2022年kV电压等级在配电网中的应用 .pdf

第 32 卷 第 19 期电网技术Vol. 32 No.19 2008 年 10 月Power System Technology Oct. 2008 文章编号： 1000-3673（2008）19-0098-03 中图分类号： TM715 文献标志码： A 学科代码： 470405120 kV 电压等级在配电网中的应用马苏龙（江苏省电力公司，江苏省南京市 210024 ）摘要： 根据我国社会用电负荷快速增长的情况和配电网现状，阐述了目前 10kV 供电存在的问题和困难，分析了选择20kV 供电的合理性和可行性，指出：推行20 kV 电压等级可以有效提高供电能力、节约建设用地、 较好地适应不同规模用户的需要、 提高电压质量并降低损耗；国内外的实践均证明采用 20kV 电压供电可以取得很好的经济效益。文章最后提出了推广应用20kV 供电的具体思路。关键词 ：配电网； 20kV配电电压；负荷密度；供电能力0 引言配电网采用10kV供电对我国经济和电网发展起到了重要的促进作用。20 世纪 50 年代，我国配电电压有2.3kV 、3.3kV 、4kV 、5.25kV 、6.6kV及 13.2kV 等，1956 年电力工业部开始在全国推行10kV 配电，到 70 年代我国大部分地区完成了相应的配电网改造1。 20 世纪 80 年代以来，我国在城市电网建设改造中贯彻了提高输配电电压、高压深入负荷中心、简化电压等级、减少变电层次的指导方针：大部分地区公用电压等级归并为220/110/35/ 10/0.4 kV；为减少变电层次，在同一地区220 kV 、10kV 之间一般只选择110kV 电压，限制发展 35kV电压等级。目前我国公用配电系统基本都采用10kV作为主要配电电压。随着社会经济的发展，我国的发用电量快速增长，在人口密集、经济发达的城市和开发区，负荷密度已经达到2030 MW/km2，远期负荷密度将达50MW/km2。随着负荷密度的不断增加，城市电网的一次最高电压已从35kV 、110kV 升高到 220kV ，但一直将10kV 作为中压配电电压，有65%的供电量要通过10kV 电压等级输出， 供电能力明显不足，迫使变电站布点和出线回路数增加，这不仅加大了建设投资，也由于设备重载而使电能损耗增加。同时随着我国经济的持续高速发展和城市化水平的快速提高，土地资源日益紧张，电网建设与城市土地资源之间的矛盾日趋突出，变电站站址和线路电缆走廊的获得非常困难，拆迁等政策处理的投资巨大。本文将针对10kV 配电电压等级面临的问题，深入分析 20kV 配电电压的优势以及国内外应用经验，并对 20kV 电压供电的具体实施提出建议。1 采用 10kV 配电电压面临的问题随着社会用电负荷的迅速增长，以10kV 作为配电电压的局限性越来越突出，主要表现在：1）受 10kV 电压的限制， 110/10 kV 变电站的容量相对较小，导致变电站布点密度大，在土地资源紧张的经济发达地区变电站选址受到限制。当负荷密度达到3050 MW/km2时，每隔1.52.4km 就要建设一座配置3 50MV A 的 110/10kV 变电站。若采用20kV 配电，则可以建设配置3 80MVA 的110/20kV 变电站，这样在同样的负荷密度下可以大大降低变电站的分布密度。2）10kV 线路输送容量相对较小，致使出线回路多、电缆敷设密度大，线路走廊受到限制。一座配置 3 50MVA 的 110/10 kV 变电站一般需要30 回出线或电缆，而一座配置3 80 MVA 的 110/20 kV变电站只需24 回出线或电缆。3）10kV 配电难以满足大负荷的单个用户或单体建筑的用电需求。由于城市中已基本没有35kV电压等级， 单个用户或单体建筑(如高层建筑， 特别是大型宾馆、 酒店、商务办公楼等)若用电需求达到2030 MW ，就会出现没有合适供电电压的情况。对于 30 MW 左右的用电需求，若用110kV 供电则用户投资太大并且浪费资源；若采用10kV 供电则需要提供68 回线路，占用大量资源。4）线路负载重、损耗高，电压质量难以保证。由于建设困难，在高负荷密度地区电力设备往往处于重载运行状态，损耗较高。而且这类地区用电峰谷差较大， 高峰、低谷的电压波动大，调压要求高，电压质量难以保证。