桐鄉(xiāng)配電網(wǎng)20 kV升級改造的實踐

（桐鄉(xiāng)市供電局，浙江桐鄉(xiāng)314500）

桐鄉(xiāng)配電網(wǎng)20 kV升級改造的實踐

曾建梁

（桐鄉(xiāng)市供電局，浙江桐鄉(xiāng)314500）

桐鄉(xiāng)配電網(wǎng)從2010年開始進行20 kV的升級改造，至今20 kV配電網(wǎng)已經(jīng)初具規(guī)模。對桐鄉(xiāng)20 kV配電網(wǎng)升級改造的主要技術(shù)原則進行闡述，同時對20 kV配電網(wǎng)2011年運行情況進行分析，從而提出了后續(xù)升級改造的相應(yīng)改進措施。

20 kV；配電網(wǎng)；改造

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模也在不斷擴大，城市配電網(wǎng)供電能力不足與空間資源緊張的矛盾也日益嚴重，成為制約配電網(wǎng)發(fā)展的主要因素。為適應(yīng)國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求，提升配電網(wǎng)的供電能力與適應(yīng)性，降低電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源，經(jīng)國家電網(wǎng)公司批準，桐鄉(xiāng)電網(wǎng)從2010年開始進行全境20 kV建設(shè)與改造試點工作。目前已建成洲泉鎮(zhèn)域、桐鄉(xiāng)開發(fā)區(qū)部分區(qū)域的20 kV供區(qū)，20 kV負荷達16萬kW，占桐鄉(xiāng)電網(wǎng)中壓負荷的19%，20 kV中壓配電網(wǎng)已初具規(guī)模。

在對20 kV配電網(wǎng)運行進行分析的基礎(chǔ)上，探討桐鄉(xiāng)20 kV配電網(wǎng)升級改造的相關(guān)技術(shù)原則，可為后續(xù)升級改造以及其他地區(qū)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 20kV配電網(wǎng)建設(shè)的必要性

20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)是桐鄉(xiāng)電網(wǎng)和地方經(jīng)濟發(fā)展的需要，其必要性主要有以下幾個方面：

（1）土地空間資源限制的必然結(jié)果。2010年桐鄉(xiāng)最大負荷960 MW，預(yù)測2030年最大負荷可達到2 790 MW。按照以往的發(fā)展模式，桐鄉(xiāng)電網(wǎng)到2030年將規(guī)劃220 kV變電站8座、110 kV變電站43座，即在目前基礎(chǔ)上增加1倍以上的變電站和近2倍的高壓線路走廊。這對于桐鄉(xiāng)這個平原地區(qū)來講，以這樣的電網(wǎng)建設(shè)模式，難度很大，對當?shù)氐膰窠?jīng)濟發(fā)展影響也很大。

（2）提高供電可靠率和電壓合格率。2009年桐鄉(xiāng)城鎮(zhèn)供電可靠性99.987%、戶均停電1.14 h、電壓合格率99.87%；農(nóng)村供電可靠性99.786%、戶均停電18.78 h、電壓合格率99.43%。而2004年中壓采用20 kV并全部實現(xiàn)了配電自動化（DAS）的韓國，2004年供電可靠性99.9964%、戶均停電18.9 min、電壓合格率99.9%。

（3）優(yōu)化中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架。桐鄉(xiāng)原有10 kV配電網(wǎng)絕緣化率低（僅23%）、環(huán)網(wǎng)率低（僅71%）、每條線分段數(shù)低（平均1.32段/條）。如果不進行20 kV升級改造，10 kV配電網(wǎng)也需要優(yōu)化。因此通過20 kV改造，同步進行網(wǎng)架優(yōu)化，按照要求增加分段開關(guān)（按配網(wǎng)自動化選型），提高環(huán)網(wǎng)率和絕緣化率。

（4）新形勢下客戶供電的需要。桐鄉(xiāng)近年來新增客戶用電平均報裝容量逐年提高，10 kV供電容量超過8 000 kVA一般需要考慮35 kV或110 kV供電，不僅企業(yè)投入成本高，而且企業(yè)接入電網(wǎng)的高壓走廊也將影響城市的發(fā)展。

2 20kV配電網(wǎng)改造的技術(shù)原則

桐鄉(xiāng)在20 kV配電網(wǎng)升壓改造過程中，盡可能利用原有10 kV存量資產(chǎn)。根據(jù)國家相關(guān)的技術(shù)要求和浙江省電力公司《10 kV配電網(wǎng)升壓至20 kV改造技術(shù)原則（試行）》，結(jié)合對設(shè)備改造的研究，現(xiàn)有主要10 kV設(shè)備利用情況如下：

