10kV单相配电变压器的降损应用

● 湖南·国网怀化供电公司 李 柱 张 萌 姚 俊 汪 民

配电网的线损管理，历来是线损管理的重点和难点，相关统计资料表明，在供电环节中，10kV及以下配电网的损失电量，占到了地区损失电量的60%～70%。针对这一现状，供电企业开展了配电设备的配置分析，结果表明配电设备的配置状况与国外相比，差异十分明显。我国配电变压器单台容量较大，低压供电半径较长，是制约降低配网线损的主要因素。引进单相配电变压器，实现配网降损目标，成为供电企业降损工作的一个重点。

1 应用思路

1.1 基本特点

单相配电变压器是一次绕组和二次绕组均为单相绕组的配电变压器。单相配变分火线零线，火线有1～2个抽头，额定相电压均为220V，不能提供380V的线电压。相较于三相变压器，单相变压器具有重量轻、安装占地小，可深入负荷中心等特点，对于降低建造成本和运行成本有重大意义。

1.2 适用范围

结合单相配电变压器的自身特点，可重点改造以下区域：一是存在重过载、三相不平衡、线损高、低电压等问题的台区；二是无三相用户的老式居民小区，视情况采用一栋楼或一单元使用一台单相变压器供电；三是城乡结合部、居民生活用电集中区域，便于施工和结构布置；四是郊区及集镇小工业较为发达的地区，采用单相变压器与三相变压器共存的方式，前者供居民生活用电，后者供工业用电。

1.3 定性分析

相同容量的单相变压器比三相变压器用铁减少20%，用铜减少10%。尤其是采用卷铁芯结构时，变压器的空载损耗可下降15%以上，这将使单相变压器的制造成本和使用成本同时下降，从而获得最佳的寿命周期。

在电网中采用单相供电系统，可节省导线33%～63%，按经济电流密度计算，可节约导线重量42%，按机械强度计算，可降低导线消耗66%。因此可降低整个配电线路的建设投资,这在我国地域广阔的农村和城镇路灯照明及居民生活用电方面是很有意义的。

由于单相变压器采用无接缝的卷铁结构和专用设备烧制，因此与三相变压器相比，其噪声减小10dB，可较好的解决过去增容时变压器难以“立足”的问题。

2 应用实例

2.1 改造台区概况

怀化供电公司对问题台区进行筛选，通过用户走访，选取了七公司#2杆变台区进行单相配电变压器改造试点工作。七公司#2杆变台区原为1台S9-400kVA公用配变，供电半径0.85km，该台区供电区域为建筑第七工程公司家属区，挂接用户330户，供电区域内房屋紧凑、用户分布密集，造成该台区供电用户多。根据运行数据显示，台区2015年A相最大负载率达到81%，B相最大负载率达到94%，C相最大负载率达到64%，且三相不平衡问题严重，全年不平衡度达98%，全年61.68%的时间三相不平衡度高于15%，台区年平均线损达8.62%，月最高线损达12.27%。此外，受重载、三相不平衡影响，负荷高峰时期台区末端用户电压仅192V，台区供电质量整体不高。

2.2 改造情况

小区以每栋楼（50户左右）为1个供电单元对应安装1台单相变压器。通过前期负荷实测及采集系统数据分析，将原400kVA变压器更换为2台80kVA和4台50kVA单相变压器。

该小区的单相变压器施工改造工程新立12m电杆3基，新建高压线路371m，改造低压主干线路1102m，将330户用户分配至新增的6台单相变压器。改造后单相变压器供电半径最远69m，最近42m。

2.3 安装方式

（1）单杆安装方式。经过查阅《配电网工程典型设计》及相关资料，采用单杆安装的方式，架设两相高压线，10kV绝缘线采用侧面引下并使用短横担，跌落式熔断器采用背面安装方式，自制紧凑型低压综配箱采用单杆悬挂安装方式，低压出线采用电缆架空敷设方式。