2 采用 20kV 电压供电的可行性和经济性2.1 选择配电电压等级应考虑的因素配电电压等级的选择应遵循技术先进可行、建设名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 第 32 卷 第 19 期电网技术 99 运行经济合理的原则， 进行技术经济综合比较： 不仅要比较电网的建设运行费用， 还要考虑用户的建设运行费用；不仅要考虑不同容量用户接入系统的适应性问题，还要考虑现存电网升压改造的过渡问题。2.2 采用 20 kV 电压供电的优点2.2.1 减少大负荷地区电网的建设和运行费用在高负荷密度地区供电半径都较短，目前主要存在变电站与10kV 线路供电能力、站址与线路走廊的矛盾问题。升高配电电压可以显著降低变电站单位容量的造价，110/20kV 变电站比110/10kV 变电站的单位容量造价低约40%。 虽然 20kV 比 10kV电 缆 的 价 格 高15%20% 、 开 关 柜 的 价 格 高10%15%，但因其数量减少一半，总造价也将显著下降。采用 20 kV 电压供电可以显著减少110kV 变电站、配电单元数目和电缆回数，减少征地，从而减少总投资和运行费用，有着显著的经济效益。2.2.2 兼顾配电台区的投资并降低损耗配电电压的升高涉及数量庞大的配变台区。例如某省共有10kV 配变台区 27.4 万个，其中公用配变 12.7万个、农村配变14.7 万个，总容量54GVA，具体分布情况见表1。表 1某省配变容量分布情况容量/kVA 10 000 户数比例 /% 72.4 17.4 6.9 2.5 0.6 0.2 容量比例 /% 25.2 20.1 19.4 18.3 9.7 7.3 35kV 容量 /MVA 2 25 510 1020 2030 30 户数比例 /% 21.41 22.67 25.8 18.59 7.1 4.43 容量比例 /% 1.9 8.6 20.7 28.7 18.6 21.5 对于一般用户，20 kV 供电引起的变压器和高压开关柜的投资增加不会超过20%。对于大容量用户，受 400V 设备热容量和供电半径的限制，主变容量不可能选得很大，35 kV 的容量难以释放，而35 kV 变压器的价格较20kV 变压器高30%40%，采用多台变压器就地降压的方法也不经济。所以目前 35kV 大容量用户普遍进行二次降压，仍用 10kV作为过渡。2.2.4 充分利用原有的10kV 线路走廊目前 10kV 配电线路的线间距离一般为0.75m，线路通道宽度在5m 左右。 经计算2，20 kV 线路的线间距离和线路通道仍可维持在0.75m 和 5 m 左右，原有10kV 通道可以充分利用。若采用35 kV供电，线间距离在1.2m 左右，通道宽度9m 左右。2.2.5 充分利用原有的线路、电缆、变压器等设备近年来， 10kV 交联聚乙烯 (XLPE) 电缆在原材料、生产工艺水平等方面都有大幅度提高，电缆出厂时的绝缘状况大幅度改善，现役10 kV 电缆具备升压运行的潜力。对大量样本的试验研究3表明，现役 XLPE 电缆绝缘材料工频1h 击穿强度为10 13.3kV/mm ，寿命指数n 值为 11。通过计算不同预期寿命下的绝缘厚度，并与现役8.7/15kV 电缆绝缘厚度 4.5mm 相比较， 在 20kV 系统中性点有效接地条件下，击穿强度在12kV/mm 、13kV/mm 的电缆预期寿命均大于15a， 击穿强度为11kV/mm 的电缆预期寿命约为10a；在 20 kV 系统中性点非有效接地条件下，击穿强度在12kV/mm 、13kV/mm 的电缆预期寿命至少在5 a 以上。因此，绝缘状况好的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 100 马苏龙： 20 kV 电压等级在配电网中的应用Vol. 32 No.19 电缆能满足升压的预期寿命要求，并且应在中性点有效接地运行条件下运行。通过对电缆的规格型号、运行年限、敷设条件、故障及负荷等状况的评估，现役10kV XLPE电缆约有70%仅需更换终端接头就可以升压至20kV 运行。20 kV 架空线路在线间距离、杆塔高度和通道宽度方面与10kV 架空线路基本一致，只要更换绝缘子增加爬距后就可升压至20kV 运行。