论智能单相配电在我国应用前景

余陈刚 童充

中图分类号：F270 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2016）09-000-02

摘 要 目前全球能源紧缺，我国随着经济的不断增长也面临能源可持续发展的问题，单相配电不仅降低配电网建设和运行的成本，而且更重要的是降低对自然资源的消耗。因此在我国智能配电网的发展过程中，将中低压配网按负荷“单、三相分开供电”；“配网中压线深入、简化低压”，“配变短半径、小容量，多布点”等原则，采用分布式单相配电模式，将是一项节约能源、科学发展，适应智能电网发展，具有重要意义的长远举措。

关键词 配电网 单相配电 智能 可持续发展

配电网的线损及线损率是一项综合性技术经济指标，也是反映配电网规划建设、生产运行和经营管理水平的重要指标。由于配电网导线线径细、电压等级低，配电网的线损率比输电网大得多，近期以来的数据表明，配电网线损电量约占整个电网线损总量的65%～75%。统计表明，我国各500kV网络线损率为1.2%～1.8%，220kV网络为1.6%～2.2%，110（63）kV网络为1.8%～2.5%，而10kV及以下中低压电网损失电量约占总线损电量的45%～50%，部分地区甚至更高。城市市区及近郊区中低压电网线损率约为5%～10%，而部分农村配电网达到12%以上。由于配电网损耗在整个电网网损中所占的比重最大，因此降低配电网的损耗及线损率不仅对于电力系统本身的节能降损，其对于整个社会和国家的发展都有着重要的意义。

一、我国中低压配网存在的主要问题

经过上世纪末的大规模城乡电网改造，我国的配电网各方面普遍有了较大的改善，初步适应了国民经济的发展和人民生活的用电需求。但随着国民经济的持续快速发展，以及我国电力负荷相应的飞速增长，原有的配电网尤其是中低压配网逐步无法适应目前社会和经济发展对电能供应各方面的要求，矛盾日益明显。

（一）电网结构不合理，线损率偏高

我国原有的配电网结构已逐渐无法适应电力负荷的快速增长，尤其是城乡居民生活用电的迅速增长使原已接近饱和状态的低压配电网络的压力更大，这些都成为中低压配网线损率偏高的重要原因。在负荷的不断增长中，用电结构发生了变化，居民用电和第三产业负荷上升，加重了中低压配电网的负担。低压配电网电压质量差，故障发生频繁，供电可靠性低，其中线损大问题的尤其严重。目前我国的综合线损率为7.5%，比发达国家高出1～2个百分点，相当于每年多损失200亿kWh以上的电量。

（二）低压线路过长，供电半径过大，导线截面过小

低压线路过长一方面导致线路末端电压过低，另一方面我国中压与低压线路的比例并不合理，美日等一些先进国家的中/低压线路比例为1 ：0.9～1 ：1.0，而我国中/低压线路比例城市为1 ：1.1～1：1.2而农村达到了1 ：1.5；每台配电变所供低压线路日本平均长度98米；而我国平均则达到了1200米。低压线路过长除了线路末端电压降过大之外，其线路损耗也必然增大。另外，我国许多地区配网的主干导线截面过细，导致线电阻过大，也不能满足日益增长的输送容量的要求。还有较多配网线路是裸导线、线路老化严重，也使线路损耗比较高。

（三）配变容量配置不合理，负载率差异大，供电可靠性不高

我国低压配网中，配变供应用户数量偏多，容量也相对偏大，负载率过低。这就导致了实际应用中，有些配变长期轻载，而同时有些配变经常满载，负载率过高。配电变压器容量与实际用电负荷不匹配的情况，导致配变负荷没有在经济运行区间，造成“大马拉小车”现象；一些公用变压器负荷变化大、负荷率低，造成高峰时过载、低谷时轻载；还有一些配电变压器三相负荷不平衡，中性点发生偏移。这些问题的存在使配网变压器损耗增加。

