张磊 北京供电公司 (100031)  

摘要：根据我国农村电网的实际情况，通过建立年费用数学模型，得出了在小负荷状况下，10kV支线采用单相、三相两种配电方式究竟哪一种合理的判据--临界负荷矩，确定了单相供电的适用范围，并对我国农村电网采用单相、三相混合配电方式提出了建议。

关键词：农网专用配电方式单相、三相混合配电方式单相供电三相供电

1　前言

农村电网专用配电方式主要指单相、三相混合配电方式，对于大型用户或动力负荷较大的用户以三相支线供电，而对较小的用户以单相支线供电。

在国外，有许多国家根据本国的实际情况广泛采用了这种配电方式并取得成功，例如：美国、加拿大、印度、新西兰、澳大利亚和南美洲的一些国家，在农村大多采用单相、三相混合配电方式。但在我国农村，动力用电占一定比重，这与国外生活用电占一定比重有较大区别。因此，本文主要论述符合我国农村电网实际情况的单相、三相混合配电方式及其适用范围。

2　单相、三相混合配电可能实现的方式

单相、三相混合配电可能实现的方式有许多种，根据我国国情和农村电网的实际情况，有3种可能实现的方案，其中，以单相采用不接地的两线供电为好(如图1所示)。其供电电源变压器的中性点不接地或为三角形接线，干线为三相三线制，大用户支线也为三相三线制，而小用户支线为单相两线制，其特点是：

图1　10kV中性点不接地系统配电方式

(1)最容易实现。开关设备、三相配变均可照常使用，只需增设相应的单相配电变压器系列产品，即可实现； (2)单相支线电压为10kV，比三相系统的相电压高倍，但用了两条导线，经济指标的优劣有待进一步探讨；

(3)当发生一相接地时，不会造成短路，不会立即跳闸，可以继续运行一段时间，以便维修人员寻找、排除故障，因而供电可靠性比较高，保持了中性点不接地系统的特点。

3　农网单相、三相混合配电方式应用研究

3.1　单相、三相混合配电方式应用研究的基本方法

由于三相供电等于节约了3条导线(电流回线)，一般来说，三相供电比单相供电经济。但是，当负荷较小时，三相配电方式的导线计算截面可能小于架空线路的最小允许导线截面，这时采用三相供电就不一定是经济的，而采用单相供电可能是经济的，而两者之间必然存在着一个经济合理的分界线。

寻找单相供电与三相供电经济合理分界线的思路是：在同一负荷矩(是决定导线截面的重要条件)下，令三相供电采用架空线路最小允许导线截面，计算其年费用；令单相供电采用大于或等于最小允许截面的导线截面，计算其年费用，然后，令两种配电方式的年费用相等，便可得到两者之间的合理分界线。

由于在宏观论证过程中，难以事先获得集中负荷的数据资料，因此，计算中近似认为负荷沿线路均匀分布。两种配电方式的年费用由其10kV支线年费用和配电变压器年费用组成。年费用计及综合投资年费用和年运行费，而年运行费为一年的运行维护费和电能损耗费之和。

另外，由于我国农网10kV线路优化电压损耗为3%～5%，因此可以假设10kV支线最大电压损耗不超过0.5%～1%，考虑电压损耗的约束条件并保留一定裕度，可以得出支线负荷矩的最大值为300～600kW·km。因此，10kV支线采用单相或三相配电方式的分界线也在负荷矩小于300～600kW·km的范围内选取。

根据上述思路，当单相线路选用LGJ－35导线，三相线路选用LGJ－25导线时，计算出两种配电方式之间经济合理的分界线如图2曲线所示，曲线左上部分为单相供电适用负荷区，右下部分为三相供电适用负荷区。由图可知，当分支线供电距离一定，单相支线负荷矩小于某一值时，采用单相供电才合理，我们称该负荷矩为临界负荷矩。

图2　单相、三相配电方式的临界负荷矩曲线

临界负荷矩的意义分析如下：当供电距离一定时，如果负荷矩较小，则负荷功率就比较小，采用三相配电方式时，导线的计算截面可能远远小于架空线路的最小允许截面。因而，采用单相供电比较合理。反之，当供电距离一定时，如果负荷矩较大，则负荷功率就比较大，采用三相配电方式时，导线的计算截面可能等于或接近于架空线路的最小允许截面。因而，采用三相供电可能比较合理。或者说，在供电距离一定，负荷小的情况下，单相供电比三相供电节约的导线投资，可以充分抵偿单相供电电能损耗所增加的费用。

通过我们的研究，得到了在小负荷状况下，单相、三相两种配电方式究竟哪一种合理的判据--临界负荷矩，这为确定单相配电方式的适用范围提供了有力的科学依据。

3.2　支线采用单相供电时的最大负荷矩和最大负荷

如前所述，使单相支线线路的年费用与导线采用架空线路最小截面时三相支线线路的年费用相等，可以得到单相支线的供电距离与临界负荷矩的关系。即当供电距离一定时，单相支线所能传送的临界负荷矩(也即最大负荷矩)便可以确定。为了较严格地控制单相线路的适用范围，将该负荷矩计算值的30%作为推荐的最大负荷矩，再考虑负荷的分布特性，可以得到单相支线所能传送的最大负荷值，如表1所示。

表1　单相支线的推荐最大负荷矩和最大负荷值

由表1可知，仅从10kV单相线路与三相线路经济比较来看，单相支线的适应范围是比较大的，在我国农村的很多地区都可采用这种供电方式。

4　单相供电的低压440/220V配电网

单相供电的低压配电网接线如图3所示，单相配电变压器低压侧为440V，中间加1个抽头，引出3条导线，相线与零线(或中线)之间的电压为220V，可以接入单相受电器。如果两相线上的负荷对称，则零线(或中线)中的电流为零，零线中既没有电压损耗，也没有电能损耗，但零线(或中线)不能取消，否则用户间会相互干扰，甚至造成设备损坏或供电中断。

图3　低压单相三线接线方式

这种单相三线制线路相当于两条单相线路。它与普通的两条单相线路相比，有两个优点，一是节省了一根导线，二是电压损耗和电能损耗均降低了一半。

5　单相、三相混合配电方式在我国农网中的应用

经过研究，对我国农村电网采用单相、三相混合配电方式提出如下建议：

(1)单相支线上的负荷不超过表1所列的值，单相支线供电区无大动力用户，单相电动机的单台容量不超过3kW时，建议采用单相、三相混合配电方式；

(2)建议在县城无大动力负荷的居民小区进行试点应用；

(3)在可预见的将来，对无大动力用户的农村，建议加大推广单相供电的力度。