淺析20 k V電壓等級(jí)在山東配電網(wǎng)中的應(yīng)用

張連升 鐘洪霞 鐘海濤 王 寧

（國(guó)網(wǎng)山東青州市供電公司，山東 濰坊 262500）

1 山東省配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

目前，山東省城市供電主要采用220 k V、110 k V、35 k V、10 k V、0.4 k V電壓等級(jí)，隨著山東省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，10 k V配網(wǎng)供電的局限性越來(lái)越突出，因此提高配網(wǎng)的供電能力尤為重要。

2 10 k V配網(wǎng)運(yùn)行的局限性

2.1 負(fù)荷集中區(qū)域所需的變電站數(shù)量較多

隨著負(fù)荷集中區(qū)域供電需求和負(fù)荷密度的快速增長(zhǎng)，35／10 k V變電站容量和10 k V線(xiàn)路配電容量有限，造成負(fù)荷集中區(qū)域的變電站和10 k V線(xiàn)路供電能力不足，因此需要改造或者擴(kuò)建變電站。但征地民事工作成為了新的問(wèn)題，地區(qū)供電能力不能快速提高，制約了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.2 配電線(xiàn)路數(shù)目巨大

受10 k V線(xiàn)路供電能力制約，負(fù)荷集中區(qū)域需要建設(shè)10 k V線(xiàn)路數(shù)量較多，隨之設(shè)備數(shù)量增多，投資巨大，且線(xiàn)路走廊較多、占地面積大、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行和管理困難、線(xiàn)路損耗增多等問(wèn)題突出。

2.3 配網(wǎng)損耗過(guò)高

2.4 配電線(xiàn)路較長(zhǎng)，電壓降低較多

隨著城鄉(xiāng)結(jié)合部用電負(fù)荷不斷增大和用戶(hù)對(duì)供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，10 k V線(xiàn)路逐漸暴露出其不合理性。由于大量10 k V架空線(xiàn)路供電半徑較長(zhǎng)，線(xiàn)路末端電壓偏低，供電電壓質(zhì)量難以保障。

3 20 k V配網(wǎng)試點(diǎn)的可行性分析

隨著山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，采用220／110／20／0.4 k V變壓層次供電將可在以下幾個(gè)方面有效解決上述矛盾：

（1）110／20 k V變壓器容量更大，可以減少變電站數(shù)量，從而大量減少用地，為國(guó)家節(jié)省土地資源；

（2）20 k V線(xiàn)路的配電容量是10 k V線(xiàn)路的2倍，可以減少配電線(xiàn)路數(shù)量，從而減少設(shè)備投資、線(xiàn)路走廊用地、運(yùn)行成本等；

（3）在輸送容量相同時(shí)，20 k V線(xiàn)路比10 k V線(xiàn)路負(fù)載電流小，電壓降低少、損耗低，可提高供電質(zhì)量、提高配網(wǎng)效益。

4 20 k V與10 k V供電能力的比較

4.1 配電容量的比較

衡量一條線(xiàn)路供電能力的首要指標(biāo)是線(xiàn)路配電容量的大小，配電容量越大線(xiàn)路所能帶的負(fù)荷就越高，就能盡可能多地滿(mǎn)足電力用戶(hù)的需求。配電容量的數(shù)值可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

式中，UN為額定電壓；Ij為線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的持續(xù)載流量。

當(dāng)采用20 k V電壓等級(jí)配電時(shí)，假設(shè)導(dǎo)線(xiàn)直徑不變，則20 k V與10 k V的配電容量之比為：

由上式可知，相同條件下20 k V線(xiàn)路配出的容量是10 k V線(xiàn)路的2倍，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4.2 配網(wǎng)電壓損失的比較

配電線(xiàn)路一般都比較長(zhǎng)，這樣就會(huì)造成線(xiàn)路末端電壓降低，電壓質(zhì)量難以保證，下面比較20 k V線(xiàn)路與10 k V線(xiàn)路電壓損失。