与 10 kV 相比， 20 kV 变压器主绝缘距离增大了，高压线圈的匝数是原来的2 倍，有效体积利用率降低了。要将10/0.4kV 变压器改造成20/0.4 kV变压器，可以采用更换高压线圈的方法，但高压线圈的容量要降低一个等级才能在原有空间中放置，整台变压器也相应降低一个容量等级，改造的总费用约为一台新变压器的25%30% 。2.2.6 采用 20kV 电压供电已有成功的运行经验据不完全统计， 欧洲国家中有80%的中压配电网采用 2025kV 电压等级，亚洲已有9 个国家或地区采用 20 kV 作为中压配电电压。美国、法国、加拿大、德国、日本、韩国、新加坡等国家的实践均证明采用20kV 供电可以取得很好的经济效益。我国国家标准标准电压共出版了4 个版本，分别为 GB156-1980、GB156-1993、GB156-2003 和GB156-2007。 在 1993版和 2003版标准中均已将 20kV供电电压列入， 但注明在用户需要时才采用，在最新的 2007 版标准中已将 20 kV 作为标准电压等级。苏州新加坡工业园区1996 年在国内率先采用20kV 作为配电电压，整个配电网采用全电缆供电，至今已运行12a，取得了较好的效果，并且在规划、建设、运行和维护等方面积累了一定的经验4。2007年国内首次在苏州实施了20kV 架空线工程，线路除柱式绝缘子外与10kV 线路完全一致， 采取全绝缘线架设，也取得了成功。目前国家发改委已核定江苏省 20kV 销售电价比 35kV 销售电价高 9 元/MWh ，比 10kV 销售电价低6 元/MWh 。3 结论及建议采用20 kV 配电电压等级，形成220/110/20/ 0.4 kV 电压系列，可以提高供电能力、减少土地占用、减少建设投资、降低损耗和提高电压质量；并且为进一步简化电压等级提供了条件，有条件的区域可以简化为220/20/0.4kV 电压系列供电。 当前我国正处在工业化、城镇化的重要发展时期，面临采用和推广20kV 电压供电的良好机遇， 国内的 20kV配电设备在技术性能、质量和产品供应服务方面都能满足推广应用的要求。推广应用20kV 供电需要结合当地社会经济发展的具体情况， 因地制宜地开展滚动规划，有目标、有步骤、有成效地实现配电电压的过渡。在新规划的负荷密集地区、新建开发区、工业园区以及老城改造等地区应不失时机地建设和发展20 kV 配电网。在 10 kV 供电的成熟区特别是负荷密集地区要创造条件，逐步向20kV 过渡。例如可以结合新建用户和用户增容改造的时机，在 110kV 变电站内使用 110/20/10kV 三卷变，20kV 为新用户供电， 10kV维持对老用户的供电；新建用户也可以按20kV 建设、降压运行，变压器的高压线圈用串并联方式可在 20kV 与 10kV 间切换等。在负荷密度低的地区(如农村地区 )，供电能力和线路走廊不是主要矛盾，主要制约因素是供电半径和电压质量。由于覆盖面的要求，在这些地区提高配电电压会增加建设投资和改造费用，但不能减少变电站布点的数量，也不能减少线路回数和配变数量，因此仍可维持现在的供电方式。由于配电网覆盖面广，接入的用户和配变台区数量巨大，合理利用好现有寿命期内的10kV 设备(特别是用户设备)、将升压的影响减至最低尤为重要。从 10kV 供电过渡到20kV 的过程可能要经历1020a的时间，在此期间，一个供电区域同时存在2 种电压等级是合理的，也是可行的。参考文献1 姜祥生城网配电电压等级研究J 电网技术，1999， 23(2)： 31-352 GB50061-97，66kV 及以下架空电力线路设计规范S3 江苏省电力公司10 kV 电缆升压至 20kV 运行的试验研究技术报告R南京：江苏省电力公司，20084 姜祥生，汪洪业，姚国平苏州工业园区20 kV 电压等级的实践J供用电， 2002，19(6)：8-10收稿日期： 2008-08-26。 作者简介： 马苏龙(1964)，男，高级工程师，长期从事电网运行、生产技术工作， E-mail： 。（编辑李兰欣）马苏龙名师资料总结 - 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