海島地區(qū)實(shí)施20 kV配電網(wǎng)的思考

鄭新龍，李世強(qiáng)

（舟山電力局，浙江 舟山 316000）

隨著海島社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電量快速增長(zhǎng)，特別是在人口密集區(qū)和開(kāi)發(fā)區(qū)，負(fù)荷密度不斷增加，以10 kV為主的中壓配電系統(tǒng)供電能力明顯不足，迫使變電站布點(diǎn)和出線回路數(shù)量增加，這不僅加大了建設(shè)投資，還導(dǎo)致了電能損耗的增加。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，局部采用20 kV配電網(wǎng)是可行的，能有效解決上述問(wèn)題，宜積極開(kāi)展論證和規(guī)劃研究。

1 海島地區(qū)電網(wǎng)的特點(diǎn)

1.1 海島電網(wǎng)的一般性問(wèn)題

部分海島電網(wǎng)因孤立分散，經(jīng)濟(jì)效益與供電可靠性較差，設(shè)備陳舊、能耗大、成本高，影響了海島的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

新建變電所選址困難，進(jìn)線走廊用地困難、征地難、拆遷更難，規(guī)劃變電所大多位于供區(qū)邊緣地帶，偏離負(fù)荷中心，導(dǎo)致供電半徑過(guò)大。

變電所出線電纜管道、架空走廊有限，架空走廊和市政景觀要求存在一定矛盾。

隨著海島電網(wǎng)的不斷發(fā)展，部分節(jié)點(diǎn)10 kV短路容量超標(biāo)，威脅系統(tǒng)可靠性。

1.2 開(kāi)展20 kV配電網(wǎng)建設(shè)的條件和優(yōu)勢(shì)

（1）部分中壓配網(wǎng)還不完善，特別是部分新興開(kāi)發(fā)區(qū)的10 kV網(wǎng)絡(luò)非常薄弱，負(fù)荷規(guī)模較小，用戶數(shù)量不多，網(wǎng)絡(luò)亟需升級(jí)改造，適合進(jìn)行20 kV網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

（2）20 kV配電網(wǎng)的引入可以減少變電所數(shù)量，有效緩解變電所出線走廊緊張、電壓等級(jí)匹配不合理等問(wèn)題，加速淘汰35 kV電壓等級(jí)。

（3）大中型用戶的供電方案更加科學(xué)合理，優(yōu)化中壓網(wǎng)絡(luò)布局，提高供電可靠性。整體上提高電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，以利于節(jié)能降耗。

2 實(shí)施20 kV配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

2.1 供電能力提高

10 kV供電半徑短，損耗大，供電負(fù)荷小，負(fù)荷密度大時(shí)上述缺陷更為明顯；20 kV供電半徑較長(zhǎng)，損耗小，供電負(fù)荷大。

在同樣的供電半徑條件下，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，20 kV線路的輸送功率可比10 kV大1倍；在相同的負(fù)荷密度下，20 kV的供電半徑約為10 kV供電半徑的1.26倍，供電面積約為10 kV的1.6倍。

不同電壓等級(jí)架空線路和電纜的供電距離及輸送容量見(jiàn)表1、表2。

表1 架空線路供電距離及輸送容量

表2 電纜線路供電距離及輸送容量

2.2 網(wǎng)絡(luò)損耗減小

假定電網(wǎng)升壓前后輸送功率不變，有功損耗可按式（1）計(jì)算。

20 kV與10 kV相比，在輸送同樣功率條件下，線路電流可降低50%，則線路電能損耗可降低75%。

3 20 kV配網(wǎng)實(shí)施的困難及策略

3.1 區(qū)塊劃分及建設(shè)原則

3.1.1 10 kV電網(wǎng)成熟區(qū)塊

該類(lèi)區(qū)塊負(fù)荷增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。10 kV中壓配電線路主要為電纜，目前已形成手拉手環(huán)網(wǎng)接線、開(kāi)環(huán)運(yùn)行的成熟配電系統(tǒng)，短時(shí)間內(nèi)對(duì)其配電網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模升壓改造代價(jià)太大。

對(duì)該類(lèi)區(qū)域的建設(shè)原則為：短期內(nèi)電壓等級(jí)暫維持10 kV不變，不對(duì)已成型的配電網(wǎng)作大規(guī)模改變，可采用增容改造等方式以適應(yīng)負(fù)荷的增長(zhǎng)。建議在電力設(shè)備達(dá)到壽命周期后再逐步引入20 kV電壓等級(jí)。

3.1.2 中壓配電網(wǎng)空白或薄弱區(qū)塊

老城區(qū)外的新興工業(yè)園區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、居住區(qū)，其地塊相對(duì)獨(dú)立、完整，預(yù)測(cè)負(fù)荷密度大，地塊內(nèi)暫無(wú)變電站布點(diǎn)，配電網(wǎng)較薄弱。

對(duì)該類(lèi)區(qū)域的建設(shè)原則為：全面推廣應(yīng)用20 kV電壓等級(jí)，逐步發(fā)展壯大20 kV配電網(wǎng)絡(luò)。

3.1.3 其余區(qū)塊

除上述以外的區(qū)域，10 kV配電網(wǎng)已具備一定規(guī)模，但配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展，可劃分為20 kV與10 kV混供區(qū)域。

建設(shè)原則為：在20 kV與10 kV混供區(qū)域，新報(bào)裝用戶原則采用20 kV接入、降壓運(yùn)行的模式，限制10 kV接入。在20 kV和10 kV共存期間，將運(yùn)行壽命到期的10 kV設(shè)備逐步更換成20 kV，通過(guò)不斷縮小10 kV配電網(wǎng)的供電區(qū)域，最終完成20 kV中壓配電網(wǎng)的構(gòu)建。

