20KV中压配电系统应用

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摘要：

电力工业是国民经济建设的支柱，随着国民经济的发展，10KV中压配电网已经不能满足社会发展的需要，将10KV中压配电网升压至20kv中压配电网具有现实意义以及应用基础。本文主要探讨20KV中压配电系统的应用现状及配电网升压改造过程中需要注意的问题。

关键词：20KV、配电系统、技术应用

引言

电力工业是国民经济建设的支柱，为适应国民经济和社会发展的需要，加快电力工程建设，适时调整电力网络的结构与布局，合理选择与适时提高电网电压等级尤其是中压配电电压等级，缓解当前电力供应紧张局面，切实促进电力工业的健康有序发展是至关重要的。现阶段我国大都采用10kV中压配电网作为联系与沟通高低压配电网的中间电网，尽管10kV中压配电网在我国电网的发展过程中确实起过重要的促进作用，但随着经济的发展我国各大城市用电量迅速增加，10KV中压配电网已经不能暴露出很多缺点，不能满足用户日益增长的用电需求。有专家提出采用35kV作为中压配电网的电压等级，这在系统供电能力、供电质量、线损、压降等方面将大为改观。但由于目前设备还未小型化，造价比较高，若采用35kV作为中压配电网的电压等级，则投资费用和造成年运行费用都将明显增加，因此目前不宜采用。

为了解决电力需求和城市电网的供电能力与土地资源之间的矛盾，需要从建设节约型社会的战略高度，抓住电网大规模扩展的机遇，利用新技术、新思路合理配置城市电网电压等级序列。10KV升压至20KV不但可以简化电压等级，减少变电层次，提高供电能力，而且可以节省投资，提高配电网运行的经济性和适应性，节约土地资源。

1国内外配电网中压配电电压的应用

美国1892年建立12.5KV线路，1948年采用20.8～24.9KV电压。1960年前，德国曾经将5～6KV配电电压改造成10KV电压，但很快便改成20KV，因为20KV线路或者电缆的每千瓦生产单价比10KV要低。新家坡的电压级差为1:3，即220,66，20,6.6KV。后来，逐步淘汰了6.6KV。韩国采用升级办法，将配电网电压统一到20KV，以降低配电网损耗。经过几十年的发展，发达国家配电网已陆续完成了发展、更新过程，目前进入较为平稳的发展阶段。国外先进配电网结构的主要特点有：1）变电层次少；2）中压配电网形成多方向互联的环网结构，具有较高的供电可靠性，上一级电网容载比要求较低。

目前，我国采用20 kV作为中压配电电压的主要有苏州工业园区和辽宁本溪供电公司的南芬二次变电所。前者是负荷集中、密度高的发达工业区，采用全电缆线路；后者是负荷分散、密度低、供电半径大的农村地区，采用全架空线路，是2个具有典型意义的案例。随着20 kV系统在苏州和辽宁本溪的成功运行以及许多学者的不断探讨研究[3-12]，国内很多地区的配网都采用了20 kV电压等级，例如昆山南亚公司(台湾独资塑胶企业)、上海的轨道交通，实际运行情况良好。黑龙江省中国第一重型机械集团公司生活区和群力新区也采用20 kV作为中压配电电压。

2采用20 kV供电需要考虑的主要问题

采用20kV供电需要考虑多方面的问题，主要包括：

1）城市空间资源的稀缺问题。随着社会经济的快速发展，城区人口密度和负荷密度将越来越高，新增负荷获取站点和线路走廊资源也越来越困难，这在土地资源紧缺和施工经常受到阻挠的城市地区，无疑对电力建设工作雪上加霜。

2）用电结构变化的问题。随着城区人口密度和人民生活水平的不断提高，第三产业用电和居民用电的比重会越来越大，客户对供电可靠性的要求也越来越高，这些都将对未来配电网的发展提出更高要求。

3）配电网的发展模式问题。目前配电系统主要以10 kV电压等级构成的网架为主(部分大客户采用6kV供电)，从10kV改造为20kV的过程可能要经历20~30 a甚至更长时间。在此期间，多数供电区域内都将存在10 kV和20 kV 2种电压等级，因此在20kV发展规划中必须认真考虑改造时机、改造模式、系统互联等问题。

