單相供電模式的發展及應用

摘要：簡述了單相供電模式的優勢與局限性，介紹了單相供電模式能夠有效降低配變損耗及線路損耗，同時與三相供電模式進行簡單對比，指導實際方案設計及施工建設時選擇合適的供電系統，最終為客戶提供安全、可靠電源保證，提高電力公司優秀的服務形象。

關鍵詞：單相供電；降低配變損耗；降低網損

中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0203-02

隨著人們生活水平的提高，城鄉居民生活用電急劇增加，人們在對電能需求增加的同時，對電能質量也提出較高的要求。在我國，E類供電區（農村）面積相對較大，負荷分布相對比較分散，使用容量較大的三相配電變壓器和三相四線制供電，資源利用度達不到經濟性要求，線損也偏高。很多地區的低壓配電網仍然存在低壓供電半徑過長、電壓偏低以及配電變壓器容量偏大、負荷偏小等所謂的“大馬拉小車”的情況，不僅造成電力設備資源的浪費，設備利用率偏低也導致電網能耗過大。三相動力電和普通居民用戶共用一臺變壓器情況居多，這就造成用戶用電設備不能再額定電壓下運行，電壓質量不滿足要求。

一、關于單相供電模式的探討

1.采用單相變壓器供電

日本、美國等發達國家很早就開始注重配電網建設、改造過程中用戶的電壓優化及改善。例如日本，居民生活用電占很大比例，通常兩戶采用一個單相小容量變壓器供電，采用電纜引下方式至用戶，不失美觀，而且可靠性非常高。

新農村規劃布局比較合理，負荷分布較均勻，住戶比較集中如圖1所示。負荷密度低，將配電變壓器布置靠近負荷中心處，既能保證電壓質量要求又降低了網損。

該單相供電模式的變壓器容量小，供電線路半徑短，不僅有效減小了變壓器空載損耗，而且降低了配電網損耗。在實際運行中，安全性、可靠性水平均較高，經濟效益和社會效益顯著。

對于偏遠的山區或者牧區，采用低壓單相供電不僅能夠解決農村的住戶分散，如圖2所示。如果采用三相供電則低壓供電半徑過長，低壓損失較大情況，可以控制施工費用，降低工程造價。另外，由于供電半徑短，線路末端電壓降低少，供電電壓質量高，有效保證用戶電力設備在標準額定電壓下運行，提高用戶設備使用壽命，提高客戶滿意度。

農村地區，空間充裕，對空間布局要求較低，允許架空線進入用戶終端，在方案設計時可以直接根據國家電網公司典設選擇單桿單相柱上變壓器臺方案即可，不僅造價低廉，而且線損比較小。而對于城市內的連排別墅，尤其是對空間布局要求較高的小區，計劃采用單相變壓器供電時，如果不便采用柱上變壓器臺和架空線引線入戶時，小區配套配置需要電纜進出線，可以采用單相箱式變電站進行供電方案的設計。然而，并不是簡單選擇箱式變電站或者配電室就可以滿足用戶負荷需求，設計時需要“高瞻遠矚”，即必須綜合考慮電網規劃的未來年負荷預測結果，利用負荷預測結果進行指導實際設計及施工建設。因為空間不足或緊張時，新建變電工程本期規模一般考慮一次建成，在考慮配變容量選擇合理的同時，還要考慮變壓器負載率適宜，才能在最短時間收回投資。針對具有很大發展前景的地區，首先對當地經濟發展趨勢進行提前預估和判斷，做好飽和年的負荷預測結果，如果飽和年的負荷與短期規劃結果相差較大，則需考慮設計未來增容改造技術方案。例如，如果用地緊張，在建設初期可以通過預留空間來滿足未來年的負荷增長趨勢。

采用單相變壓器，小容量，密布點，短半徑，供電方式特別適合于城市負荷增長空間大、增長速度較快的區域。

2.采用單相二線制供電模式

當采用同樣截面的導線并且以單相供電就能滿足負荷和距離的要求時，如果仍采用習慣三相制供電方式，那就會造成明顯的浪費，至少要多浪費一根同樣截面的導線，該導線造成的損耗也會相應的增加。對農村負荷用單相供電的每回饋電線路上，不僅能夠節省一根導線而且節約相應的投資。單相饋電線路供電方式為由相線和中性線間抽頭引出，進入戶表，由低壓進戶線引到用戶。

在蒙東地區，由于農村低壓電網負荷分布廣、密度小、線路長，很多地區多采取就地平衡的單相配電變壓器，配合兩火線一中性線三芯集束導線供電的新模式（簡稱ab0 系統）。[1]

采用單相供電時，在低壓桿塔的選擇方面也能夠降低單相桿塔成本。首先，如果采用單相供電時，只需要選擇一個瓷絕緣子，而三相四線制供電時則必須選用三個瓷絕緣子，不僅絕緣子的數量增多，成本增加，而且橫擔及相應的鐵附件等物料的選擇也相應增加；其次，如果采用相同截面的導線，單相供電時，桿塔承受的機械力只等于三相供電三分之一，在選擇轉角和終端桿塔時也較簡單，同時也能夠降低拉線選擇的選擇標準，多方面降低線路設計造價。最后，單相供電時，由于桿塔承受的力相對較小，設計檔距時可以相應加大，較三相供電時檔距增大，從而減少了桿塔數量，進一步降低了線路設計及建設造價。