3.2 新建20 kV配電網(wǎng)的困難

實(shí)施20 kV配電網(wǎng)的最有利條件就是在規(guī)劃110 kV降壓變電站時(shí)就考慮采用20 kV電壓等級(jí)供電，需要單獨(dú)劃出特定的區(qū)域進(jìn)行20 kV供電，不與外部10 kV網(wǎng)絡(luò)發(fā)生聯(lián)系，這在實(shí)際電網(wǎng)中往往難以做到。

配電網(wǎng)過(guò)渡到20 kV電壓等級(jí)的主要限制因素有：

（1）由于中壓配電網(wǎng)起著承上啟下的作用，因此在負(fù)荷密集區(qū)域引入20 kV電壓等級(jí)時(shí)要對(duì)110 kV變電站主變壓器和中壓配電室進(jìn)行更換改造，對(duì)中壓配電網(wǎng)進(jìn)行全面徹底的改造。

（2）配電網(wǎng)是電網(wǎng)的末端環(huán)節(jié)，要過(guò)渡到20 kV電壓等級(jí)，必須對(duì)用電客戶的設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行改造，因此存在一定難度。

（3）一般海島地區(qū)無(wú)20 kV電壓等級(jí)建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，人員技術(shù)力量不足。雖然20 kV電壓等級(jí)的配電技術(shù)已成熟，但仍有一些基礎(chǔ)性的技術(shù)問(wèn)題，如變電站中性點(diǎn)運(yùn)行方式、配電變壓器的接線方式等需要進(jìn)行應(yīng)用研究。

（4）由于多年來(lái)的建設(shè)改造，10 kV配電網(wǎng)已形成規(guī)模，10 kV用戶較多且分布廣泛，一次性徹底改造為20 kV配電網(wǎng)的難度較大，且周邊區(qū)域沒(méi)有可轉(zhuǎn)供的20 kV電源，不可能將現(xiàn)有變電所全部停運(yùn)進(jìn)行改造。因此10 kV配電網(wǎng)過(guò)渡到20 kV配電網(wǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的循序漸進(jìn)的過(guò)程。

3.3 對(duì)策

3.3.1 已有變電站的主變壓器逐臺(tái)改造

對(duì)同一變電站的2臺(tái)主變壓器可逐臺(tái)改造升壓為20 kV，改造后主變壓器采用110/20/10 kV電壓序列，同時(shí)滿足10 kV和20 kV用戶的需求，通過(guò)10/20 kV聯(lián)絡(luò)變實(shí)現(xiàn)10 kV用戶與20 kV用戶的聯(lián)網(wǎng)。改造步驟如圖1所示。

3.3.2 新建站點(diǎn)改造

對(duì)目前的10 kV用戶仍由10 kV系統(tǒng)供電，近期不做改造，待時(shí)機(jī)成熟后再改造成20 kV線路供電。對(duì)新用戶全部由新建的110/20 kV變電站供電。改造步驟如圖2所示。

3.3.3 線路改造實(shí)例

以10 kV豐行731線路為例，線路示意圖見(jiàn)圖3，分析線路改造的策略原則和實(shí)施步驟。

圖3 某10 kV線路示意圖

（1）策略原則

對(duì)線路進(jìn)行最優(yōu)分段，合理選擇聯(lián)絡(luò)變，如表4所示，每段線路配變?nèi)萘坎灰舜笥? 500 kVA。

表4 配電容量和聯(lián)絡(luò)變?nèi)萘?/p>

（2）實(shí)施步驟

先將第四段10 kV線路（圖4中虛線部分）升壓改造為20 kV，更換配電變壓器13臺(tái)，20 kVA和30 kVA配電變壓器采用20 kV單相變。加裝20/10 kV聯(lián)絡(luò)變1座，容量為630 kVA，與尚未改造的第三段線路連接。

第二步是升壓第三段線路，因第三段線路的用戶容量較大，可將第三段線路分為兩段，逐段升壓改造。先將第三段右半部10 kV線路（圖5中虛線部分）升壓為20 kV后再更換配電變壓器，20 kVA和30 kVA配電變壓器采用20 kV單相變。將20/10 kV聯(lián)絡(luò)變從第四段調(diào)整到第三段分段處，與未升壓改造段線路連接。

圖1 主變壓器逐臺(tái)改造升壓

圖2 新建站點(diǎn)改造

按此步驟對(duì)其他線路從右向左逐步升壓改造，直至完畢。

圖4 升壓第四段線路

圖5 升壓第三段線路

4 結(jié)語(yǔ)

與10 kV配電網(wǎng)相比，20 kV配電網(wǎng)的投資低、網(wǎng)損小，實(shí)施配網(wǎng)改造適應(yīng)性強(qiáng)，可以提高供電能力、擴(kuò)大供電半徑、減少線路走廊，在海島配電網(wǎng)建設(shè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以分區(qū)、分步實(shí)現(xiàn)20 kV堅(jiān)強(qiáng)海島電網(wǎng)的建設(shè)。

[1]司大軍，孫向飛.20 kV配電網(wǎng)優(yōu)越性分析及應(yīng)用研究[J].云南水力發(fā)電，2008，24（6）∶80-84.

[2]姜祥生，汪洪業(yè)，姚國(guó)平.蘇州工業(yè)園區(qū)20 kV電壓等級(jí)的實(shí)踐[J].供用電，2002，19（6）∶9-111.