我國20kV配電電壓等級的歷史沿革及應(yīng)用綜述

殷紅旭 張建華

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

1 我國電壓等級的設(shè)置原則

為避免各級電壓送變電設(shè)備容量的過多重復(fù)與供電面積的過多疊蓋，盡力降低電網(wǎng)線損及無功損失，取得良好的經(jīng)濟(jì)性與合理性，國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各電壓等級應(yīng)遵守“求三舍二”的原則，否則不經(jīng)濟(jì)、不合理，更談不上優(yōu)化。所謂“求三舍二”，指在標(biāo)準(zhǔn)系列或電網(wǎng)電壓制中，各相鄰級所差的倍數(shù)應(yīng)力求接近、等于或超過 3，同時又要舍棄倍數(shù)接近或小于2的兩級中的某一級[1]。

2 我國20kV電壓等級的歷史沿革

新中國成立前及解放初期，我國的山東、東北等地曾有20kV電壓等級，作為3～6/0.38kV一次配電與二次配電電壓之上的一級供電電壓出現(xiàn)，起過很重要的作用。后來隨著負(fù)荷密度的增長和電網(wǎng)的發(fā)展，基于國家當(dāng)時的用電水平及相當(dāng)一個時期內(nèi)的發(fā)展打算，1959年交流電壓等級標(biāo)準(zhǔn)確定 10kV作為配電電壓，摒棄了3kV，將6kV升壓到10kV。由于20kV僅為10kV的2倍，不符合電壓等級“求三舍二”的原則被淘汰，保留了35kV電壓等級。

后來，20kV電壓等級在國際上又以新的功能[2-3]出現(xiàn)，目的是提高一次配電電壓，仍然是由于負(fù)荷密度增長和電網(wǎng)發(fā)展的需要。其作用是取代10kV，直接向380V供電，以擴(kuò)大供電半徑，減少線路回數(shù)，降低網(wǎng)損。

自1978年起，我國城市及農(nóng)村中10kV配網(wǎng)供電能力與供電距離嚴(yán)重不足的矛盾就十分突出，變電層次過多、網(wǎng)損率偏高等弊端日益明顯。1978年改革開放以來，僅用了10年時間便將發(fā)電裝機(jī)容量與年發(fā)電量翻了一番[4]。1990年全國發(fā)電裝機(jī)已達(dá)13789萬kW，年發(fā)電量為6213億kW·h，均已名列世界第4位；到2005年底，發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5.1億 kW，發(fā)電量24000億 kW·h，均已名列世界第 2位；到2008年底，全國裝機(jī)容量達(dá)79253萬kW，發(fā)電量達(dá)34334億kW·h，僅次于美國，均已名列世界第2位，照此速度發(fā)展下去，預(yù)計在2020年前后全國發(fā)電裝機(jī)總量將超過美國，躍居世界第一位。

20世紀(jì)80年代初，我國就提出了對城市配電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造和提高配電電壓等級的建議，并逐步形成了改造城網(wǎng)的指導(dǎo)思想[5]：“提高輸電電壓，高壓深入城市負(fù)荷中心，簡化電壓等級，減少中間變壓層次，提高配電電壓”。

1980年3月6日，電力部曾在（80）電技字第14號文“對國標(biāo)GB156《額定電壓（草案）》的意見”中第 5條，提出了“目前東北、華北、華東等地大城市高密度用電地區(qū)希望能采用20kV配電電壓，這樣就能使設(shè)備小型化，投資較經(jīng)濟(jì)。建議如條件允許，可將20kV電壓列入草案中”的意見。

進(jìn)入90年代初，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，電力負(fù)荷也高速增長，各大中城市紛紛要求更高的電壓引入，以適應(yīng)負(fù)荷急劇增長的需要。高壓配電深入和低壓負(fù)荷增長都要求配電網(wǎng)具有更強(qiáng)的功率消納和配出能力，造成城市電網(wǎng)中壓側(cè)和低壓網(wǎng)過載嚴(yán)重，而出現(xiàn)與供配電能力不相適應(yīng)的卡脖子態(tài)勢，與此同時，對20kV系統(tǒng)的思考也進(jìn)入實踐驗證階段。

1991年，能源部武漢高壓研究所在“國標(biāo)《電壓標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)增加20kV電壓等級的可行性論證”報告中提出了采用20kV具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、直供面廣，以及根據(jù)我國現(xiàn)有制造水平，20kV配變電設(shè)備有望在3年內(nèi)完成批量生產(chǎn)等結(jié)論。

1992年全國電壓電流等級和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會召開過“20kV電壓等級論證”專題討論會。會議認(rèn)為“采用20kV電壓已勢在必行?！?/p>

