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什么是单相变压器?
 2006年全国工业企业节电技术研讨会会议总结里说，单相变压器结构简单、体积小、损耗低，主要是铁损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。江苏省电力公司五年来推广单相变压器效果明显，仅苏州市就累计使用1000多台，节电45 GWh，经验值得推广。
有的资料显示单相变压器在发达国家得到广泛应用，例如美国、日本，单相供电制成为居民供电的主要方式，在这种宣传下，有些人因此而认为单相供电具有“降损”的魔力，认为单相变压器比三相变压器更节能，认为单相供电制比三相供电制更优越。其实不然，单相变压器与单相供电制只是当前三相供电制的补充形式，由于其自身特性的约束，它只能应用于某些特定的领域。
1 单相变压器变损是否低
在以前的关于介绍单相变压器及单相供电技术的论文中，认为单相变压器比同容量的三相变压器空载损耗小、节能，并且变损低。事实如此吗？
笔者看到有的论文列举出的应用实例，提到改造具有的经济效益时，用D10、D11甚至D12系列的变压器和同容量的S9系列变压器进行比较，例如提到同容量的D11单相变压器比S9三相变压器空载损耗降低得多，因此认为单相变压器比三相变压器运行更经济，其实这是个误解。举例时忽略了两者之间的技术层次上的差异，根据JB/T3837-1996《变压器类产品型号编制办法》，对变压器型号的编序的性能水平做了规定，凡大一号的性能参数要提高到一个新水平。例如D10系列变压器是根据S10变压器参数设计的，论证D10或者D11等系列变压器的降低损耗的效果时，应选取同型号的S10或S11变压器进行比较，选取S9系列变压器作为参照物其实是不公平的。
另外，普通S9系列变压器采用的是叠装式铁芯结构，而D10、D11等大多采用了卷铁芯结构：叠装式铁芯和卷铁芯存在工艺技术上的差别，卷铁芯结构克服了传统叠装铁芯结构中无法克服的缺点，例如在一张铁芯叠片中，沿外侧和沿内侧的磁路长度相差较大，使得磁通在铁片内不是均匀分布，并产生高次谐波，结果导致损耗增加。在三相铁芯中，铁轭和B相的芯柱交会区域内，由于三相磁动势的原因产生旋转磁场使损耗增加，在铁芯叠片彼此之间对接处有接缝，在此接缝区域内，有横向穿越叠片的磁通而使损耗增加。因此，卷铁芯变压器比叠装铁芯变压器空载损耗小，空载电流小。
为便于公平比较，本文引入变压器参数均采用网上公布的正泰电气股份有限公司变压器公司的变压器数据，表1为比较不同型号的节能效果，也列入S9型变压器数据。
根据表1所示，我们可以看到，同是11型号的100 kVA容量的三相卷铁芯密封变压器与单相卷铁芯变压器除了重量明显差异外，技术指标差别并不明显。所以一直认为的单相变压器比三相变压器变损小、节能的结论是没有依据的。
2 单相供电方式是否线损低
根据电路原理，同样的距离输送同样的功率P ，功率因数为1，三相供电方式与单相供电方式的线路损失如下。
假设使用同截面的导线，导线电阻为R。
单相变压器两线方式供电，输送功率P 时，相线、中性线中电流为I ，产生的线路损失为 P 单损 = 2I 2R。
三相变压器三相四线方式供电，输送功率P时，线路中相电流为I /3，理想状态下中性线无电流，相线 P 相损 =(I /3)2R = I 2R/9。
本方式下线路损失为 P 三损 = 3×(I /3)R = I 2R/3。
通过计算可见，三相供电方式的线路损失是最低的，单相供电的方式比三线制的损耗高6倍。由此可见，单相供电方式在与三相供电方式在降低线路损失方面并无优势。
3 单相变压器的优点在哪里