（1）10 kV桿塔可在20 kV線路中使用（12 m以下桿塔除外）；規(guī)劃的干線按照絕緣線改造（原10 kV絕緣線不更換），支線導(dǎo)線保留（截面不足除外）；更換絕緣子、避雷器及原有10 kV電氣設(shè)備。

（2）按照浙江省電力公司相關(guān)技術(shù)原則，20 kV系統(tǒng)采用中性點有效接地系統(tǒng)。根據(jù)測算[1]，約有90%以上10 kV線路可以升壓至20 kV正常運行，10 kV電纜經(jīng)評估和試驗合格后即可升壓；所有的電纜頭、中間接頭等電纜附件應(yīng)相應(yīng)更換為20 kV電壓等級；10 kV全絕緣電纜分支箱、電纜對接箱基本滿足20 kV電壓等級要求。

（3）10 kV開關(guān)柜通過增加絕緣板等方式增強絕緣水平，同時更換電流互感器（TA）、電壓互感器（TV）等設(shè)備后，可以實現(xiàn)升壓改造。開關(guān)柜改造后經(jīng)權(quán)威機構(gòu)試驗合格，改造費用僅為購買新柜的1/4左右。

（4）通過更換線圈、采用新型絕緣材料等方式，已經(jīng)實現(xiàn)10 kV油浸式配電變壓器（簡稱配變）的改造，并通過權(quán)威機構(gòu)的試驗，改造費用為現(xiàn)有變壓器價格30%左右。但對S7系列及以下高損耗油浸式配變、運行時間超過15年以上油浸式配變、干式配變采取直接更換方式。

（5）環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備中，如北京ABB的SAFE型柜等原按24 kV標準設(shè)計，設(shè)備可以進行局部升壓改造（僅更換原10 kV的TA等設(shè)備）。

（6）箱式變壓器箱內(nèi)的配變型式若為普通油浸式配變的，可以升壓改造；若為干式變、非晶合金變、卷鐵芯油變之一的，不能作等容量升壓改造，應(yīng)更換為新的20 kV電壓等級的配變，配變尺寸應(yīng)和原箱體尺寸相協(xié)調(diào)。高壓環(huán)網(wǎng)柜若是按20 kV設(shè)計制造的，可以進行升壓，否則需要更換。

3 20kV配電網(wǎng)運行分析

到2011年9月底，已投運110/20 kV變電站10座，主變壓器（簡稱主變）容量100萬kVA；投運20 kV線路62條，長度400 km；專用變壓器（簡稱專變）280臺容量137 305 kVA；公用變壓器（簡稱公變）210臺共5 600 kVA。20 kV配電網(wǎng)設(shè)備占中壓配電網(wǎng)的15%左右，通過2011年9個月的運行，20 kV配電網(wǎng)在提高供電能力、優(yōu)化網(wǎng)架等方面效益顯著，但也發(fā)現(xiàn)了不少問題，分析如下：

（1）20 kV配電網(wǎng)跳閘次數(shù)較10 kV明顯增多。2009年、2010年中壓配電網(wǎng)跳閘次數(shù)分別為165次、234次，2011年前9個月10 kV配電網(wǎng)共跳閘98次、20 kV配電網(wǎng)共跳閘166次。2011年雷季時間相對較短，但前9個月中壓配電網(wǎng)已跳閘274次，比前2年跳閘次數(shù)多，其中占中壓配電網(wǎng)設(shè)備比重15%的20 kV配電網(wǎng)跳閘次數(shù)卻占了61%。

（2）20 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中性點小電阻接地方式下，零序跳閘次數(shù)比例大。2011年前9個月，20 kV零序跳閘共計135次，占全部20kV跳閘次數(shù)的81%，主要原因是20 kV系統(tǒng)中性點小電阻接地方式（大電流接地系統(tǒng)）下，單相故障造成的弧光無法自熄，必須通過保護跳閘，20 kV配電網(wǎng)跳閘次數(shù)統(tǒng)計見圖1。