1993年，參照國際電工委員會的高壓標(biāo)準(zhǔn)電壓[IECpub.38(1975)]《標(biāo)準(zhǔn)電壓》，制定頒布了《GB156-93標(biāo)準(zhǔn)電壓》，確定了我國3kV及以上交流三相系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級分別為（kV）：3、6、10、（20）、35、66、110、220、330、500、（750），正式將 20kV打括號后列入標(biāo)稱電壓，并說明“為用戶要求時使用”。

2004年國家電網(wǎng)公司指出“輸配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展及電壓等級優(yōu)化研究中提出，在新發(fā)展電網(wǎng)的地區(qū)宜不失時機(jī)地試點推行 20kV作為中壓配電的電壓等級?！?/p>

3 20kV電壓等級的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

3.1 目前在運行的20kV中壓配電系統(tǒng)

（1）1994年建設(shè)的蘇州工業(yè)園區(qū)青秋浦以東45km工業(yè)園區(qū)全部采用20kV中壓配電電壓等級，已成功運行15年[6]。

（2）上海軌道交通、地鐵和輕軌均采用20kV中壓配電電壓等級，實際運行情況良好。

（3）昆山的南亞公司(臺灣獨資塑膠企業(yè))使用的是20kV配電電壓等級。

（4）2003年3月27日，遼寧省本溪市供電公司南芬地區(qū)二次變電所重建后投入運行，有 6條20kV配電線路運行，2臺主變壓器及199臺配電變壓器。20kV系統(tǒng)運行以來未發(fā)生單相接地故障。

（5）2007年，江蘇省電力公司建議全省主要城市在未來1～2年至少建立一個20kV實驗區(qū)，其后，全省 13個主要城市均已開展該項改造工作。2008年迎峰度夏前，蘇州、無錫、淮安、南京等地區(qū)已有部分項目建成投產(chǎn)并順利接入電網(wǎng)，實現(xiàn)了可靠運行。

3.2 即將采用20kV的中壓配電網(wǎng)

（1）南方電網(wǎng)公司2004年確定對20kV配網(wǎng)調(diào)研和論證立項。

（2）天津濱海新區(qū)、哈爾濱群力開發(fā)區(qū)確定對20kV配網(wǎng)調(diào)研和論證立項。

（3）蘇州工業(yè)園區(qū)預(yù)計今年完成6座20kV開閉所及相關(guān)電纜的建設(shè)。

（4）蘇州輕軌正在初級設(shè)計階段，在園區(qū)中央公園和新區(qū)蘇州樂園各建1座110kV變電站，其中壓配電電壓等級也將采用20kV。

（5）2008年3月28日，《20kV客戶變電站典型設(shè)計圖集》在蘇州全部完成，標(biāo)志著江蘇省20kV客戶變電站設(shè)計正式進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化時代。預(yù)計2010年后，江蘇省20kV的配電網(wǎng)絡(luò)將開始“蠶食”10kV配電網(wǎng)絡(luò)，而35kV配電網(wǎng)絡(luò)將會逐步消失。

（6）2009年5月11日，《合肥晚報》刊登“安徽省第一座 110/20kV變電站可行性研究已經(jīng)通過安徽省電力公司審核，將建在合肥濱湖新區(qū)，預(yù)計2010年上半年投運”。

據(jù)預(yù)測[7]，到2020年北京、上海、天津等城市中心區(qū)的負(fù)荷密度都將在20MW/km2以上，與國外發(fā)達(dá)城市的現(xiàn)有負(fù)荷密度水平較為接近。為進(jìn)一步適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會和電網(wǎng)發(fā)展的需要，實現(xiàn)“增容、換代、升壓、優(yōu)化通道”的發(fā)展思路，應(yīng)認(rèn)真考慮城市中壓配電網(wǎng)20kV電壓等級的選取應(yīng)用。

4 20kV中壓配電的優(yōu)勢

4.1 從建設(shè)、運行角度分析

眾所周知，20kV與10kV供電相比，由于提高了中壓配電電壓等級，可有效地提高中壓網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力、改善電能質(zhì)量、擴(kuò)大供電范圍、降低線損及變壓器損耗，同時在同等傳輸容量時，還可以減小導(dǎo)線面積，節(jié)約有色金屬。

采用110/20kV供電比采用110/35/10kV供電，不僅減少了變電層次，降低了損耗，同時也降低了變壓器的投資，從110/35/10kV的三繞組變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)?10/20kV的雙繞組變壓器；同時，采用20kV供電時，在額定電流與短路電流分別相等的條件下，采用20kV比10kV可擴(kuò)大變電所的主變壓器容量約一倍，使同一地區(qū)設(shè)置的降壓站數(shù)量減少一半[4]。

直接從35kV變?yōu)?.4kV的110/35kV電壓制不宜用在城市電網(wǎng)。因為35kV架空配電網(wǎng)必須保證導(dǎo)線與建筑物之間的安全距離而難于通過大多數(shù)城市的街道；若用35kV電纜，則需將電纜配電網(wǎng)的電壓提高到 35kV，這不但不會促成經(jīng)濟(jì)性的提高，反倒會過多的消耗有色金屬。

