采用單、三相10KV 混合供電方式的探討

肖 瀟

(佛山市順德電力設計院有限公司,廣東 佛山528000)

隨著我國對電網相關研究的逐漸深入，人們發現，在傳統的低壓配電網中使用的單一三相四線制低壓配電方式存在著很大的弊病。尤其是在我國農村，電網的特點是供電半徑長、線損大、負荷分布不均，常常會出現的用電現象是末端電壓過低，且極其不穩定，甚至在夏天空調等設備也不能使用。并且由于客觀因素的制約，變壓器臺架安裝遠離村民居住地。因此，高壓線路難以進入負荷中心最終造成電壓不穩等現象就很容易理解了。隨著電網技術的不斷發展，供電部門在一定區域引入10kV 高壓單相供電方式，彌補傳統供電方式的不足。在當前社會中，越來越多的區域開始實行有利于降損節能、降低電網損耗的城鄉電網單三相混合配電方式來彌補其不足之處，是現有供電模式的有益補充。

1 單、三相10kV 混合供電方式概述

目前我國配電網的供電形式一般是單端樹干，線路各段分布著不同的電流，具有差異性。導致供電線路的等效電阻比較大，因此供電線路電壓的損耗也隨之變大。其電壓損耗量約占整個供電電網總電壓損耗的一半以上。由于用加大導線幾面面積的方式以達到降低供電線路電壓損耗量的方法，具有操作復雜性，同時需要大量的資金與金屬材料支持，具有一定的困難。所以一般采用把電源的進網點轉移到負載中心，即是由負載中心進行供電。便能夠使得導線的截面面積變大、線路變短，有效地降低供電線路電壓損耗量，有助于節約用電、改善供電的質量。

采用單、三相10kV 供電的優勢是顯而易見的。10KV 單相變壓器具有容量小、布點密集等特點，其經過恰當的組合可以形成三相變壓器的供電方式。這種方式的最大優勢就是直接高壓入戶，能很好地降低線路損耗。同時在改善電壓質量方面也有十分明顯的作用。目前，農村多采用單、三相混合供電的方式，使居民既可以使用單相供電也可以使用三相供電。最簡單的例子就是在動力負荷較高的季節，使用三相變壓器。而在沒有動力負荷或者較少的時候使用單相變壓器。

2 單、三相10kV 混合供電的具體模式

2.1 單、三相10kV 供電的方式

就目前而言，單、三相10kV 供電有三種方式。根據我省實際情況，有三種方式可以實現：一是10kV 中性點不接地的三相三線制，采用兩相線單相供電；二是10kV"兩線一地" 制，采用一線一地單相供電；三是中性點接地的三相四線制，采用一線一地單相供電。

2.1.1 兩相線單相供電方式

所謂采用兩相線單相供電，是指用兩根相線連接單相變壓器的供電方式。這種方式中運用了兩根導線，同時其相關設備也為兩套。需要指出的是特指在10kV 中性點不接地的三相三線制中運用這種供電方式。這種供電方式不需要改變原有的配網制式，只需要采用單相變壓器就可以很容易的實現。同時還保存了10KV 中性點不接地，這可以很好的保證供電的穩定性。在10KV 中性點不接地的三相三線制中，采用這種供電方式也有一定的缺陷,就是雖然實用，但是很不經濟。

2.1.2 10KV“兩線一地”制，采用一線一地單相供電

在10KV 配電系統構建過程中，大多數地區采用的是“兩線一地”系統，即采用一線一地的單相供電。其具體做法就是采用一根導線連接，支線電壓保持為10kV。這種供電方式的優勢在于相對于兩相線單相供電比較而言，可行性較易，也不需要設立專門的變壓器臺架，經濟性較好。但是這種供電方式雖然很容易實現，但是它對相應系統的要求也隨之變高。

2.1.3 中性點接地的三相四線制，采用一線一地單相供電

在10KV 配電系統中還可以采用另一種供電方式，即采用一線一地單相供電方式，只要10KV 中性點接地三相四線制時，必須是接地系統。在運用這種供電方式的過程中，要求技術部門改變10KV 配電系統的接線方式。需要指出的是在中性點地的三相四線制下采用一線一地單相供電方式，除了對相關技術要求較高之外，它有十分明顯的優勢，那就是其電壓等級很靈活，可以普遍的運用于生產生活。

2.2 單、三相10kV 供電情況分析

當今城鄉的三相四線制供電（380/220V）多是從變電站的10KV 母線引出10kV 配電線路，除專線使用三相10kV 的用電戶外，一般都是在靠近負荷中心處裝上三相10/0.4KV Yyn0 型變壓器，從變壓器低壓側引出三相四線（380/220V）的低壓線路供電給附近的低壓用電戶，其供電簡圖如圖1 所示。

10kV 配電線路在長期運行中，常因自然因素或人為原因等造成導線在某處斷線，或因變壓器的高壓熔斷器熔絲熔斷或高壓跌落式熔斷器鉤掛不牢靠而跌落，變壓器10kV 高壓側的三相線路一相（例如A 相）斷開后，變壓器高壓側A 相沒有勵磁電流，故在變壓器的高壓側A 相無感應電勢，而變壓器高壓測另外兩相（B、C 相）顯然變成了串聯的單相變壓器而跨接于B、C 相的線電壓UBC 上帶電運行，變壓器B、C 兩相各自線圈承受線電壓UBC的一半，而不是三相正常時的相電壓，此是B、C 兩線圈所承受的電壓為1/2UBC= =0.866UC（UB、UC為正常時的高壓側相電壓）。變壓器低壓側的電勢是跟著變壓器高壓側電勢大小方向的變化而變化的，因而當變壓器

