單相變壓器替代三相變壓器的城市道路照明系統(tǒng)

張 振

(湖南理工學(xué)院 信息與通訊工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)

我國(guó)城市道路照明電光源目前都是由三相電力變壓器供電, 湖南省岳陽市市區(qū)就有24臺(tái)三相變壓器專為城市路燈供電. 在低壓配電網(wǎng)中, 廣泛采用“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的供電方式, 這種供電方式能明顯降低低壓配網(wǎng)線損. 單相變壓器的使用正是落實(shí)這種供電方式的重要措施, 而且, 單相變壓器和單相變電、配電技術(shù)已經(jīng)被列為我國(guó)重點(diǎn)推薦的節(jié)電技術(shù).

單相變壓器供電主要優(yōu)勢(shì)是針對(duì)單相負(fù)荷而言, 城市道路照明負(fù)荷正好是單相負(fù)荷, 不需要三相供電, 特別適合采用單相變壓器供電.

1 單相變壓器較三相變壓器供電城市道路照明負(fù)荷的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 損耗小, 節(jié)電

使用同樣材料相同容量的單相變壓器比三相變壓器空載損耗小; 單相變壓器可使高壓線路進(jìn)一步接近負(fù)荷點(diǎn), 縮小了低壓供電半徑, 降低了低壓配網(wǎng)損耗.

文[2]提供的測(cè)試數(shù)據(jù), 蘇州梅花新村由三相變壓器改為單相變壓器供電的線損比較見表1.

表1 線損計(jì)算比較

50kVA同容量的單相變壓器損耗較三相變壓器低. D12-50單相變壓器與S11-50三相變壓器技術(shù)指標(biāo)比較見表2,從表2可以計(jì)算出, 采用D12-50單相變壓器供電比采用S11-50三相變壓器供電一年可節(jié)電586 KW.

1.2 工程造價(jià)相對(duì)節(jié)省

單相變壓器供電, 高壓分支線為兩線架設(shè)、低壓線路為兩線或三線架設(shè); 而三相變壓器供電, 高壓分支線為三線架設(shè)、低壓線路為四線架設(shè). 從工程費(fèi)用上計(jì)算, 采用單相變壓器供電, 高壓線路可節(jié)省10%、可節(jié)省15%的工程造價(jià).

1.3 提高了供電可靠性

單相變壓器用于小容量密布點(diǎn)的供電方式, 增加了用戶的數(shù)量, 增加了可靠性計(jì)算的基數(shù), 提高了供電可靠性; 同時(shí), 負(fù)荷緊張時(shí)拉閘限電, 單相變會(huì)縮小停電范圍, 也會(huì)減少對(duì)用戶供電可靠性的影響.

1.4 便于施工

城市路燈一般沿道路兩鍘布置, 采用如下文圖 1(a)所示的單相V/V0變壓器供電, 特別適合路燈安裝接線.

1.5 便于實(shí)施路燈下半夜降壓節(jié)電

采用單相V/V0變壓器供電給城市道路照明負(fù)荷, 在下半夜不影響道路照明的前提下, 文獻(xiàn)[1]給出了路燈降壓節(jié)電新的技術(shù)方案.

表2 D12-50單相變壓器與S11-50三相變壓器技術(shù)指標(biāo)比較

單相變壓器替代三相變壓器供電給城市道路照明負(fù)荷, 可以收到單相變壓器節(jié)電、下半夜路燈自動(dòng)降壓節(jié)電的雙重節(jié)電效果.

2 城市道路照明專用V/V0單相變壓器

目前廠家生產(chǎn)的單相變壓器聯(lián)結(jié)組別標(biāo)號(hào)為I、I0. 接線方式主要有兩種: (1)低壓側(cè)三抽頭V/V0式. 低壓繞組為380V單繞組帶中性線, 當(dāng)中性線接地時(shí), 形成兩個(gè)220V的繞組. 低壓側(cè)三抽頭式變壓器接線圖如圖1(a). 圖(a)中, a1、 a2為相線, x為零線. (2)低壓側(cè)四抽頭式. 低壓側(cè)繞組為雙繞組, 兩個(gè)繞組之間無電氣聯(lián)接, 高壓側(cè)10kV, 兩個(gè)低壓側(cè)均為220V. 低壓側(cè)四抽頭式變壓器接線如圖1(b). 圖(b)中, a1、 a2為相線,x1、 x2為零線.

