20kV電壓等級應(yīng)用的探討

陳卓云

摘要：介紹了我國現(xiàn)中壓配電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r，通過對20W電壓等級經(jīng)濟性分析。指出發(fā)展中壓20W電壓等級較現(xiàn)行的10W配電制在降低網(wǎng)損、提高送電距離和輸送容量、減少線路走廊用地等方面效益顯著。電力部門應(yīng)積極研究，各地可因地制宜，根據(jù)具體情況，逐步過渡。

關(guān)鍵詞：20kV中壓配電電壓等級

1中國中壓配電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r

目前我國中壓配電網(wǎng)普遍采用10kV電壓等級供電。這是在我國電力負荷水平較低的背景下逐步形成的。多年的運行實踐表明在特定發(fā)展階段是適合我國國情的，對促進電力工業(yè)的發(fā)展、保障安全供電起到了較大作用。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展。電力負荷呈迅猛增長態(tài)勢。經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)及城市工業(yè)區(qū)附近的負荷密度迅速增高，越來越明顯地暴露出我國現(xiàn)有大中城市供配電網(wǎng)絡(luò)己不適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設(shè)的需要。目前，在我國的一些大中城市，負荷密度已達30-50MW/km^{甚至更高。在這種情況下，繼續(xù)采用10W配電網(wǎng)供電顯得勉強：}

1.1受負荷大小與供電半徑約束，每平方公里需要建1-2座110kv降壓變電所。部分地區(qū)原有配電網(wǎng)絡(luò)的供電能力不足，亟待擴建配電變電站，在電力負荷增長較快地區(qū)，負荷的增加導(dǎo)致擴建配電變電站成為必須。

1.2受供電電壓與導(dǎo)線截面約束，10W配電線路數(shù)目巨大。因而在設(shè)備投資、基建占地、線路走廊、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運行管理以及降損節(jié)能等方面都不可避免地出現(xiàn)許多難題。

1.3配電網(wǎng)損耗過高。隨負荷的迅速增加。損耗呈快速增加態(tài)勢。

此外，城鄉(xiāng)電網(wǎng)的不斷擴大及密度的迅猛增加，逐漸暴露電網(wǎng)配網(wǎng)等級、變電層次、布局結(jié)構(gòu)等方面的不適應(yīng)與不合理性。現(xiàn)行的配電系統(tǒng)從供電能力、供電距離及線路損耗等方面均難以適應(yīng)負荷發(fā)展的需求。

2國內(nèi)外20W配網(wǎng)運行的概況

目前，世界上已有數(shù)十個國家和地區(qū)將20kV電壓等級作為中壓配電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓，并已列入國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)，具有非常成熟的技術(shù)和經(jīng)驗。

1948年開始美國部分地區(qū)采用20W電壓，法國和德國自20世紀(jì)60年代開始統(tǒng)一采用20W配電網(wǎng)。其他歐洲國家如意大利、奧地利、保加利亞、波蘭、匈牙利等(占歐洲80％)也大都采用20～25W作為中壓電。在亞洲，包括新加坡、韓國、我國臺灣等國家和地區(qū)已采用20W中壓配電。

在我國，20W電壓等級早在1993年就已經(jīng)被納入我國的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，而且一直以來國內(nèi)很多專家學(xué)者都呼吁把大中城市的配電電壓升級到20kV的電壓水平。但是迄今為止該電壓等級還沒有得到很大的應(yīng)用。只有在部分地區(qū)應(yīng)用。如遼寧省本溪市南芬區(qū)農(nóng)電局自2003年4月至2004年4月，對南芬變電站原66/10W進行了升壓至66/20kV的改造。1996年6月至2005年底，江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)中已建有2個220kv變電站(220/110/20kV)和3個110kV變電站(110120kV)，總?cè)萘繛?161MVA。上海軌道交通、地鐵和輕軌均采用20kV中壓配電電壓等級。以上工程從當(dāng)初的策劃，到設(shè)備的選用，再到現(xiàn)在的運行，可以說一切進展都比較順利，事故率低、可靠性高、網(wǎng)損率也較低。

320W配電網(wǎng)的經(jīng)濟性

與傳統(tǒng)的中壓配電網(wǎng)相比，20W配電網(wǎng)具有以下優(yōu)勢。

3.1簡化電壓層次由于增加變電層次會導(dǎo)致建設(shè)投資及網(wǎng)絡(luò)損耗的增加(有分析與計算結(jié)果顯示，每經(jīng)過一次變壓，有功損失會增加2％～3％)，因此很多城市都在力求減少變壓層次，如很多城市已經(jīng)在限制35kv電壓等級的使用。如果采用20W電壓等級的話，就可以直接用220/20kv或者110/20kv降壓。從而減少變壓層次。隨著20kv電壓等級的推行，對于城網(wǎng)配電來說，還可以考慮逐漸把10W甚至35kV電壓簡化掉，把電壓等級簡化為220/110120/0.4W四級電壓。