4.2 從用戶角度分析

（1）從電價角度

2007年9月9日，國家發(fā)展和改革委員會辦公廳批復(fù)了江蘇省增設(shè) 20kV電壓等級銷售電價的有關(guān)問題，即同意江蘇省在銷售電價表中增設(shè) 20kV電壓等級銷售電價。20～35kV電壓等級銷售電價按照1～10kV和35～110kV電壓等級銷售電價的平均值確定。對于負(fù)荷密度較大地區(qū)，采用20kV比采用10kV供電可以節(jié)省電費開支，特別是對于大用戶而言，這將節(jié)省不小的數(shù)目。

（2）從大用戶投資角度

對于大容量用戶，采用10kV供電已經(jīng)不能滿足要求，需要采用更高電壓等級供電，而35kV無論從變電站建設(shè)還是線路電纜造價來講，都高于20kV電壓等級[8]。

（3）從用戶節(jié)約用地的角度

相比35kV變電站，20kV可以有效地節(jié)約站內(nèi)用地。據(jù)統(tǒng)計[8]，每座35kV變電站占地約2000m2,而一座20kV配電所的用地僅200m2，一座變電站用地節(jié)約1800m2。相比10kV變電站及線路，采用20kV可以有效地減少變電站和線路布點的密度，大大節(jié)約了土地資源，同時也在征地方面節(jié)省了一大筆開支。

由此可見，高負(fù)荷密度地區(qū)采用20kV供電，不但能滿足供電要求，而且運行維護(hù)費用基本與10kV相當(dāng)。20kV電壓等級不僅降低了供電公司的運行成本，也降低了用戶的使用成本，這是20kV電壓的一個重要優(yōu)勢。

5 對20kV電網(wǎng)提出以下建議

（1）電壓序列設(shè)置

鑒于220/110/35/10kV和220/66/10kV兩種電壓制在我國已成為既成事實，立足當(dāng)前，對于前者，可以考慮將35kV和10kV兩級簡化為20kV一級，確定20kV為國標(biāo)等級，形成220/110/20/0.4kV電壓系列；對于后者，宜將10kV升壓至20kV。并明確66kV為國標(biāo)等級，形成220/66/20/0.4kV電壓序列[1]。

（2）20kV試點地區(qū)的選擇

鑒于 20kV電網(wǎng)建設(shè)時間較長且布線與 10kV相差較大，現(xiàn)有 10kV電網(wǎng)不可能短期內(nèi)升壓至20kV，所以初期宜選擇新興區(qū)域或現(xiàn)狀電網(wǎng)基礎(chǔ)比較薄弱，但未來發(fā)展負(fù)荷密度高、電力需求增長迅猛的區(qū)域開展 20kV試點[9]。而對老城區(qū)等電網(wǎng)已經(jīng)成熟的且不易重新布線的地區(qū)暫不改造為20kV。這樣既可以節(jié)省資金，又可以確保老城區(qū)已有規(guī)劃不必因此修改。

（3）20kV設(shè)備使用

鑒于 20kV配電設(shè)備與 10kV設(shè)備價格相差不大，如果有大規(guī)模10kV升壓為20kV的配電網(wǎng)改造計劃，建議在新建10kV配網(wǎng)時變電設(shè)備和線路采用 20kV的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計建設(shè)，同時用戶側(cè)也選用20kV設(shè)備，用戶變壓器選用20(10)kV通用的變壓器，以便滿足未來升壓需求，節(jié)約改造投資[4]。20kV電壓等級供電的建設(shè)，應(yīng)按照集約資源、節(jié)約建設(shè)的原則，充分利用原有電網(wǎng)資源設(shè)備，力爭用最低的成本，達(dá)到供電能力的大幅增加。

（4）20kV供電可靠性

為避免 20kV電網(wǎng)成為孤島，應(yīng)配合采取必要措施，確保電網(wǎng)安全、可靠供電。要加強(qiáng)其與上一級電壓110kV的聯(lián)系，即與多個110kV變電站建立聯(lián)系，以保證20kV電網(wǎng)的供電可靠性。

6 對我國高負(fù)荷密度新區(qū)采用20kV的展望

我國華東及東北等地原有過 20kV電網(wǎng)，至1988年哈爾濱地區(qū)尚有22kV（供電）線路6條共130km，含22kV等級的變電站9座計72MVA[10]。故對20kV等級線路和其他電氣設(shè)備，無論從設(shè)計制造到運行檢修都有過明確要求并具備一定經(jīng)驗。

“實踐是檢驗真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)”。而實踐并無國內(nèi)與國外之分。國外電網(wǎng)多年來的建設(shè)經(jīng)驗與運行實踐證明 20kV配電電壓等級的優(yōu)勢所在，而我國近年來對 20kV作為中壓配電的探索已有了初步成果，在我國高負(fù)荷密度新區(qū)采用20kV已勢在必行，并必將碩果累累。

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