4）现有设备存量的利用问题。我国配电网现有设备存量基本为10kV设备，要尽量利用现有设备存量，充分考虑现有设备的运行年限，不宜对设备运行年限较短、负荷没有较大发展的区域进行较大规模的改造。

5）升压改造的技术措施问题。应研究现有设备(如变压器、架空线路、电缆线路、开关)的升压改造措施，利用原有网络直接升压，充分利用现有网络资源，将改造对现有配电网络的冲击影响减至最低，实现平稳过渡。

6）供电安全水平问题。在配电网的升压改造过程中要考虑网络结构问题、供电可靠性问题和供电安全水平问题。认真分析我国中压配电网络结构存在的不足，借鉴国内外配电网络结构的优势，乘配电网升压改造之机来提高中压配电网的可靠性水平和供电安全水平。

7）社会效益问题。随着人民生活水平的不断提高，人们的环保意识增强，对生活环境的要求也越来越高，例如电磁环境问题、变压器噪音问题、电力设备与周围环境的协调问题等都受到用户的关注。中压配电网的升压改造在节能降损，减少煤耗量、有害气体和可吸入颗粒排放的同时，还要考虑提高线路的电缆化率和使变电设备与周围环境相协调以满足人们的视觉要求和城市美观要求。

8）经济效益问题。中压公变客户数量大，约占90%以上，但其容量和用电量仅占50%左右；专变客户数量少，仅占5%左右，但其容量和用电量却占50%以上，因此在中压配电网的升压改造过程中，除了要考虑供电企业自身的经济利益问题，更要关注专变客户的利益，应力争达到供电企业和客户双赢的目的，从而使全社会的经济性最优。

9）供电政策问题。由于客户侧的改造直接影响客户的自身经济利益，根据国外的改造经验，只依靠供电企业是不行的，更需要得到政府的支持，并出台相关的政策和措施，包括政府对供电企业的规定、客户政策问题、电价问题、客户接入问题等方面的政策。目前20kV受电客户按35kV电价计费，比10kV低0.015元/kWh，如果20kV电价得不到调整，供电部门的自身利益将受到很大影响，因此要推广20kV配电电压必须重新制定电价政策。

320KV配电网技术经济性分析

3.1提高供电能力

线路的输送容量为：

S= （1）

式中：――中压配电网额定电压；

――线路导线在环境条件下的持续载流量．

在载流量不变的情况下，当电压等级由 1 O k V升压到 2 0k V时， 线路输送容量也增加1倍．当中压配电电压升高后，主变容量增加，高压/中压变电站和中压馈线的供电能力也得到了提高．

3.2优化电压级差

合理的电压级差有利于上下级电网主变容量的协调，有利于将短路电流控制在合理的范围内。理想情况下，从超高压降压时，两个电压等级之间的电压级差一般大于2；而从高压降到中压，电压级差一般大于5，从中压降到低压，电压级差一般可大于50，但不宜过大，否则将是不经济的。由于我国的低压电压等级0.4KV是无法改变的，10/0.4KV的级差仅为25,210/0.4KV的级 差为50，35/0.4KV的级差为87.5,因此选择20/0.4KV是较为合理的．

3.3改善电压质量

线路的电压降百分数为：

（2）

式中： ，X ――线路的电阻、电抗；

S ,――线路传输的视在功率、功率因数角．

在线路参数和输送功率相同的条件下， 电压降百分数与电压的平方成反比， 当中压电压等级由10kV升到20kV后， 用相同导线输送相同负荷，线路电压降可减少75%，线路末端的电压质量得到了改善．因此，在对电压质量要求比较高的区域，2O k V电压等级更能显示出优越性．

3.4降低线损

中压电压等级升高后，极大地降低了线路损耗。线路的功率损耗为：

（3）

在输送同样功率条件下， 线路损耗与运行电压的平方成反比． 将中压配电网电压由10KV升至20KV后， 输送相同功率， 线路电流可减少50%， 则线路电能损耗可降低 7 5 ％． 相同容量的配电变压器， 中压电压越高， 负载 损耗和空载损耗越大，而实际测量结果显示，20KV和10KV配电变压器的空载及短路损耗相差不大．

3.5 经济性分析

目前，110/20kV变电站单位造价比110/10kV变电站低 20%；20KV设备单价约为10KV设备的1.2～1.5倍， 实施20KV配电网相比10KV 配电网设备规模降低约 30%，20KV综合造价约为10KV的8 0 ％左右． 因此20KV配电网的经济性要明显优于 10KV ．