（2）低压三线制接线方式。单相变压器低压侧有a1、a2、x1、x2 4个抽头，可采用三线制或四线制（区别为是否共用零线）。考虑到实际应用中a1和a2这2个回路负载不可能近似平衡，三线制将x1、x2合并后较四线制不会形成零线电流，可降低损耗50%，因此本次8台单相变压器均采用三线制接法，将2个零线端短接，引出公用零线，2个相线端分别引出，作为两回低压供电线路。

3 应用效果分析

3.1 负荷平衡的成效分析

“两相三线制”接法将原来分散在3个回路的负荷集中到2个回路上，负荷更易分配；每回路低压额定电流较原来也相应增大、抗过载能力增强，有效解决了三相不平衡及其引起的重过载问题。以100kVA三相变压器更换为同容量单相变压器为例，三相变压器一回路额定电流为144A，而单相变压器一回路有228A，可见单相变压器的单回额定电流提高58%，容量利用率也相应得到提高。

选取改造后的高峰负荷典型日11月27日、低谷负荷典型日10月29日分别与改造前一年的典型日11月10日、10月24日进行负载率对比，结果如表1所示。

表1 单相变压器与三相变压器负载率比对表

可见同样是高峰负荷典型日单相变压器较三相变压器的平均负载率降低22%，低谷期负载率变化不大，容量利用率明显提高。

3.2 供电质量效果分析

单相变压器就近安装可大幅缩短低压供电半径,所带用户较三相变压器减少，能更精准的调节供电电压，提高电压质量。改造前，七公司#2杆变台区负荷高峰时期末端用户电压一度达低至192V。改造后，供电半径从原来的720m减少到现在的69m，末端电压稳定在218V。

3.3 损耗效果分析

（1）变压器损耗对比分析。以1台100kVA三相变压器更换为2台50kVA单相变压器为例。空载损耗：三相变压器月损耗209kWh/月；单相变压器月损耗122kWh/月。负载损耗（按60%的负载率，取负荷形状系数为0.55）：三相变压器月损耗285kWh/月；单相变压器月损耗188kWh/月。月损耗相差184kWh，可见将原S9型三相变压器更换为单相变压器，变压器损耗降低了37%。

（2）低压线路损耗分析。单相变压器缩短了低压供电半径从而大幅降低线路损耗。原400kVA三相变压器替换为4台50kVA和2台80kVA的单相变压器，将原双回低压主干线和低压杆改造为高压线路就近挂接单相变压器，进户线路径依旧不变。因此，除去未改造的重叠低压线路部分，单相变压器低压线路损耗可视为0，则原三相变压器多供低压线路单回损耗为2384W，每月合计线路损耗3433kWh。

总体分析七公司#2杆变台区线损，原三相变压器每月平均供电量为52387kWh，平均线损率为8.93%。可见原三相变压器每月低压线路损耗占3433/52387=6.55%，占总线损率的73%。通过单相变压器改造后预计线损可由 8.93%降至 2.38%。

（3）实际线损同比分析。经过对七公司#2杆变台区改造后3个月单相变压器的线损同比情况统计发现，实际改造后台区线损同比由8.63%降低至2.82%，下降67%，降损节能效果显著。 每月节约电量=43423×（8.63%-2.82%）=2523kWh。 年节约电费=2523×0.588×12=17802 元。

3.4 效益分析

（1）工程效益分析。由于变压器数量增多，导致变压器本体及附件、综合配电箱、安装施工费增加，因此较建设1台三相变压器所需的材料、施工费用多出130660-94790=35870元（参考2016年国网配电网典型设计）。但按照目前七公司#2杆变台区线损下降幅度，改造后年节约电费可达17802元，因此仅需2年即可收回额外增加的建设成本。

（2）供电可靠性分析。单相变压器改造后，供电可靠性大幅提升。一是单台变压器供带用户大幅减少，如遇变压器故障或停电检修时，大幅减小了停电范围和影响，保证了非故障变压器所供居民的正常用电；二是单相配电变压器较三相变压器容量小、结构简单、变压器本身故障率低，加之便于安装和调换，可大幅缩短故障处理时间。

（3）社会效益更突出。单相变压器环保性能更优越，高低压布线少，减少用材、占地和投资。其空载损耗低，无功需求低，噪声小，对居民影响小。