圖1 2011年桐鄉(xiāng)20 kV配電網(wǎng)跳閘分月統(tǒng)計

（3）20 kV配電網(wǎng)跳閘季節(jié)性強。1月、2月、6月、7月、8月和9月跳閘次數(shù)最多，其中8月達52次；其他月份相對較少，其中4月僅1次。2011年前9個月中，10 kV配電網(wǎng)跳閘主要原因是雷擊，共48次占比49%。20 kV配電網(wǎng)跳閘中，原因不明的共75次，占比45%；鳥害原因共53次，占比32%；雷擊原因共34次，占比僅20%。通過故障錄波器的分析，故障巡線原因不明的故障相基本為下側(cè)導(dǎo)線，經(jīng)過現(xiàn)場查看，結(jié)合鳥類習性（桐鄉(xiāng)地區(qū)較大型的鳥類主要是喜鵲，1—3月為喜鵲做窩期，6—8月為小喜鵲長大期），基本判斷為鳥害。

（4）20 kV配電網(wǎng)跳閘巡線無異常的比例大。有占45%的20 kV零序跳閘巡線后無異常，這主要是因為在中性點小電阻方式下，單相接地動作時間短且故障電流較相間故障小。從保護記錄上查到，一般20 kV零序跳閘動作電流為2.6 A（二次值），而20 kV三相短路保護動作值為40～50 A（二次值），因此零序跳閘對設(shè)備的損害比相間短路要小，也不太容易留下痕跡。

（5）20 kV配電網(wǎng)短路容量較10 kV大，造成相間故障時短時電壓升降影響面大。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則要求，10 kV，20 kV的短路電流分別按16 kA，20（25）kA控制。因此嘉興地區(qū)110/10 kV的主變，4萬kVA和5萬kVA的主變阻抗電壓分別取14%，17%；而110/20 kV的主變，8萬kVA的主變阻抗電壓取12%。20 kV相間故障，導(dǎo)致非故障線路及與供區(qū)不同110 kV變電所中壓出線用戶電壓升降。事實上，10 kV相間故障也會造成短時電壓升降，但影響沒有20 kV大。以桐鄉(xiāng)220 kV百桃變電站供電的110 kV新區(qū)變電站（1號主變?yōu)?10/10 kV的4萬kVA主變，2號主變?yōu)?10/20 kV的8萬kVA主變）為例，分別以1號、2號主變低壓側(cè)母線三相故障為計算條件，結(jié)果表明：20 kV側(cè)相間故障對百桃變電站110 kV母線電壓升降的影響，要比10 kV側(cè)大一倍。

4 20kV配電網(wǎng)后續(xù)建設(shè)的展望

結(jié)合20 kV配電網(wǎng)的運行分析以及國外20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)情況，對20 kV配電網(wǎng)后續(xù)建設(shè)技術(shù)原則探討如下：

（1）中性點接地方式。在20 kV配電網(wǎng)中，3種中性點接地方式即中性點不接地方式、中性點經(jīng)小電阻接地方式和中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，按照電容電流的計算結(jié)果選取任1種方式，技術(shù)上均為可行[2]。浙江電網(wǎng)對20 kV中性點要求為經(jīng)小電阻接地方式，主要是考慮到對10 kV設(shè)備的利用，但是這也犧牲了用戶尤其是農(nóng)村用戶的供電可靠性。因此，在近期可以按中性點靈活接地方式建設(shè)，即所有保護均按中性點小電阻方式配置，在正常方式下中性點為消弧線圈接地，在單相故障后3 s后（根據(jù)實際可調(diào)整）自動投切小電阻（并聯(lián)），通過零序保護切除故障，8 s后小電阻退出。通過靈活接地方式，既可以避免大部分零序跳閘（非永久故障），又可以利用大部分10 kV設(shè)備。但是由于存在短時（3 s加零序動作時間）過電壓，對于用戶側(cè)的開關(guān)柜不建議采用10 kV升壓的方式改造。

（2）網(wǎng)架建設(shè)和分支開關(guān)選取。20 kV配電網(wǎng)遠景按照《浙江省配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》進行規(guī)劃，其中架空線路主要以多分段多聯(lián)絡(luò)方式組建，電纜網(wǎng)主要以雙環(huán)網(wǎng)方式組建。架空線路的建設(shè)中，線路分段結(jié)合用戶戶數(shù)、裝機容量大小和線路長度等因素設(shè)置，一般按每3 000～4 000 kVA容量設(shè)置一個分段；對于城網(wǎng)線路，一般每段用戶數(shù)不宜超過8戶。同時為減少支線故障對干線的影響，容量超過3 000 kVA的一級支線采用重合器的方式，其余分支采用跌落式熔斷器。對于現(xiàn)有10 kV線路的改造，參照上述原則進行優(yōu)化。

