20 kV配電網(wǎng)在杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用

孫燕軍

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

隨著電力需求的迅速增長，10 kV配電網(wǎng)已逐漸無法適應(yīng)高負(fù)荷密度區(qū)域的發(fā)展需求。國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，20 kV比10 kV電壓等級(jí)在輸送容量、輸送距離、供電質(zhì)量、節(jié)能降損和節(jié)約變電站站點(diǎn)、線路走廊等方面都具有明顯優(yōu)勢，已有很多先進(jìn)國家和地區(qū)采用了20 kV的配電網(wǎng)，具有成熟的設(shè)備制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)江蘇蘇州工業(yè)園區(qū)也有多年成功試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)處于杭州灣南岸，規(guī)劃區(qū)總面積275 km2，是一個(gè)新興的工業(yè)園區(qū)，地塊相對(duì)獨(dú)立、完整。根據(jù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃定位，區(qū)內(nèi)以中小型工業(yè)企業(yè)為主，具有平均報(bào)裝容量大、直供負(fù)荷比例高、供電可靠性有特殊要求等特點(diǎn)，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期負(fù)荷密度較高，具備開展20 kV電壓等級(jí)試點(diǎn)條件。此外，該地區(qū)現(xiàn)有10 kV配電網(wǎng)規(guī)模小，改造費(fèi)用少，對(duì)形成相對(duì)獨(dú)立的20 kV供電區(qū)域非常有利。因而該地區(qū)適宜建設(shè)20 kV配電網(wǎng)。

1 20 kV配電網(wǎng)規(guī)劃主要技術(shù)原則

1.1 電壓等級(jí)及主變壓器容量

電源電壓為220 kV和110 kV，中壓配電電壓為20 kV，低壓配電電壓為380/220 kV。

220/110/20 kV主變壓器容量宜在240 MVA及以上，20 kV繞組容量不小于50%；110/20 kV主變壓器容量一般應(yīng)選用80 MVA。

變電站初期為2臺(tái)主變壓器，遠(yuǎn)期3臺(tái)主變壓器。

變電站20 kV配電系統(tǒng)母線短路電流水平應(yīng)不大于25 kA。

1.2 電氣主接線

220 kV變電站20 kV采用單母線四分段環(huán)形接線方式。

110 kV變電站初期采用內(nèi)橋接線，20 kV采用單母線四分段環(huán)形接線方式。

110 kV變電站遠(yuǎn)期采用“內(nèi)橋+線路變壓器組”接線方式，20 kV采用單母線六分段環(huán)形接線方式。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

110 kV電網(wǎng)初期采用手拉手結(jié)構(gòu)和雙側(cè)電源雙T結(jié)構(gòu)（見圖1，2）。

110 kV電網(wǎng)遠(yuǎn)期采用四線兩變結(jié)構(gòu)（見圖3）。

圖1 手拉手結(jié)構(gòu)

圖2 雙側(cè)電源雙T結(jié)構(gòu)

圖3 四線兩變結(jié)構(gòu)

20 kV架空線路采用環(huán)網(wǎng)接線開環(huán)運(yùn)行方式。20 kV電纜線路采用單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

1.4 中性點(diǎn)接地方式

杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)近期規(guī)劃方案和遠(yuǎn)期規(guī)劃方案線路類型為架空和電纜混合線路。在近期規(guī)劃方案中，通過對(duì)各變電站20 kV系統(tǒng)的電容電流計(jì)算得知，各變電站20 kV系統(tǒng)的電容電流均小于150 A。而遠(yuǎn)期上虞工業(yè)園區(qū)20 kV配電網(wǎng)有可能采用全電纜，大多數(shù)情況下單臺(tái)主變壓器20 kV出線電容電流將大于150 A。因此，中性點(diǎn)近期采取經(jīng)消弧線圈接地，遠(yuǎn)期采用經(jīng)低電阻接地。

