1.中國農(nóng)村低壓電網(wǎng)輸電系統(tǒng)存在的問題
我國的農(nóng)村及邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)，地域遼闊，人口密度低，用電負(fù)荷分散，容量低。存在大量的超過500米供電范圍的低壓供電線路，線路長度1—3公里，個(gè)別線路3公里以上。目前只能按照國家標(biāo)準(zhǔn)，使用三相380伏或單相220伏電壓供電。造成線路損耗大，用戶端電壓過低。嚴(yán)重影響了電動(dòng)農(nóng)機(jī)、養(yǎng)殖、機(jī)井灌溉和群眾日常生活用電需求。
電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損耗和城鄉(xiāng)居民生活用電都有直接響。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，農(nóng)村居民購買了大量的家用電器，以及電力排灌機(jī)井等電動(dòng)機(jī)械的大量增加，農(nóng)業(yè)用電負(fù)荷激增。
農(nóng)村電網(wǎng)由于建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，供電線路過長過細(xì)，單相負(fù)荷變化大。形成季節(jié)性和間隙性的局部供電電壓過低或過高，三相負(fù)荷不平衡等日益嚴(yán)重的電能質(zhì)量超標(biāo)問題。
我國電力公司執(zhí)行20、10千伏中壓電網(wǎng)和0.4千伏低壓電網(wǎng)國家供電標(biāo)準(zhǔn)。所以，供電部門解決以上問題的方法是，是架設(shè)10千伏線路和10千伏變壓器，成本高昂。特別是30千瓦以下的小負(fù)荷型用電戶，更加難以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明采用電力電子、變壓器節(jié)能、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)。提供220伏、380伏、10千伏三種低成本的低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電方案，較好的解決了以上問題。
2. 低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)理論計(jì)算數(shù)據(jù)
舉例：
根據(jù)電功率計(jì)算公式
W=VI=I2R
其中:
W代表電功率
V代表電壓
I代表電流
R代表線路電阻
假設(shè)一條1.3公里，25m2鋁芯輸電線路
使用220伏電壓輸送8千瓦負(fù)荷：
其工作電流是:
I=W÷V=8000÷220=36.36≈36A
1.3公里，25m2鋁芯輸電線路環(huán)路電阻是4歐姆
其輸電線路的功率損耗是:
W=I2R=362×4=1296×4=5184≈5000W
即1.3公里輸電線路消耗5千瓦供電功率
其線路電壓損耗:
V=IR=36×4=144V
同樣條件下：
假設(shè)使用1100伏電壓輸送8千瓦的供電負(fù)荷
其工作電流是:
I=W÷V=8000÷1100=7.27≈7A
輸電線路的功率損耗是:
W=I2R=72×4=196W
線路電壓損耗:
V=IR=7×4=28V
經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測試，以上計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
從表1中可以看出，線路輸電電流是線損增加的主要原因。輸電電壓提高到1100伏時(shí)，低壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)降低了線路損耗功率25倍，獲取良好的節(jié)能效果。另外，線路及設(shè)備的線徑均可減小，節(jié)省建設(shè)成本。
3. 220伏遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)工作原理
升壓變壓器將輸入電壓220伏提升至660伏以上，經(jīng)雙線電力線路傳輸?shù)接秒娊K端。再用降壓變壓器降到380伏和220伏。
220伏電壓經(jīng)電壓補(bǔ)償器調(diào)整后，輸送到用戶端。
單相600伏至400伏經(jīng)過本發(fā)明公開的單/三相電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變換成380伏三相動(dòng)力電源，供農(nóng)業(yè)灌溉和其它電動(dòng)機(jī)械使用。
220伏電壓升壓到1100伏，將供電半徑擴(kuò)大了數(shù)倍。使用中的某1100伏低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)為例，供電半徑增加4×500米，該系統(tǒng)實(shí)測供電距離1.3公里。經(jīng)過8千瓦負(fù)荷測試，各項(xiàng)電壓指標(biāo)均符合國家供電標(biāo)準(zhǔn)。
這種單相220伏遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)因?yàn)槿鄙偃嗥胶夤δ?，只能用于小型?dòng)力、生活用電混合型用戶，最大負(fù)荷20千瓦。其優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)成本低，容易維護(hù)。
