當(dāng)前進(jìn)行的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造就是應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品、節(jié)能技術(shù)改良電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，降低供電線損，提高電壓質(zhì)量，提高供電可靠性。從當(dāng)前城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的情況來(lái)看，電源點(diǎn)的建設(shè)要堅(jiān)持深入負(fù)荷中心，小容量、密布點(diǎn)、短半徑布置。在這個(gè)背景下，單相配電變壓器因容量小、損耗小、重量輕、便于深入負(fù)荷中心得到關(guān)注。

    2006年全國(guó)工業(yè)企業(yè)節(jié)電技術(shù)研討會(huì)會(huì)議總結(jié)里說(shuō)，單相變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、損耗低，主要是鐵損小，適宜在負(fù)荷密度較小的低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用和推廣。江蘇省電力公司五年來(lái)推廣單相變壓器效果明顯，僅蘇州市就累計(jì)使用1000多臺(tái)，節(jié)電45 GWh，經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

    有的資料顯示單相變壓器在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，例如美國(guó)、日本，單相供電制成為居民供電的主要方式，在這種宣傳下，有些人因此而認(rèn)為單相供電具有“降損”的魔力，認(rèn)為單相變壓器比三相變壓器更節(jié)能，認(rèn)為單相供電制比三相供電制更優(yōu)越。其實(shí)不然，單相變壓器與單相供電制只是當(dāng)前三相供電制的補(bǔ)充形式，由于其自身特性的約束，它只能應(yīng)用于某些特定的領(lǐng)域。

    1 單相變壓器變損是否低

    在以前的關(guān)于介紹單相變壓器及單相供電技術(shù)的論文中，認(rèn)為單相變壓器比同容量的三相變壓器空載損耗小、節(jié)能，并且變損低。事實(shí)如此嗎？

    筆者看到有的論文列舉出的應(yīng)用實(shí)例，提到改造具有的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，用D10、D11甚至D12系列的變壓器和同容量的S9系列變壓器進(jìn)行比較，例如提到同容量的D11單相變壓器比S9三相變壓器空載損耗降低得多，因此認(rèn)為單相變壓器比三相變壓器運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，其實(shí)這是個(gè)誤解。舉例時(shí)忽略了兩者之間的技術(shù)層次上的差異，根據(jù)JB/T3837-1996《變壓器類(lèi)產(chǎn)品型號(hào)編制辦法》，對(duì)變壓器型號(hào)的編序的性能水平做了規(guī)定，凡大一號(hào)的性能參數(shù)要提高到一個(gè)新水平。例如D10系列變壓器是根據(jù)S10變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)的，論證D10或者D11等系列變壓器的降低損耗的效果時(shí)，應(yīng)選取同型號(hào)的S10或S11變壓器進(jìn)行比較，選取S9系列變壓器作為參照物其實(shí)是不公平的。

    另外，普通S9系列變壓器采用的是疊裝式鐵芯結(jié)構(gòu)，而D10、D11等大多采用了卷鐵芯結(jié)構(gòu)：疊裝式鐵芯和卷鐵芯存在工藝技術(shù)上的差別，卷鐵芯結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)疊裝鐵芯結(jié)構(gòu)中無(wú)法克服的缺點(diǎn)，例如在一張鐵芯疊片中，沿外側(cè)和沿內(nèi)側(cè)的磁路長(zhǎng)度相差較大，使得磁通在鐵片內(nèi)不是均勻分布，并產(chǎn)生高次諧波，結(jié)果導(dǎo)致?lián)p耗增加。在三相鐵芯中，鐵軛和B相的芯柱交會(huì)區(qū)域內(nèi)，由于三相磁動(dòng)勢(shì)的原因產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使損耗增加，在鐵芯疊片彼此之間對(duì)接處有接縫，在此接縫區(qū)域內(nèi)，有橫向穿越疊片的磁通而使損耗增加。因此，卷鐵芯變壓器比疊裝鐵芯變壓器空載損耗小，空載電流小。