3.單相供電模式優勢分析

（1）降低配變損耗。根據國家電網供電標準物料，單相變壓器最小容量是10kVA，空載損耗為80W；而三相變壓器容量最小為30kVA，空載損耗為130W，兩者相差50W，只針對空載損耗一項指標，一臺單相變壓器一年就可以減少438kW·h電量，假如按照居民生活用電量統一銷售價格0.49元/kW·h計算，配網運行配變單相節約電量效益為214.62元。

（2）降低網損。設計給同一個居民住宅樓，負荷數量相同供電。方案1：采用三相變壓器供電時（深入負荷中心設計），低壓主干線擬采用型號為YJV22-4×120電力電纜，配變到低壓配電箱距離在50～70m，低壓進戶線采用進單元表箱的低壓分支線為YJV22-4×35電力電纜，配電箱至用戶表箱的平均供電距離在20～30m。方案2：采用兩相高壓電纜線路延伸、單相三線低壓電纜供電方案，架空高壓主干線從小區外圍經過，由柱上引兩相配電線路，經10kV電纜入地送入居民區，在靠近居民住宅樓前安裝單相箱式變，低壓出線路經電纜送入單元電表箱。高壓主分支線為YJV22-4×95電力電纜，高壓供電半徑長200～300m；配變進表箱，低壓接戶線為YJV22-35電力電纜，配電箱到用戶表箱10m以內。

由計算得出，方案1的低壓線路損耗為：1092kW·h；方案2的高壓線路損耗為15kW·h，低壓線路損耗為194kW·h；仍然按照居民生活用電量統一銷售價格0.49元/kW·h計算，年節約電量經濟效益=0.49元×（1092-194-15）kW·h=432.67元。

通過例舉三相供電和單相供電兩種模式兩種示例，進一步對比分析來說明單相供電模式降低網損的明顯經濟效益。

（3）降低無功配置。單相供電模式，供電半徑短，末端電壓降低少，因此在低壓側用戶終端可以不用另外加裝無功補償裝置。另外，由于單相變壓器空載損耗比較小，空載電流較三相變壓器明顯下降，從而顯著降低了從上級電網吸收無功的需求。

（4）負載平衡性。在我國，中壓配網系統或者10kV系統大都采用三相三線制，中性點為不接地系統，不論負荷性質如何，全部采用此種接線方式供電。對于農村負荷分散，同時負荷密度小的區域，很難做到三相平衡。三相平衡將會導致配變損耗、線路損耗增加，嚴重情況損壞電力設備，電力企業利益將會受到影響。對于用戶來說，如果是一相或者兩相負荷偏重引起三相負荷不平衡，必將導致線路壓降過大，降低電壓質量，影響用戶電器設備的正常使用，用戶對電力公司的投訴也會相應增加，嚴重影響企業的經濟效益和社會效益。利用單相供電模式則不需要考慮三相負荷不平衡的影響。

（5）專用變壓器用戶供電模式。隨著單相變壓器的推出和使用，很多小工業用戶和商業用戶越來越多采用單相專用配電變壓器供電。采用專用變壓器供電，對用戶本身來說可靠性較高，電力公司在管理和運維方面都很方便。

（6）環境影響。隨著人們生活質量的提高，人們對環境質量的關注也日益提高，其中噪聲就是人們衡量環境的一項關鍵指標。單相變壓器采用了無接縫的鐵芯結構，相同運行環境條件下，相對于三相干式變壓器或非晶合金的變壓器來說，設備運行過程中噪音減小30～45dB，不影響居民日常生活。

4.單相供電模式的弊端

（1）建設初期投資大。單相供電系統的配置原則是“小容量、密布點、短半徑”，導致配電變壓器數量大于三相大容量變壓器數量。同時，隨著變壓器配置數量的增加，其相應的保護設備如開關類、跌落式熔斷器等相關設備增加，必然導致初期投資較大。

（2）不能滿足特殊三相負荷需求。無論是城市還是農村，都存在需要特殊供電的三相負荷。對于城市高層電梯公寓，容積率較高時，雖然可以利用多個小容量單相變壓器組成“星-星”接線或“星-角”接線為負荷供電，但是運行安全性和供電可靠性較差，不能為用戶提供穩定較高的電源。在農村地區，夏季農業灌溉負荷需求比較大，利用多個單相變壓器供電也不能滿足負荷需求。因此在上述兩種情況下，就不能一味考慮經濟性要求采用單相供電，而是要根據負荷實際需要選擇三相供電方式滿足用戶需求。

二、結束語

總之，在設計供電系統、選擇配置方案時，應做好實際需求調研，充分結合供電區域的負荷性質及供電區域的設計習慣和特性，綜合考慮單相供電系統的優缺點，爭取揚長避短，科學合理選擇供電方式，為客戶提供高可靠性、高穩定性電源，為企業創造更大的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]吳現珉.單相供電模式的效益分析[J].農村電氣化，2008，（2）.

[2]郭俊.電網單相供電技術的研究與應用[J].電源技術應用，

2013，（6）.

[3]潘斌.單相變壓器的節能應用分析[J].大眾用電，2012，（10）.

（責任編輯：孫晴）