（四）在供电安全性方面存在隐患

目前世界上低压配电网的供电方式存在两大类型：一类是以欧亚大陆为主体的，世界上大多数国家所采用的三相四线制，我国即采用这种方式。采用380/220三相四线制的供电制式，当零线断开后由于各相负载不同显然会导致中性点电位位移，电压的升高，个别火线电压骤升，危害照明、家电设备，甚至会危及人身安全。

二、智能单相配电在我国应用前景分析

智能单相配电通常在低压配网采用智能单相三线制，这是针对智能单相负荷的一种供电制式，它由智能单相配电变压器供电，变压器低压绕组的端电压是智能单相设备电压的2倍，变压器低压绕组两条端线之一与绕组中点引出的中（零、地）线向智能单相设备供电。

在负荷线路电流密度相同和导线截面相同的情况下，相同容量三相变压器的用料以及电能损耗均高于用智能型单相变压器配电14.5%以上。

（一）有利于节能降损

三相四线制配电需要三相变压器，而智能单相三线制只需要智能型单相变压器。智能型单相变压器结构简单，其铁心结构是口子形而三相变压器为横日字形，智能单相变铁心平均长度约为三相变压器的85%，在容量相同的条件下，其原材料耗量与功率损耗均比三相变压器减20%以上。智能单相配电与三相四线制供智能单相负荷比较，在采用相同导线、供同样负荷的情况下，其线路有功损耗可减少约22%。智能单相配电变压器易于采用卷铁芯结构，它与叠片式铁芯结构相比，其空载电流可减少60%以上，空载损耗可下降20%以上。智能型单相变压器的铁心也可采用非晶合金材质，非晶合金智能单相配变同样具有较低的空载损耗，只有叠片铁芯变压器的1/4～1/3。

（二）提高供电可靠率

智能型单相变压器容量小，且体积和重量也小，应用于中压配电网时，能够分散深入低压负荷中心，一方面节能降损，另一方面可以有效地提高电压质量。在电压合格率方面，利用智能型单相变压器并采用智能单相三线制智能单相配电的美、日等国家的电压合格率达99%以上，而我国由于低压线路过长一方面导致线路末端电压过低，另一方面我国中压与低压线路的比例不合理，且每台配电变所供低压线路过长，导线截面过细，低压线路电阻及电压降过大，从而导致了我国的低压配网平均电压合格率低。而智能单相三线制配电由于低压线路短，电压降较小，因此电压合格率更高。

（三）提高电能质量，保障供电安全

在三相不平衡方面，由于智能单相配电将中压配线深入负荷中心，配变小容量密布点，因此经过合理规划，更容易做到三相平衡，而我国的三相四线制由于采用的配变供应用户数量偏多，容量也相对偏大，这就导致了有些配变长期轻载，有些配变经常满载，配电变压器容量与实际用电负荷不匹配。变压器负荷波动大、三相负荷不平衡、中性点偏移的问题的尤其严重。

在供电安全性方面，采用三相四线制的供电制式当零线断开后由于负载阻抗的不同显然会导致中性点电位位移，电压的升高，个别火线电压骤升，危害照明、家电设备。而采用智能单相三线制配电时，只需认清火线与地线，用户侧接地可靠，则不会有此类情况的发生。

三、结语

智能单相配电在我国今后配网建设中大有可为，随着智能配电网的深入发展，大量分布式可再生能源接入配电网，传统的集中配电方式将转换为双向互动的配电模式。由于分布式电源的多样性和用户负荷的多样性，有必要对单相和三相负荷实行分别针对性的智能配电。在中压转换为低压的配电环节，主要采用小容量的单相配电变压器；同时，对单相负荷采用单相三线制的低压配电方式，而对三相负荷则采用多台单相变联接或小容量三相变进行供电，即将负荷按照“单三分离”的原则进行划分。配电变压器的配置按照小容量、多布点的原则；中压配电线路延长至负荷附近，同时最大限度的简化低压配网、缩短低压配线。采用以上方式，可以在降低线损的基础上，最大程度的适应分布式电源的灵活接入。