    為便于公平比較，本文引入變壓器參數(shù)均采用網(wǎng)上公布的正泰電氣股份有限公司變壓器公司的變壓器數(shù)據(jù)，表1為比較不同型號(hào)的節(jié)能效果，也列入S9型變壓器數(shù)據(jù)。

    根據(jù)表1所示，我們可以看到，同是11型號(hào)的100 kVA容量的三相卷鐵芯密封變壓器與單相卷鐵芯變壓器除了重量明顯差異外，技術(shù)指標(biāo)差別并不明顯。所以一直認(rèn)為的單相變壓器比三相變壓器變損小、節(jié)能的結(jié)論是沒(méi)有依據(jù)的。


    2 單相供電方式是否線損低

    根據(jù)電路原理，同樣的距離輸送同樣的功率P ，功率因數(shù)為1，三相供電方式與單相供電方式的線路損失如下。

    假設(shè)使用同截面的導(dǎo)線，導(dǎo)線電阻為R。

    單相變壓器兩線方式供電，輸送功率P 時(shí)，相線、中性線中電流為I ，產(chǎn)生的線路損失為 P 單損 = 2I 2R。

    三相變壓器三相四線方式供電，輸送功率P時(shí)，線路中相電流為I /3，理想狀態(tài)下中性線無(wú)電流，相線 P 相損 =(I /3)2R = I 2R/9。
    
    本方式下線路損失為 P 三損 = 3×(I /3)R = I 2R/3。

    通過(guò)計(jì)算可見(jiàn)，三相供電方式的線路損失是最低的，單相供電的方式比三線制的損耗高6倍。由此可見(jiàn)，單相供電方式在與三相供電方式在降低線路損失方面并無(wú)優(yōu)勢(shì)。

    3 單相變壓器的優(yōu)點(diǎn)在哪里

    單相變壓器具有的經(jīng)濟(jì)意義如下：第一，相同容量的單相變壓器比三相變壓器用鐵減少20%，用銅減少10%。尤其是采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)時(shí)，變壓器的空載損耗可下降15%以上，這將使單相變壓器的制造成本和使用成本同時(shí)下降，從而獲得最佳的壽命周期成本。第二，在電網(wǎng)中采用單相供電系統(tǒng)，可節(jié)省導(dǎo)線33%～63%，按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算，可節(jié)約導(dǎo)線重量42%，按機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算，可降低導(dǎo)線消耗66%。因此可降低整個(gè)輸電線路的建設(shè)投資。這在我國(guó)地域廣闊的農(nóng)村和城鎮(zhèn)的路燈照明及居民生活用電方面是很有意義的。第三，單相變壓器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大批量的現(xiàn)代化生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和效益。第四，適于引入新技術(shù)、新材料、新工藝，獲得技術(shù)加分，黨的十六屆五中全會(huì)提出把節(jié)約資源作為基本國(guó)策，“十一五”規(guī)劃《綱要》進(jìn)一步把“十一五”時(shí)期單位GDP能耗降低20%左右作為約束性指標(biāo)。在這個(gè)大背景下，降損附加值高的新產(chǎn)品將大有所為。

    在線損理論計(jì)算時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，80%的線路損失發(fā)生在20%的主干線上，因此縮短低壓主干線距離，就可以大大減少低壓線損，由于單相變壓器重量輕，可以靈活安裝在電桿上使用，便于深入負(fù)荷中心，就近降壓供電，提高供電質(zhì)量。

    一般單相變壓器在小范圍內(nèi)供電，發(fā)生故障波及面小，利于提高供電可靠性。同時(shí)，因?yàn)閱蜗嘧儔浩髦亓枯p，安裝維護(hù)方便，使用靈活，可以單相使用，也可以三臺(tái)組成三相變壓器使用。

    4 變壓器小容量化的代價(jià)

    輕負(fù)荷地區(qū)進(jìn)行單相供電制建設(shè)，可減少建設(shè)投資。大負(fù)荷地區(qū)進(jìn)行單相供電制的改造，必須有較大的經(jīng)濟(jì)投入。