3.1.1升壓變壓器工作原理
升壓變壓器主要作用是提升輸電線路電壓，降低線路損耗，擴(kuò)大輸電距離。
其鏈接方法是：升壓變壓器220伏輸入電源端鏈接220伏低壓電網(wǎng)，升壓變壓器輸出端經(jīng)輸電線路與降壓變壓器相同電壓的輸入端鏈接。零線與降壓變壓器零線并接。
3.1.2降壓變壓器工作原理
降壓變壓器作用是降低線路電壓，輸出單相220伏電源和380伏單/三相轉(zhuǎn)換電源。
其鏈接方法是：降壓變壓器輸入端經(jīng)輸電線路與升壓變壓器相同電壓輸出端鏈接，零線與電壓升壓器的零線鏈接。
單相600伏至400伏電壓經(jīng)單相/三相轉(zhuǎn)換器，輸出三相380伏動(dòng)力電源。220伏電壓輸出端鏈接電壓補(bǔ)償器的輸入端，零線與電壓補(bǔ)償器的零線鏈接。
3.1.3電壓補(bǔ)償器工作原理
由于低壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)存在設(shè)備和線路電壓損耗，負(fù)荷重時(shí)電壓降低，負(fù)荷輕時(shí)電壓升高。所以使用電壓補(bǔ)償器根據(jù)負(fù)載輕重，實(shí)時(shí)調(diào)整降壓變壓器輸出電壓在205伏到230伏之間。
電壓補(bǔ)償器輸入端接在降壓變壓器220伏輸出端，輸出端鏈接用戶端。嵌入式計(jì)算機(jī)組成的控制器，實(shí)時(shí)檢測降壓變壓器的輸出電壓。如果線路負(fù)載較重，降壓變壓器輸出電壓低于205伏時(shí)。計(jì)算機(jī)控制器將205伏繼電器觸點(diǎn)閉合，補(bǔ)償線圈輸出正向15伏交流電壓，將輸出電壓提高到220伏。當(dāng)負(fù)載較輕，輸出電壓高于230伏時(shí)。計(jì)算機(jī)控制器將230伏繼電器觸點(diǎn)閉合，補(bǔ)償線圈輸出反向10伏交流電壓，將輸出電壓降低到220伏。
另外升壓變壓器距離10千伏變壓器較遠(yuǎn)，輸入端電壓不穩(wěn)時(shí)，也應(yīng)使用電壓補(bǔ)償器。
3.1.4單相600伏至400伏轉(zhuǎn)三相380伏轉(zhuǎn)換器原理
600伏至400伏單相電源經(jīng)全波整流器，整流為500伏以上直流高壓，然后經(jīng)PWM逆變器轉(zhuǎn)換成三相380伏動(dòng)力電源。
4．三相380伏遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)工作原理
三相升壓變壓器將輸入端380伏電壓升高到800伏以上，經(jīng)三相輸電線路輸送到三相降壓變壓器，降壓到380伏，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供動(dòng)力電源。電壓波動(dòng)較大的地區(qū)，使用三相電壓補(bǔ)償器調(diào)整后，輸出穩(wěn)定的380伏電源。
該系統(tǒng)具有穩(wěn)壓和三相平衡功能，適合200千瓦以下的三相380伏動(dòng)力和220伏單相電源用戶。
5. 10千伏低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)工作原理
10千伏中壓變壓器降壓輸出單相或三相660伏以上電壓，在2200伏、3300伏、4400、5500伏輸電電壓狀態(tài)下，輸出功率可以提高到100至400千瓦以上。
該10千伏低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)無升壓變壓器，降低了變壓器損耗和制造成本，進(jìn)一步簡化了低壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)。
6.技術(shù)效果
低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)有效地解決了農(nóng)村電網(wǎng)超過500米供電距離，造成的末端電壓過低、三相不平衡問題。不用延伸10KV線路，不需安裝10千伏變壓器，為遠(yuǎn)距離用戶提供穩(wěn)定、低損耗的220伏/380伏電源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和三相負(fù)荷平衡。
低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)適合山區(qū)、牧區(qū)、林區(qū)、農(nóng)田、湖區(qū)、海島等超過500米供電半徑、不宜架設(shè)10千伏線路和10千伏變壓器的小型居民點(diǎn)。以及遠(yuǎn)距離供電的通信基站，各種監(jiān)測點(diǎn)、養(yǎng)殖場、茶廠、果園、蔬菜大棚、農(nóng)灌泵站、家庭作坊、小型企業(yè)使用。
由于低壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)供電電壓在1千伏和6千伏之間，低于10千伏國家供電標(biāo)準(zhǔn)。降低了線路、設(shè)備的絕緣標(biāo)準(zhǔn)及材料成本。
7.安裝方式
設(shè)備可以掛墻，單桿坐裝，也可雙桿坐裝、吊裝。接線時(shí)，只需將相線串接進(jìn)設(shè)備，零線并接進(jìn)設(shè)備即可。參考安裝方式如圖12所示：