1.5 用戶接入

用戶申請(qǐng)容量在30 MVA及以下者，應(yīng)采用20 kV電壓等級(jí)供電。

（1）單回路申請(qǐng)容量為8 000 kVA及以上時(shí)，應(yīng)從變電站新建線路供電。

（2）單回路申請(qǐng)容量為8 000 kVA以下時(shí)，可根據(jù)用戶的申請(qǐng)容量及配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，通過調(diào)整線路負(fù)荷，以架空T接或從開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜以電纜方式就近接入。

（3）單回路申請(qǐng)容量在 4 000～6 000 kVA， 且滿足接入條件的情況下，可優(yōu)先從開關(guān)站或環(huán)網(wǎng)柜接入。

用戶申請(qǐng)容量在16～30 MVA時(shí)，宜采用多回路供電。

2 配電網(wǎng)升壓改造策略

2.1 供電側(cè)升壓改造策略

在已有的站點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)建?；谪?fù)荷發(fā)展，需要在已有的變電站內(nèi)擴(kuò)建主變壓器時(shí)，宜將20 kV電壓等級(jí)引入新增主變壓器的低壓側(cè)，為20 kV供電區(qū)域提供電源。

對(duì)于已有區(qū)內(nèi)分布的110/35/10 kV主變壓器，可以通過技術(shù)手段將中壓側(cè)改造為20 kV，即成為110/20/10 kV主變壓器，既可為20 kV供電區(qū)域提供電源，又能為暫不實(shí)施升壓的區(qū)域繼續(xù)提供10 kV電壓等級(jí)供電。

2.2 客戶側(cè)升壓改造策略

根據(jù)周邊供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況以及用戶的性質(zhì)，可將用戶分為4類，見表1。

表1 用戶分類情況

（1）對(duì)于A類用戶，供電網(wǎng)絡(luò)與用戶滿足同時(shí)升壓的條件，可以同時(shí)升壓。

（2）對(duì)于B類用戶，供電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備升壓條件，用戶側(cè)設(shè)備尚需要以10 kV電壓等級(jí)供電，此時(shí)，可以暫時(shí)采用20/10 kV聯(lián)絡(luò)變壓器為原用戶供電，待用戶側(cè)的設(shè)備使用壽命達(dá)到規(guī)定年限而需更換時(shí)，直接更換為20 kV電壓等級(jí)的設(shè)備。

（3）對(duì)于C類用戶，供電網(wǎng)絡(luò)尚不具備升壓條件，但用戶側(cè)已具備升壓條件，此時(shí)可通過以下兩種方式進(jìn)行改造。

方式一：用戶側(cè)設(shè)備按照20 kV等級(jí)進(jìn)行選型，先降壓運(yùn)行，待整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)具備條件時(shí)，再按20 kV運(yùn)行。

方式二：采用10/20 kV聯(lián)絡(luò)變壓器將10 kV線路升壓至20 kV，為用戶供電。

（4）對(duì)于D類用戶，供電網(wǎng)絡(luò)和用戶均不具備升壓條件。若用戶側(cè)設(shè)備使用年限未到規(guī)定年限，則暫不升壓，維持10 kV等級(jí)供電，待條件成熟后再實(shí)施升壓；若用戶設(shè)備已經(jīng)達(dá)到或超過規(guī)定年限，可先更換為20 kV設(shè)備，并降壓運(yùn)行，待整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)升壓后再按20 kV運(yùn)行。

3 杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)20 kV配電網(wǎng)規(guī)劃

依照上述技術(shù)原則進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃，規(guī)劃分為2個(gè)層次，即針對(duì)杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)進(jìn)行110 kV配電網(wǎng)規(guī)劃和對(duì)區(qū)內(nèi)的拓展區(qū)進(jìn)行20 kV配電網(wǎng)規(guī)劃。

應(yīng)從中壓配電網(wǎng)角度提出需求，依據(jù)需求來規(guī)劃站點(diǎn)、網(wǎng)架和走廊，根據(jù)站點(diǎn)進(jìn)行中壓配電網(wǎng)規(guī)劃。

