单相变压器替代三相变压器的城市道路照明系统

张 振

(湖南理工学院 信息与通讯工程学院, 湖南 岳阳 414006)

我国城市道路照明电光源目前都是由三相电力变压器供电, 湖南省岳阳市市区就有24台三相变压器专为城市路灯供电. 在低压配电网中, 广泛采用“小容量、密布点、短半径”的供电方式, 这种供电方式能明显降低低压配网线损. 单相变压器的使用正是落实这种供电方式的重要措施, 而且, 单相变压器和单相变电、配电技术已经被列为我国重点推荐的节电技术.

单相变压器供电主要优势是针对单相负荷而言, 城市道路照明负荷正好是单相负荷, 不需要三相供电, 特别适合采用单相变压器供电.

1 单相变压器较三相变压器供电城市道路照明负荷的技术优势

1.1 损耗小, 节电

使用同样材料相同容量的单相变压器比三相变压器空载损耗小; 单相变压器可使高压线路进一步接近负荷点, 缩小了低压供电半径, 降低了低压配网损耗.

文[2]提供的测试数据, 苏州梅花新村由三相变压器改为单相变压器供电的线损比较见表1.

表1 线损计算比较

50kVA同容量的单相变压器损耗较三相变压器低. D12-50单相变压器与S11-50三相变压器技术指标比较见表2,从表2可以计算出, 采用D12-50单相变压器供电比采用S11-50三相变压器供电一年可节电586 KW.

1.2 工程造价相对节省

单相变压器供电, 高压分支线为两线架设、低压线路为两线或三线架设; 而三相变压器供电, 高压分支线为三线架设、低压线路为四线架设. 从工程费用上计算, 采用单相变压器供电, 高压线路可节省10%、可节省15%的工程造价.

1.3 提高了供电可靠性

单相变压器用于小容量密布点的供电方式, 增加了用户的数量, 增加了可靠性计算的基数, 提高了供电可靠性; 同时, 负荷紧张时拉闸限电, 单相变会缩小停电范围, 也会减少对用户供电可靠性的影响.

1.4 便于施工

城市路灯一般沿道路两铡布置, 采用如下文图 1(a)所示的单相V/V0变压器供电, 特别适合路灯安装接线.

1.5 便于实施路灯下半夜降压节电

采用单相V/V0变压器供电给城市道路照明负荷, 在下半夜不影响道路照明的前提下, 文献[1]给出了路灯降压节电新的技术方案.

表2 D12-50单相变压器与S11-50三相变压器技术指标比较

单相变压器替代三相变压器供电给城市道路照明负荷, 可以收到单相变压器节电、下半夜路灯自动降压节电的双重节电效果.

2 城市道路照明专用V/V0单相变压器

目前厂家生产的单相变压器联结组别标号为I、I0. 接线方式主要有两种: (1)低压侧三抽头V/V0式. 低压绕组为380V单绕组带中性线, 当中性线接地时, 形成两个220V的绕组. 低压侧三抽头式变压器接线图如图1(a). 图(a)中, a1、 a2为相线, x为零线. (2)低压侧四抽头式. 低压侧绕组为双绕组, 两个绕组之间无电气联接, 高压侧10kV, 两个低压侧均为220V. 低压侧四抽头式变压器接线如图1(b). 图(b)中, a1、 a2为相线,x1、 x2为零线.

图1 单相变压器接线图

城市道路照明专用单相变压器为图1(a)所示的V/V0变压器, 使用时应注意以下问题:

1)单相变压器的高压搭头应考虑尽量使变电站10kV线路出口三相电流平衡. 如果10kV出线三相电流不平衡, 既会增加主变压器的附加损耗, 还会在系统内产生负序电压, 严重时可能使主变压器后备复合电压闭锁过电流保护开放其闭锁回路, 导致保护装置误动作. 因此, 一个城市多台道路照明专用单相变压器10kV侧, 应交替接入三相电源, 这样可以作到负荷基本平衡.

2)单相变压器供电时, 尽量使变压器靠近负荷点. 目前国内外有一些城市道路照明采用中压供电方式,可以在10km左右道路中间的绿化带中设置小型路灯开关站, 10kV进线供电, 几路出线, 每隔1km左右安装单相变压器一台专供路灯用电.

3)应进行负荷预测, 选取适当容量的配电变压器, 一般情况下单台变压器的容量以 50kVA左右为宜,给1km范围内的道路照明供电.

3 单相变压器供电电压自动切换的城市道路照明节电系统

道路照明与城市照明进一步融合, 扩大了城市道路照明的市场规模. 道路照明市场将在未来几年间发展为城市照明市场. 包括城市夜景照明、公共照明、商业照明、道路照明. 城市道路照明将成为一个高成长的不断提高科技含量的巨大市场.

单相V/V0-V/V变压器路灯照明节电系统不需要增加自耦变压器、补偿变压器或电抗器等设施, 入夜时变压器作V/V0接线; 在下半夜通过光—电子控制器自动断开变压器二次侧的中性线, 变成V/V接线; 使灯具的电压从相电压自动变换到线电压的一半. 由于下半夜变压器二次侧的线电压为400V, 这样就实现了灯具供电电压从220V降为200V.

表3 电压测量数据

我们对实验室的“单相V/V0-V/V变压器路灯照明节电系统”试验装置进行了测试. 电光源为飞利浦亚明照明有限公司生产的NG70高压钠灯, 镇流器规格型号: BSN70L300I; 70W; 0.98A;cosφ0.4生产厂家: PHILIPS. 触发器规格型号:CD-2a, 生产厂家:上海亚明灯泡厂有限公司. 测量仪表为长沙湘星仪表厂生产的电压表42L6-V, 0-250V, 精度10V; 电流表42L-6A, 0-2A, 精度0.1.测量数据如表3、表4. 供电电压200V比220V节电20%.

表4 电流测量数据

2009年12月1日, 湖南省计量检测院对试验装置中的70W高压钠灯节电进行专门检测. 测试证书编号: EQ字第2009-0756号. 测试使用的主要计量标准器: 三相现场多功能校验仪编号09149、证书号EB字2009-0024、技术特征0.1级. 测试时间1小时. 测试结果如表5所示.

表5 高压钠灯电能检测

结论为: 70W高压钠灯200V供电比220V供电节电16%.

[1]张 振. 国际城市道路照明节电技术[J]. 电力需求侧管理, 2007(3): 54～55

[2]张 振. 城市道路照明供电电压与控制的优化[J]. 灯与照明, 2009(2): 55～56, 59

[3]张 振, 张万奎. 城市道路照明最佳供电电压, 中国照明电器, 2009(3): 16～18

[4]高 鹏. 单相配电变压器的技术特点与推广应用[J]. 电力需求侧管理, 2008, 10(1): 39～39

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