圖2 YynO 變壓器高壓側A 相斷路圖

（甲）高壓側電勢（乙） 低壓側電勢（丙）高壓側A 相無電時，變壓器的低壓側a 相也沒有電勢，而變壓器低壓側B、C 兩相的電勢也相應為原來正常時低壓相電勢的 倍，當線路或變壓器高壓側A 相斷開時，變壓器高低壓側電勢向量變化圖請見圖2 甲、乙、丙

當三相變壓器高壓側線路A 相斷開時，此時接于變壓器的低壓側a 相的負荷（假設為純電阻性負荷，如圖2 所示白灼燈負荷Ra），由于低壓a 相無感應電勢，故a 相的相電壓為O，因此電燈Ra 無電流通過而不亮，而接于低壓b、c 兩相的負荷（仍設為純電阻性負荷，如圖2 所示Rb、Rc）經中線分別跨接于各自的b 或c 相的電壓上，但此是b、c相負荷的電壓降為1/2 Ubc（忽略相線與中線的阻抗不計），即為原來三相正常時的相電壓的0.866 倍，因而該兩相電燈較正常時暗很多。

如變壓器高壓側A 相無電，由于有中線的緣故，變壓器低壓的b 相c 相的負荷Rb、Rc 的電壓降相等但方向相反（從圖2 丙中可看出Uby 與Ucz大小相等方向相反），故其流過的負荷電流Ib1、Ic1 方向也相反，如果Rb=Rc，則負荷電流Ib1=Ic1，此是中線沒有電流流回變壓器低壓中性點n，即In=0，如果Rb≠Rc，則Ib1≠Ic1，兩者電流之差便是流經中線的電流，例如Rb=3Rc（即C 相的照明負荷設備容量相當于b 相照明負荷設備容量的3倍），如果忽略導線的阻抗不計，則Ib1=Ic1，亦即Ic1=3Ib1，由于Ib1 與Ic1 的電流方向相反，故流徑中線的電流為I0=Ic1-Ib1=2Ib1，所以流過中線的電流為b 相負荷電流的兩倍。

值得注意區分的事是：當變壓器高壓側三相供電正常，但低壓側三相中某相斷開時（例如a 相），接于a 相的照明負荷電燈不亮，但低壓b、c 兩相負荷仍承受正常的相電壓，故b、c 兩相的電燈光亮正常。而當變壓器高壓側某相斷開（例如A 相）此時變壓器的低壓側三相照明負荷的a 相電燈不亮，而低壓側b、c 兩相照明負荷也亮，但卻比正常昏暗很多。只有當變壓器低壓側三相某相（例如a相）無負荷（或相線斷開時），而另外兩相的照明相同，且中線又斷開時，此時才會發生與變壓器高壓側A 相斷開時，a 相電燈不亮，而b、c 兩相電燈昏暗的相同現象。如果運行人員發現三相四線制供電的照明用電戶，一相電燈不亮，另外兩相燈亮卻昏暗，應迅速查明何處高壓線路斷開（首先應檢查配電變壓器的高壓熔斷器是否熔斷跌落），然后設法消除故障，恢復正常供電。

變壓器高壓側A 相斷開后，低壓側照照負荷的電壓電流向量圖如圖3 所示。

圖3 高壓A 相斷開，低壓照明負荷b,c 相電壓電流向量圖

圖2 甲所示的沒有中線的三相低壓用電戶（例如電動機）Za、Zb、Zc為 感 抗性負荷，因a 相無電壓，故沒有電流流過，而Zb、Zc 兩相負荷則串聯跨按于b、c 相間的線電壓Ubc 上，而流經Zb、Zc 的負荷電流也相等，但方向相反Zb、Zc兩相負荷的電壓降相等（如的Zb=Zc 話）或不等（如Zb≠Zc 的話，阻抗大者電壓降則大）。如果負荷是三相電動機的話，則這是Za=Zb=Zc，Zb 與Zc 變成接于線電壓的單相電動機，因此電動機便不能正常運轉，其轉動力矩和轉速便會降低，甚至燒壞電動機，因此運行人員應分析斷判及時地把電動機停下，待三相電壓正常后再把電動機重新投入運行。低壓a 相無電時的電動機負荷（b、c 兩相）的電壓電流向量圖如圖4 所示。

圖4 高壓A相斷開，低壓電動機b,c 相電壓電流向量圖

因此，根據實際情況采用相應的單、三相10kV 的供電方式可較好的提高電網供電的可靠性與經濟性。

結語

通過上述分析可以得知，單、三相10kV供電方式并不是一成不變的。其相應的措施也應該根據具體情況發生變化。但是有一點必須指出，無論是哪一種供電方式中單相變壓器是必不可少的。單相變壓器小容量、結構簡單等特點可以更好的完善供電系統。因此，我們需要積極構建并完善相關電網的改造，深入研究，充分運用單、三相10kV 多種供電方式，進一步促進我國城鄉用電很好的滿足安全、可靠、優質、經濟等多方面要求。

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