Phân tích toàn diện công nghệ biến áp phân phối một pha trong nhiều kịch bản ứng dụng
Giới thiệu đường dây 10 kV đến trung tâm tải. Theo nguyên tắc "dung lượng nhỏ, điểm phân phối dày đặc, bán kính ngắn", áp dụng phương thức phân phối đơn pha mới, có đặc điểm giảm đáng kể tổn thất điện áp thấp, chất lượng và độ tin cậy điện cao. Bằng cách so sánh tính kinh tế và độ tin cậy của biến áp đơn pha và ba pha trong các tình huống khác nhau, bài viết này phân tích phạm vi áp dụng và đề xuất sử dụng của chúng.Biến áp đơn pha được phân loại theo phương thức phân phối: hoặc với điểm trung tính phía 10 kV không được dẫn ra (bên trung áp kết nối với điện áp dòng UAB/UBC/UAC của mạng phân phối, "pha-đến-pha"), hoặc với dây trung tính phía 10 kV được dẫn ra (bên trung áp kết nối với điện áp pha UAN/UBN/UCN của mạng phân phối, "pha-đến-đất"), như được thể hiện trong Hình 1 và Hình 2.
1 Phân Tích Tổn Thất Hệ Thống Phân Phối Đơn Pha
Trong hệ thống phân phối đơn pha, tổn thất lưới chủ yếu đến từ ba phần: tổn thất của biến áp đơn pha, tổn thất của đường dây phân phối điện áp cao, và tổn thất của đường dây phân phối điện áp thấp. Lấy loại D11 làm ví dụ, việc tính toán và phân tích tổn thất tổng hợp như sau.
1.1 Phương Thức Phân Phối Đơn Pha và Điện Áp Kết Nối Bên Cao Áp
Bên cao áp áp dụng phương thức phân phối đơn pha và kết nối giữa điện áp dòng; bên thấp áp áp dụng chế độ hệ thống ba dây đơn pha. Tổn thất công suất của khu vực trạm phân phối được tính như sau:
Trong công thức, RL là điện trở đường dây, Rdz là điện trở tương đương của đường dây thấp (đơn vị: Ω); U là 10 kV, T là 8760 giờ (thời gian hoạt động hàng năm), và Upj là 0.38 kV (điện áp trung bình ở bên thấp áp). ΔP là năng lượng có công ghi bởi đồng hồ đo thứ cấp (đơn vị: kWh); ΔQ là năng lượng phản kháng ghi bởi đồng hồ đo thứ cấp (đơn vị: kWh); K là hệ số hiệu chỉnh liên quan đến đường cong tải, có giá trị là 1.8.
1.2 Phương Thức Phân Phối Đơn Pha (Bên Cao Áp Kết Nối Với Điện Áp Pha)
Bên cao áp áp dụng phương thức phân phối đơn pha và kết nối giữa điện áp pha. Bên thấp áp sử dụng chế độ hệ thống ba dây đơn pha. Công thức tính tổn thất công suất của khu vực trạm phân phối như sau:
2 So Sánh Ứng Dụng Trong Các Tình Huống Khác Nhau
Lấy một vùng nhất định làm ví dụ, đã chọn một số tình huống ứng dụng điển hình để so sánh tính kinh tế của phương pháp phân phối điện đơn pha và ba pha trong các khu vực trạm khác nhau. (Cân nhắc chu kỳ sống 15 năm và giá điện là 0.6083 nhân dân tệ/kWh)
2.1 Làng Nhỏ Với Tải Phân tán
Làng #1 có 37 hộ dân, bao gồm 33 hộ dùng điện đơn pha và 4 hộ dùng điện ba pha. Dung lượng biến áp phân phối là 100 kVA, đường dây 10 kV dài 838 mét, đường dây thấp áp dài 2170 mét, tải lớn nhất là 40 kW, và thời gian tổn thất hàng năm là 3400 giờ.