電壓損失百分?jǐn)?shù)（%）為：

式中，R、X為線(xiàn)路的參數(shù)；P、Q為線(xiàn)路的有功、無(wú)功功率。20 k V與10 k V電壓損失比為：

式中，S10為10 k V線(xiàn)路配出容量；S20為20 k V線(xiàn)路配出容量；cosφ1為10 k V線(xiàn)路功率因數(shù)；cosφ2為20 k V線(xiàn)路功率因數(shù)。

由以上分析可知，在供電半徑和導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑相同的條件下，負(fù)荷相同時(shí)，20 k V配電線(xiàn)路電壓損失是10 k V線(xiàn)路的1／4；負(fù)荷升高一倍時(shí)，20 k V配電線(xiàn)路電壓損失是10 k V線(xiàn)路的1／2。

4.3 中壓配電網(wǎng)供電半徑的比較

正是因?yàn)橹袎号潆娋€(xiàn)路存在電壓損失，所以配電線(xiàn)路的長(zhǎng)度不能超出其合理的供電范圍，否則就會(huì)影響用戶(hù)的電壓質(zhì)量，這一點(diǎn)由以下公式可以看出：

式中，P、Q為配電線(xiàn)路輸送的有功、無(wú)功功率；r、x為配電線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的電阻和電抗值。

由上式可得供電半徑：

通過(guò)計(jì)算可得出如圖1所示負(fù)荷半徑與負(fù)荷密度關(guān)系圖。

圖1 允許負(fù)荷半徑與負(fù)荷密度的關(guān)系

由圖和計(jì)算可知，20 k V電壓等級(jí)配電網(wǎng)，一個(gè)變電站的供電面積為1 600 km2；而10 k V電壓等級(jí)配電網(wǎng)，一個(gè)變電站的供電覆蓋面積僅為400 km2。

4.4 降損比較

近年來(lái)，國(guó)家提倡節(jié)能降耗政策，降低線(xiàn)路功率損耗不但關(guān)系著企業(yè)的發(fā)展，也有利于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。下面比較20 k V配電線(xiàn)路與10 k V線(xiàn)路的功率損耗。

由以上分析可以知道，20 k V線(xiàn)路損耗是10 k V線(xiàn)路的1／4，線(xiàn)路損耗大約降低75%。在環(huán)境條件及線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)持續(xù)載流量相同的情況下，20 k V線(xiàn)路配出的容量是10 k V線(xiàn)路的2倍；在供電半徑和導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑相同的條件下，負(fù)荷相同時(shí)，20 k V配電線(xiàn)路電壓損失是10 k V線(xiàn)路的1／4；負(fù)荷升高一倍時(shí)，20 k V配電線(xiàn)路電壓損失是10 k V線(xiàn)路的1／2。

5 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)采用20 k V電壓，能夠滿(mǎn)足城市電網(wǎng)發(fā)展及負(fù)荷增長(zhǎng)的需求，具有一定的必要性，其在提高中壓配電網(wǎng)的供電質(zhì)量、降低線(xiàn)路的電壓損失和損耗、增大供電半徑等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。但20 k V配電電壓等級(jí)的推廣會(huì)影響到整個(gè)地區(qū)配網(wǎng)的運(yùn)行、維護(hù)，所以推廣前應(yīng)認(rèn)真調(diào)查、全面規(guī)劃，讓技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的20 k V配網(wǎng)在不影響社會(huì)發(fā)展的前提下發(fā)揮其內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。

［1］馬蘇龍.20 k V電壓等級(jí)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（19）.

［2］姜祥生.蘇州工業(yè)園區(qū)20 k V配電工程［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（2）.

［3］孫科.寧波市東部新城采用20 k V配電電壓的探討［J］.浙江電力，2007，26（5）.

［4］程浩忠，姜祥生.20 k V配電網(wǎng)規(guī)劃與改造［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.