Transformatorkapaciteter: 50/100/150/200 kVA

• Linjelängder: 1–3 km (i 0.5-km-steg)

• Maxbelastning: 50% av transformatorns kapacitet

• Årliga förlusttimmar: 3 400

Kvantitativ analys visar att kostnadseffektivitet varierar med linjelängd och belastning. Hybridsystem hjälper till att optimera investeringar och minimera förluster.

4 Huvudslutsatser

Sammanfattningsvis visar investeringar och förluster av distributionstransformatorer ekonomier av skala. Storskalig användning av enfasfördelning är inte den optimala metoden. Dess ekonomiska tillförlitlighet bör utvärderas baserat på både längden av distributionslinjerna och elförbrukningen. Generellt sett, när kapaciteten av en trefasdistributionstransformator i ett område når 150 kVA och längden av lågspänningslinjen överstiger 1.5 kilometer, är det ekonomiskt fördelaktigt att konvertera trefasfördelningsmodellen till enfasfördelningsmodellen.