3.2電網(wǎng)容量、電損耗、供電半徑、材料節(jié)省的優(yōu)勢。

從理論上說，20W與10kv配電電壓相比較，在其它條件不變情況下，其配電網(wǎng)容載比可提高一倍。

3.3提高電壓質(zhì)量經(jīng)過計算可知，在同樣輸送功率條件、同等導(dǎo)線截面和架設(shè)方式下，20W電壓損耗較10kv減少一半，可保證更好的配電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

3.4提高供電能力，增加供電半徑經(jīng)過簡單計算可知，在同等導(dǎo)線截面和架設(shè)方式下，20kV配電供電能力較10W提高1倍。其次在同等容量情況下，供電半徑可擴大一倍。

3.5減少桿塔和變電站的布點密度，節(jié)約土地資源在額定電流與短路電流分別相同的條件下，采用20Kv比采用10kV可擴大變電站1倍的容量。在同一地區(qū)可使降壓變電站的數(shù)量減半，從而減少投資成本。同時變電站配電出線回路數(shù)也可減半，可避免由于出線過多帶來的通道路徑困難問題。也減少城網(wǎng)的桿塔數(shù)及其占地數(shù)量。

20kV與10W電壓同處于中壓電壓等級，技術(shù)要求并無多大差異，僅線間距離及導(dǎo)線對橫擔(dān)或桿塔等的要求略大些，實施起來并不困難，僅需將線間距離由0.9m增至1.15m，在升壓改造時只需調(diào)換瓷瓶與橫擔(dān)即可。新建線路按20W電壓等級標(biāo)準(zhǔn)選擇瓷瓶、橫擔(dān)、配電變壓器，增加費用不大，但經(jīng)濟效益、節(jié)能效果顯著。對需要新建變電站的地方應(yīng)建110W變電站。選用110/20kV變壓器，直接降至04kV電壓，可避免35/10/04kV兩次降壓，減少了變電層次，降低電能損耗，節(jié)約設(shè)備投資、年運行費及維護工作量，減少電力設(shè)施所占的通道及土地面積。

4推行20kV配電網(wǎng)的制約因素

配電電壓等級的選用涉及面非常廣，受本地區(qū)電網(wǎng)歷史發(fā)展的影響很大，同時也受配電網(wǎng)現(xiàn)有運行維護技術(shù)和管理人員思路等方面的限制，受到的制約因素很多。

4.1中壓配電網(wǎng)在電網(wǎng)中起著承上啟下的橋梁作用，在負荷密集區(qū)引入20W電壓就要對對110kV變電站主變和中壓配電室進行更換改造。但是在高密度負荷中心區(qū)，如此規(guī)模的改造在經(jīng)濟上是不可行的。在技術(shù)上做好過渡方案也是難以保證的。

4.2配電網(wǎng)是電網(wǎng)的末端環(huán)節(jié)。要過渡到20kV電壓等級，用電客戶的設(shè)備資產(chǎn)改造勢在必行，讓客戶自身投資進行改造難度太大，因此20W電壓等級推行單位可能要出臺相關(guān)政策或由電力公司投資對客戶設(shè)備進行改造。

4.3國內(nèi)缺乏20W電壓等級建設(shè)運行經(jīng)驗。雖然20kV電壓配電技術(shù)成熟，但仍有一些基礎(chǔ)性的技術(shù)問題如變電站中性點運行方式、配電變壓器的接線方式等需要進行應(yīng)用研究。

電網(wǎng)大規(guī)模過渡到20kV電壓是一件極為困難的事，即使現(xiàn)在下決心推廣也可能需要比較漫長的時間才能實現(xiàn)過渡，過渡過程只能是由小區(qū)域逐步擴大供電面積。

5結(jié)語

20kV配電具有非常優(yōu)越的經(jīng)濟性、技術(shù)性，是配電網(wǎng)發(fā)展趨勢之一，雖然新增加一個電壓等級的制約因素很多。但近年來國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和電力負荷的迅猛增長，各地區(qū)各類型開發(fā)區(qū)的不斷建設(shè)以及電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模的加大。20kV配電設(shè)備的小型化等為20kV電壓等級的應(yīng)用提供了歷史機遇。但是需要注意以下方面：①針對城市負荷密度比較高(如工業(yè)園區(qū)、市商業(yè)中心等)和農(nóng)村負荷密度低且較分散的情況，宜采用20kv配電電壓。②對于20kV配網(wǎng)的邊緣地區(qū)或與10kV配網(wǎng)的交界處，采用哪種配電電壓，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟效益來確定，不要按區(qū)域“一刀切”。③城市電網(wǎng)已建成10kV配網(wǎng)，特別是通過近幾年的城網(wǎng)改造。供電能力已強的地區(qū)，無，必要再將10kV配網(wǎng)改造為20kv配網(wǎng)。

由于現(xiàn)全國大部分地區(qū)缺乏20kV電壓等級建設(shè)運行經(jīng)驗。因此建議考慮在一定范同內(nèi)進行20kV配電電壓等級試點工作時，試點范圍的選擇優(yōu)先在將來負荷密度較大的城市新興區(qū)域。特別是目前電網(wǎng)較已規(guī)劃為高新技術(shù)或經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的區(qū)域，也可存局部農(nóng)網(wǎng)進行試點，范圍不宜太小，以免影響區(qū)域內(nèi)客戶的供電可靠性。