单相变压器具有的经济意义如下：第一，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成本。第二，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%。因此可降低整个输电线路的建设投资。这在我国地域广阔的农村和城镇的路灯照明及居民生活用电方面是很有意义的。第三，单相变压器由于结构简单，适合大批量的现代化生产，有利于提高产品质量和效益。第四，适于引入新技术、新材料、新工艺，获得技术加分，党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策，“十一五”规划《纲要》进一步把“十一五”时期单位GDP能耗降低20%左右作为约束性指标。在这个大背景下，降损附加值高的新产品将大有所为。
在线损理论计算时可以发现，80%的线路损失发生在20%的主干线上，因此缩短低压主干线距离，就可以大大减少低压线损，由于单相变压器重量轻，可以灵活安装在电杆上使用，便于深入负荷中心，就近降压供电，提高供电质量。
一般单相变压器在小范围内供电，发生故障波及面小，利于提高供电可靠性。同时，因为单相变压器重量轻，安装维护方便，使用灵活，可以单相使用，也可以三台组成三相变压器使用。
4 变压器小容量化的代价
轻负荷地区进行单相供电制建设，可减少建设投资。大负荷地区进行单相供电制的改造，必须有较大的经济投入。
笔者看到，有的单相变压器在居民小区的试点，实行的是将大变压器化成多个小变压器，临近负荷安装，缩短低压主干线距离，由于电源点到负载的距离是一定的，缩短低压供电距离，必然要延长高压输电距离，此种改造需要大量的投资，例如原来3个单元30户人家使用160 kVA三相变压器1台，改用3台50 kVA单相变压器供电，表2列出两种改造方案的用料及损耗变化，很明显的增加了建设投入。其一，为了减少低压主干线的线损，要将高压线路引入负荷中心，增加高压线路建设投资。其二，采用多台小容量变压器后的空载损耗和负荷损耗，都比原先单台大容量变压器多。其三，多台小容量变压器的购置资金也大于单台大容量变压器的购置资金。
国外由于居民用电多，几家或者每家使用一台单相变压器，是因为国家富裕，电力部门大量资金投入的结果。虽然投资较大，对于他们总的来说还是合算的。
5 单相变压器应用的局限性
首先，单相变压器由于电压单一，只能应用于照明或小型电机，应用范围具有局限性。而我国农村因有副业和作坊，不能广泛推广，即使用，也只是作为三相供电制度的补充使用。在顺平供电公司，单相变压器得到应用，一是应用于深山区，居民分散，用电负荷小，基本没有动力应用，可大大减少线路投资；二是应用于路灯。
其次，是单相变压器所引起的引高压进负荷中心容易受到人们的抵制。现在人们法制观念提高，对于居住环境的关心也非常重视，没有哪个业主愿意电业部门在门前树根“旗杆”，上面挂有变压器，带有高压电，并且还发出噪音。同时，现在的房地产商人只要求电力方便，他们却不愿意自己的蓝图里出现电力设施的影子。一是怕电磁辐射，二是怕危险，三是怕影响景观。现在电力部门收费到户，线路损失是电力部门的事情，业主与开发商没有义务为电力部门提供方便。
6 正视单相变压器的应用
在我国，单相变压器与单相供电技术一直在发展，早在20世纪50年代末就向国外出口过单相变压器。这些年来，科学技术的发展促进了单相变压器的发展，卷铁芯、非晶铁芯技术在单相变压器上应用，可大大减少变压器的铁芯损耗。根据分析，当城乡电网改造到一定程度后，网损中的线路损失占的份额将大大降低，配电变压器的空载损耗将占网损的主要地位。只有大幅度降低铁芯损耗，才能有望进一步降低电网的电能损耗。因此，卷铁芯、非晶铁芯单相变压器具有巨大的发展潜力。
当前，三相变压器与三相集中供电制仍居主导地位，单相变压器与单相供电制只是其补充。在变压器的实际应用上，我们应充分利用三相变压器与单相变压器各自优势与特点，根据用电负荷情况选用适合的变压器品种，以经济供电半径配置电源点。
贴图名称：变压器原理图
发 布 人：smartmale
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