    筆者看到，有的單相變壓器在居民小區(qū)的試點(diǎn)，實(shí)行的是將大變壓器化成多個(gè)小變壓器，臨近負(fù)荷安裝，縮短低壓主干線距離，由于電源點(diǎn)到負(fù)載的距離是一定的，縮短低壓供電距離，必然要延長(zhǎng)高壓輸電距離，此種改造需要大量的投資，例如原來(lái)3個(gè)單元30戶人家使用160 kVA三相變壓器1臺(tái)，改用3臺(tái)50 kVA單相變壓器供電，表2列出兩種改造方案的用料及損耗變化，很明顯的增加了建設(shè)投入。其一，為了減少低壓主干線的線損，要將高壓線路引入負(fù)荷中心，增加高壓線路建設(shè)投資。其二，采用多臺(tái)小容量變壓器后的空載損耗和負(fù)荷損耗，都比原先單臺(tái)大容量變壓器多。其三，多臺(tái)小容量變壓器的購(gòu)置資金也大于單臺(tái)大容量變壓器的購(gòu)置資金。


   

    國(guó)外由于居民用電多，幾家或者每家使用一臺(tái)單相變壓器，是因?yàn)閲?guó)家富裕，電力部門(mén)大量資金投入的結(jié)果。雖然投資較大，對(duì)于他們總的來(lái)說(shuō)還是合算的。

    5 單相變壓器應(yīng)用的局限性

    首先，單相變壓器由于電壓?jiǎn)我唬�只能�?yīng)用于照明或小型電機(jī)，應(yīng)用范圍具有局限性。而我國(guó)農(nóng)村因有副業(yè)和作坊，不能廣泛推廣，即使用，也只是作為三相供電制度的補(bǔ)充使用。在順平供電公司，單相變壓器得到應(yīng)用，一是應(yīng)用于深山區(qū)，居民分散，用電負(fù)荷小，基本沒(méi)有動(dòng)力應(yīng)用，可大大減少線路投資；二是應(yīng)用于路燈。

    其次，是單相變壓器所引起的引高壓進(jìn)負(fù)荷中心容易受到人們的抵制�，F(xiàn)在人們法制觀念提高，對(duì)于居住環(huán)境的關(guān)心也非常重視，沒(méi)有哪個(gè)業(yè)主愿意電業(yè)部門(mén)在門(mén)前樹(shù)根“旗桿”，上面掛有變壓器，帶有高壓電，并且還發(fā)出噪音。同時(shí)，現(xiàn)在的房地產(chǎn)商人只要求電力方便，他們卻不愿意自己的藍(lán)圖里出現(xiàn)電力設(shè)施的影子。一是怕電磁輻射，二是怕危險(xiǎn)，三是怕影響景觀�，F(xiàn)在電力部門(mén)收費(fèi)到戶，線路損失是電力部門(mén)的事情，業(yè)主與開(kāi)發(fā)商沒(méi)有義務(wù)為電力部門(mén)提供方便。

    6 正視單相變壓器的應(yīng)用

    在我國(guó)，單相變壓器與單相供電技術(shù)一直在發(fā)展，早在20世紀(jì)50年代末就向國(guó)外出口過(guò)單相變壓器。這些年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了單相變壓器的發(fā)展，卷鐵芯、非晶鐵芯技術(shù)在單相變壓器上應(yīng)用，可大大減少變壓器的鐵芯損耗。根據(jù)分析，當(dāng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造到一定程度后，網(wǎng)損中的線路損失占的份額將大大降低，配電變壓器的空載損耗將占網(wǎng)損的主要地位。只有大幅度降低鐵芯損耗，才能有望進(jìn)一步降低電網(wǎng)的電能損耗。因此，卷鐵芯、非晶鐵芯單相變壓器具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?BR>
    當(dāng)前，三相變壓器與三相集中供電制仍居主導(dǎo)地位，單相變壓器與單相供電制只是其補(bǔ)充。在變壓器的實(shí)際應(yīng)用上，我們應(yīng)充分利用三相變壓器與單相變壓器各自優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，根據(jù)用電負(fù)荷情況選用適合的變壓器品種，以經(jīng)濟(jì)供電半徑配置電源點(diǎn)。