3.1 110 kV配電網(wǎng)規(guī)劃

截至2008年底，該區(qū)有220 kV變電站1座，容量360 MVA；110 kV變電站3座，總?cè)萘?00 MVA。其中110 kV精細(xì)變電站由虞北變電站的2回110 kV線路構(gòu)成雙輻射供電，110 kV虞北變電站、蓋北變電站由虞北變電站的2回110 kV線路構(gòu)成“兩線兩變”供電。

區(qū)域內(nèi)主要存在變電容量不足、220 kV電源點(diǎn)單一、110 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不夠堅(jiān)強(qiáng)、變電站負(fù)載重等問題。

在對(duì)國內(nèi)成熟工業(yè)園區(qū)負(fù)荷調(diào)查的基礎(chǔ)上開展了空間負(fù)荷預(yù)測，預(yù)測杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)遠(yuǎn)景最大負(fù)荷約為3 009 MW，負(fù)荷密度為18.8 MW/km2。

至遠(yuǎn)景年，杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)共需220 kV變電站8座，110 kV變電站24座，全部形成四線兩變結(jié)構(gòu)，如圖4所示，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)可靠的110 kV配電網(wǎng)。

圖4 遠(yuǎn)景年110 kV規(guī)劃方案

3.2 拓展區(qū)20 kV配電網(wǎng)規(guī)劃

拓展區(qū)內(nèi)共計(jì)4回10 kV線路，即緯一線、展望線、秦燕線和世丘線。在確定采用20 kV電壓等級(jí)后，需考慮已有10 kV供電網(wǎng)絡(luò)的升壓改造和用戶接入問題。

采用用戶報(bào)裝與空間負(fù)荷預(yù)測相結(jié)合的方法，預(yù)測拓展區(qū)2012年負(fù)荷約223 MW，遠(yuǎn)景負(fù)荷約615.15 MW，負(fù)荷密度為18 MW/km2。

拓展區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃近期應(yīng)著重解決10 kV網(wǎng)絡(luò)向20 kV網(wǎng)絡(luò)過渡及報(bào)裝用戶供電問題，遠(yuǎn)景側(cè)重于20 kV網(wǎng)架的構(gòu)建。

遠(yuǎn)景年，杭州灣上虞工業(yè)園拓展區(qū)將擁有20 kV線路共94回，公用線路70回，用戶專線24回，開關(guān)站35座，最大供電能力達(dá)到1 022 MW，20 kV能夠滿足負(fù)荷發(fā)展需要。

4 10 kV升壓至20 kV方案

拓展區(qū)內(nèi)110 kV杭灣變電站于2010年12月底投產(chǎn)，而據(jù)園區(qū)管委會(huì)提供的資料，陽光集團(tuán)、頤禾光電和金盾集團(tuán)用戶將先于110 kV杭灣變投產(chǎn)，為C類用戶，因此需要對(duì)該類用戶制定過渡方案。制定了2種過渡方案，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后給出了推薦方案。

4.1 過渡方式一

利用已有的4回10 kV線路，用戶側(cè)設(shè)備按照20 kV等級(jí)選型、設(shè)計(jì)，先降壓運(yùn)行，待20 kV電源（杭灣變電站）建成時(shí)，再按20 kV運(yùn)行。

方式一時(shí)，用戶需采用20/10 kV雙電壓變壓器及相應(yīng)設(shè)備，用戶投資增加約10%，維護(hù)量相對(duì)增加，但供電企業(yè)投資少。為構(gòu)建20 kV標(biāo)準(zhǔn)化配電網(wǎng)，不推薦方式一。