（3）導(dǎo)線絕緣化。20 kV中性點小電阻接地方式下，必須提高絕緣化率降低單相接地的發(fā)生。線路有部分故障是由單相轉(zhuǎn)化為相間短路，也有部分故障3 s內(nèi)弧光無法自行熄滅的，需要通過零序跳閘切除。因此，對于新建20 kV線路要求采用絕緣導(dǎo)線；10 kV線路升級改造時，考慮盡可能利用原導(dǎo)線的原則，以及通過對20 kV網(wǎng)架的優(yōu)化，僅對主干線要求必須按照絕緣線改造。

（4）線路及線路設(shè)備的絕緣化處理。通過對20 kV跳閘的分析，大部分的故障均由于線路絕緣化不到位引起的，如前期10 kV線路升級后導(dǎo)線仍為裸線、部分跳線為裸線、負荷開關(guān)相間距離不滿足要求等原因。線路設(shè)備的絕緣不到位，極易引起鳥害（鳥窩和小鳥嬉戲）的發(fā)生。因此要求對于裸線在絕緣子處安裝絕緣護套；引線采用絕緣線；對線路設(shè)備接頭處作絕緣包覆；部分無法絕緣包覆的設(shè)備，必須調(diào)整安裝方式并安裝驅(qū)鳥器以減輕鳥害影響。

（5）20 kV配電網(wǎng)的防雷。在桐鄉(xiāng)20 kV配電網(wǎng)改造的初期，確定的防雷方式為防雷絕緣子或防雷金具、耦合地線、避雷器（帶間隙）3種。從9個月的運行情況來看，防雷絕緣子由于存在裸露的放電間隙，不利于防鳥害，不建議采用。

（6）用戶建設(shè)原則。為減少跳閘對用戶的損失，對于20 kV接入用戶，按照GB 50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，“對允許中斷供電時間為毫秒級的供電，選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置”。同時對用戶的低壓總開關(guān)按照延時脫扣器（延時5 s）的方式配置。

（7）同步建設(shè)20 kV配電網(wǎng)自動化。同步建設(shè)分段開關(guān)，按照配電網(wǎng)自動化要求建設(shè)和運行，減少線路跳閘故障處理的停電時間。

5 結(jié)語

桐鄉(xiāng)電網(wǎng)在快速發(fā)展過程中，面臨四大“難以為繼”：土地空間資源難以為繼、友好電網(wǎng)建設(shè)難以為繼、社會責任要求難以為繼、投資和人力成本難以為繼。而20 kV配電網(wǎng)升級改造在提高電網(wǎng)供電能力、節(jié)省電網(wǎng)資源（站址和通道）、降低投資和網(wǎng)損、節(jié)能環(huán)保等方面均具有優(yōu)勢。因此在桐鄉(xiāng)地區(qū)推廣20 kV電壓等級的配電網(wǎng)，是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

桐鄉(xiāng)20 kV配電網(wǎng)建設(shè)與改造是國家電網(wǎng)公司的試點，由于是在原有10 kV的基礎(chǔ)上進行的升級改造，因此該試點項目的成功對于國內(nèi)大部分地區(qū)均具有推廣價值。雖然目前投運的20 kV設(shè)備占中壓比重僅15%，但是主要供區(qū)集中在桐鄉(xiāng)負荷密集區(qū)和雷害、鳥害密集區(qū)，進一步解決20 kV配電網(wǎng)運行中的問題，將更有利于其他區(qū)域的升級改造。

[1]馬蘇龍，許志龍，許揚，等.10 kV電纜升壓至20 kV運行的可行性研究[J].中國電力，2009，42（1）∶49-52.

[2]孫可，董朝武，周浩，等.20 kV配電網(wǎng)的中性點接地方式研究[J].能源工程，2010（6）∶1-9.

（本文編輯：楊勇）

Practice of 20 kV Upgrade In Tongxiang Distribution Network

ZENG Jian-liang
（Tongxiang Power Supply Bureau，Tongxiang Zhejiang 314500，China）

The upgrade of 20 kV Tongxiang distribution network began from 2010 And the 20 kV distribution network is taking shape now.This paper describes the main technical principles of the upgrade and analyzes its operation condition in 2011.In addition，the improvement measures on subsequent upgrade are proposed.

20 kV；distribution network；upgrade

TM762

：B

：1007-1881（2012）09-0017-03

2012-01-28

曾建梁（1972-），男，浙江嘉興人，高級工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、配網(wǎng)自動化等方面的研究。