圖1 單相變壓器接線圖

城市道路照明專用單相變壓器為圖1(a)所示的V/V0變壓器, 使用時(shí)應(yīng)注意以下問題:

1)單相變壓器的高壓搭頭應(yīng)考慮盡量使變電站10kV線路出口三相電流平衡. 如果10kV出線三相電流不平衡, 既會(huì)增加主變壓器的附加損耗, 還會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)序電壓, 嚴(yán)重時(shí)可能使主變壓器后備復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)開放其閉鎖回路, 導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作. 因此, 一個(gè)城市多臺(tái)道路照明專用單相變壓器10kV側(cè), 應(yīng)交替接入三相電源, 這樣可以作到負(fù)荷基本平衡.

2)單相變壓器供電時(shí), 盡量使變壓器靠近負(fù)荷點(diǎn). 目前國(guó)內(nèi)外有一些城市道路照明采用中壓供電方式,可以在10km左右道路中間的綠化帶中設(shè)置小型路燈開關(guān)站, 10kV進(jìn)線供電, 幾路出線, 每隔1km左右安裝單相變壓器一臺(tái)專供路燈用電.

3)應(yīng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè), 選取適當(dāng)容量的配電變壓器, 一般情況下單臺(tái)變壓器的容量以 50kVA左右為宜,給1km范圍內(nèi)的道路照明供電.

3 單相變壓器供電電壓自動(dòng)切換的城市道路照明節(jié)電系統(tǒng)

道路照明與城市照明進(jìn)一步融合, 擴(kuò)大了城市道路照明的市場(chǎng)規(guī)模. 道路照明市場(chǎng)將在未來幾年間發(fā)展為城市照明市場(chǎng). 包括城市夜景照明、公共照明、商業(yè)照明、道路照明. 城市道路照明將成為一個(gè)高成長(zhǎng)的不斷提高科技含量的巨大市場(chǎng).

單相V/V0-V/V變壓器路燈照明節(jié)電系統(tǒng)不需要增加自耦變壓器、補(bǔ)償變壓器或電抗器等設(shè)施, 入夜時(shí)變壓器作V/V0接線; 在下半夜通過光—電子控制器自動(dòng)斷開變壓器二次側(cè)的中性線, 變成V/V接線; 使燈具的電壓從相電壓自動(dòng)變換到線電壓的一半. 由于下半夜變壓器二次側(cè)的線電壓為400V, 這樣就實(shí)現(xiàn)了燈具供電電壓從220V降為200V.

表3 電壓測(cè)量數(shù)據(jù)

我們對(duì)實(shí)驗(yàn)室的“單相V/V0-V/V變壓器路燈照明節(jié)電系統(tǒng)”試驗(yàn)裝置進(jìn)行了測(cè)試. 電光源為飛利浦亞明照明有限公司生產(chǎn)的NG70高壓鈉燈, 鎮(zhèn)流器規(guī)格型號(hào): BSN70L300I; 70W; 0.98A;cosφ0.4生產(chǎn)廠家: PHILIPS. 觸發(fā)器規(guī)格型號(hào):CD-2a, 生產(chǎn)廠家:上海亞明燈泡廠有限公司. 測(cè)量?jī)x表為長(zhǎng)沙湘星儀表廠生產(chǎn)的電壓表42L6-V, 0-250V, 精度10V; 電流表42L-6A, 0-2A, 精度0.1.測(cè)量數(shù)據(jù)如表3、表4. 供電電壓200V比220V節(jié)電20%.

表4 電流測(cè)量數(shù)據(jù)

2009年12月1日, 湖南省計(jì)量檢測(cè)院對(duì)試驗(yàn)裝置中的70W高壓鈉燈節(jié)電進(jìn)行專門檢測(cè). 測(cè)試證書編號(hào): EQ字第2009-0756號(hào). 測(cè)試使用的主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器: 三相現(xiàn)場(chǎng)多功能校驗(yàn)儀編號(hào)09149、證書號(hào)EB字2009-0024、技術(shù)特征0.1級(jí). 測(cè)試時(shí)間1小時(shí). 測(cè)試結(jié)果如表5所示.

表5 高壓鈉燈電能檢測(cè)

結(jié)論為: 70W高壓鈉燈200V供電比220V供電節(jié)電16%.

[1]張 振. 國(guó)際城市道路照明節(jié)電技術(shù)[J]. 電力需求側(cè)管理, 2007(3): 54～55

[2]張 振. 城市道路照明供電電壓與控制的優(yōu)化[J]. 燈與照明, 2009(2): 55～56, 59

[3]張 振, 張萬奎. 城市道路照明最佳供電電壓, 中國(guó)照明電器, 2009(3): 16～18

[4]高 鵬. 單相配電變壓器的技術(shù)特點(diǎn)與推廣應(yīng)用[J]. 電力需求側(cè)管理, 2008, 10(1): 39～39

[5]Albert Jaket. Power Transformer for 21’st Century [J]. IEEE Transactions on Power Deliver, 2002, 8(6)