4.2 過渡方式二

利用已有的10 kV韋一線、展望線，設(shè)置10 kV/20 kV變壓器，將已有10 kV線路升壓至20 kV，然后接入用戶，用戶側(cè)設(shè)備按照20 kV等級(jí)選型、設(shè)計(jì)。此外，在杭灣變電站投產(chǎn)前約有20 MW負(fù)荷，韋一線、展望線供電能力有限，需從蓋北變電站、精細(xì)變電站新出線路，設(shè)置10/20 kV變壓器，將線路升壓至20 kV，線路按照20 kV設(shè)計(jì)，接入用戶。

在方式二下，用戶完全按照20 kV標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一次到位，不增加用戶投資，供電企業(yè)有一定投資，主要為聯(lián)絡(luò)變壓器，但聯(lián)絡(luò)變壓器在該區(qū)110/20 kV變電站投產(chǎn)后可輪換至其他區(qū)域使用。為構(gòu)建20 kV標(biāo)準(zhǔn)化配電網(wǎng)、減少用戶投資，推薦方式二。

在緯一路、經(jīng)一路交叉口處設(shè)置10/20 kV變壓器，將10 kV緯一線、展望線升壓至20 kV，沿用原10 kV緯一線走廊。

杭灣變電站投運(yùn)后，20 kV網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)平滑過渡，避免了重復(fù)、無序建設(shè)。

5 20 kV電壓等級(jí)應(yīng)用成效分析

（1）提高供電能力和供電范圍。20 kV供電能力比10 kV增大100%，在同等條件下供電距離可較10 kV延長一倍。

（2）提高電壓質(zhì)量。當(dāng)電壓由10 kV升至20 kV后，在負(fù)荷不變的條件下，電壓降可比10 kV減少75%；當(dāng)負(fù)荷增加一倍后，電壓降可比10 kV減少50%。

（3）降低線損。通過線路損耗計(jì)算可知，電壓由10 kV升至20 kV后，在負(fù)荷不變的條件下，功率損耗可降低75%。

（4）節(jié)約有色金屬。經(jīng)濟(jì)電流密度為常量，電壓由10 kV升至20 kV后，在輸送容量不變的情況下，有色金屬消耗量可減少50%。

（5）減少投資。由于20 kV供電容量相對(duì)較大，可以比采用10 kV供電時(shí)減少電纜、開關(guān)站、變配電房等配電設(shè)施和電氣設(shè)備，從而減少投資，減少征地，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低運(yùn)行成本。

（6）節(jié)約土地。當(dāng)采用10 kV作為中壓電壓等級(jí)、主變?nèi)萘繛?0 MVA時(shí)，需建設(shè)39座110 kV變電站；而采用20 kV作為中壓電壓等級(jí)、主變?nèi)萘繛?0 MVA時(shí)，需建設(shè)24座110 kV變電站?？蓽p少15座變電站，節(jié)約了大量的土地資源和線路廊道。參照相關(guān)典型設(shè)計(jì)，可減少110 kV變電站占地面積63 000 m2，減少110 kV線路廊道占地面積2 250 000 m2。

另外，110/10 kV方案需要10 kV中壓出線間隔772～993個(gè)，而110/20 kV方案只需20 kV中壓出線間隔386～490個(gè)，可節(jié)省約50%的中壓出線間隔和通道資源。

（7）提高用戶接入的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。20 kV用戶報(bào)裝容量可以達(dá)到30 MVA，為大客戶提供了更加靈活和經(jīng)濟(jì)的接入方式。

（8）在電網(wǎng)投資方面，采用20 kV電壓等級(jí)時(shí)，中壓配電網(wǎng)建設(shè)投資大約可減少5.97億元，約占10 kV配電網(wǎng)投資的9.35%。

6 結(jié)論

杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)采用20 kV供電是經(jīng)濟(jì)、必要和可行的，園區(qū)將繼續(xù)遵循“積極、穩(wěn)妥、適度超前”的指導(dǎo)意見和“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、逐步實(shí)現(xiàn)”的推進(jìn)原則，在現(xiàn)有20 kV配網(wǎng)建設(shè)成果基礎(chǔ)上，加快園區(qū)275 km2的20 kV配電建設(shè)與改造工作，為園區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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