Kết luận: Tổng đầu tư của hệ thống lai cao hơn hệ thống ba pha khoảng 24.000 nhân dân tệ.
2.2 Làng Không Thể Tiếp Cận Bằng Đường Dây Cao Áp
Làng #2 có 75 hộ dân. Dung lượng biến áp phân phối là 150 kVA, đường dây 10 kV dài 752 mét, và đường dây thấp áp dài 1583 mét. Do hạn chế về hành lang đường dây, đường dây 10 kV không thể cung cấp điện gần đó, dẫn đến chiều dài đường dây sau đồng hồ đo tối đa khoảng 1008 mét và điện áp cuối đường dây tối thiểu là 179 V. Tải lớn nhất là 88 kW, và thời gian tổn thất hàng năm là 3400 giờ.
Kết luận: Hệ thống đơn pha tiết kiệm khoảng 34.000 nhân dân tệ so với hệ thống ba pha.
2.3 Làng Lớn Với Tải Tập Trung
Làng #3 có 210 hộ dân, bao gồm 209 hộ dùng điện đơn pha và 1 hộ dùng điện ba pha. Dung lượng biến áp phân phối là 400 kVA, đường dây 10 kV dài 855 mét, đường dây thấp áp dài 1968 mét, tải lớn nhất là 120 kW, và thời gian tổn thất hàng năm là 3400 giờ.
Kết luận: Tổng đầu tư của hệ thống lai cao hơn hệ thống ba pha khoảng 118.000 nhân dân tệ.
2.4 Khu Tải Đường Phố Thành Phố
Chợ #4 có 171 người dùng (tất cả đều dùng điện đơn pha), với tải phân bố dọc theo hai bên đường phố thành phố (hỗn hợp nhà ở và thương mại). Dung lượng biến áp phân phối là 500 kVA, đường dây 10 kV dài 385 mét, đường dây thấp áp dài 748 mét, tải lớn nhất là 375 kW, và thời gian tổn thất hàng năm là 3400 giờ.
Hệ thống đơn pha tiết kiệm khoảng 291.000 nhân dân tệ so với hệ thống ba pha, và ứng dụng của các phương pháp phân phối điện trong các tình huống điển hình này được thể hiện trong Bảng 1.
3 Phân Tích Sự Phù Hợp Của Phân Phối Đơn Pha
Ở khu vực đô thị có mật độ tải cao, phân phối đơn pha không phù hợp vì hai lý do: 1) Chi phí đầu tư cao hơn do thiếu quy mô kinh tế của biến áp; 2) Tiềm năng giảm tổn thất hạn chế trong đường dây thấp áp ngắn.
Ở khu vực nông thôn có nhu cầu điện ba pha (ví dụ: tưới tiêu ruộng đất), cần hệ thống cung cấp điện lai đơn/ba pha. Chọn kết nối đơn pha kiểu pha-đến-pha để tránh chi phí cải tạo đường dây cấp 10 kV.
Ngưỡng Kinh Tế
Phân tích định lượng cho thấy hiệu quả kinh tế thay đổi tùy theo chiều dài đường dây và tải. Hệ thống lai giúp tối ưu hóa đầu tư và giảm thiểu tổn thất.
4 Kết Luận Chính
Tóm lại, đầu tư và tổn thất của biến áp phân phối có quy mô kinh tế. Việc sử dụng rộng rãi phân phối điện đơn pha không phải là cách tiếp cận tối ưu. Hiệu quả kinh tế của nó nên được đánh giá dựa trên cả chiều dài đường dây phân phối và mức tiêu thụ điện. Nói chung, khi dung lượng biến áp phân phối ba pha trong khu vực trạm đạt 150 kVA và chiều dài đường dây thấp vượt quá 1.5 kilômét, việc chuyển đổi từ phương thức phân phối ba pha sang phương thức phân phối đơn pha sẽ mang lại lợi ích kinh tế.