从以上分析可以看出， 2 0 k V配电网相比 1 0 k V配电网，在增加供电能力、电压级差，提高电压质量,降低电网的电能损耗和短路电流水平,节省线路走廊、电缆排管， 以及电网的建设费用等方面， 具有明显的技术和经济优越性．

420KV中压配电系统可行性分析

20kV作为中压配电电压等级的经济性能较好，技术参数上也存在一定的优势。然而，只有技术上可行，才能保证20kV的普遍使用。一方面，20kV的电气设备应该具备生产能力、造价合理；另一方面，对于20kV的运行和管理经验需要不断提高。结合国内外20kV电压等级的调研情况，对20kV设备和运行经验进行分析。

4.1 20kV设备

1）配电变压器

35kV及以下的配变采用同样的绝缘材料，10kV或20kV配变在同一容量时后

者电流小，导线截面积减少一半，但匝数增加一倍，所以导线用量不变，铁芯大小也差不多。但出线套管用20kV级，成本略有增加，成本增加在5%的范围之内。

2）电力电缆

12～20kV同为中压电缆，采用同一个绝缘水平。国产电缆、例如广东电缆厂YJV22型电力电缆规格为12/20，绝缘厚度都是5.5mm，产品数据和安全载流量都一样，成本价格也一样。

3）开关设备

6～24kV同处于中压开关设备的范畴，采用同一个绝缘水平。进口开关的结构基本相同，但20kV开关的电气间隙稍大，价格稍高5%左右，对基建投资成本无大增加。

4）绝缘子

绝缘子电压分级比较明显，P-10T与P-20T相比20kV绝缘子质量增加1.18倍，价格明显增加。但绝缘子价格较低，相对增加的总额有限。

5）设备供应

10～20kV处于中压配电等级内，设备的设计、制造技术基本上是类似的，且国外20kV设备的生产技术比较成熟。如果国内需求增加，依靠国内水平生产供应20kV设备是完全有保障的。

总体来说，20kV设备的造价比10kV设备略有增加，但其技术优势却比10kV

大幅提高。在设备生产能力上，如果需求增加，国内水平完全可以保证20kV设备的供应。

4.2 20kV运行管理

1）过电压保护

考虑到过电压保护设计技术规程的规定：20kV中性点非直接接地系统，若单相接地电容电流IC≥10A时，系统中性点应装设消弧线圈。为了减少铁磁谐振过电压的发生，在20kV母线上监视系统绝缘用电压互感器的开口三角形绕组上应并接一个30W的灯泡。

2）防雷问题

规程规定，3～20kV进线段保护不需采用避雷线。除木杆外，对水泥杆和铁塔架设的3～20kV进线段，不采用管型避雷器。对3～20kV进线段水泥杆或铁塔必须接地。在目前情况下，20kV系统的配电装置以户内式为主，防雷保护也应在这个前提下考虑。

3）保证供电可靠性应注意的问题

应在110/20kV（220/20kV）变电站的分支线上设立开闭所或设置重合器和分段器，对离变电站距离不同的用户分别供电，即分层布线。这样负荷分配更加合理，供电可靠性增高。

5 实施方案

5.1实施思路

目前 2 0k V配电网建设从供电区域上划分大体可以分为3类．

( 1 )10配电网成熟区域 该类区域电力 需求增长趋于稳定．1 0 k V中压配电线路主要为电缆， 目前已形成手拉手环网接线和开环运行的成熟配电系统 ， 但短时间内对其进行大规模升压改造是不经济的． 建议在短期内暂维持 1 0 k V不 变，可采用增容改造等方式以适应负荷的增长．在 1 0 k V电力设备达到寿命周期后再逐步引入 2 O k V电压等级．

( 2 ) 中压配电网空白或薄弱区域、老城区外新兴的工业园区、 开发区、 居住区，其地块相对独立、完整，预测负荷密度大，区域内暂无变电站布点或配电网相对薄弱．可以全面推广应用20KV电压等级，逐步发展壮大20KV配电网络．

( 3 ) 其余区域 除上述以外的区域，10k V配 电网已具备一定规模， 但配电网结构已不能适应 负荷发展． 可以将该区域划分为20KV与10KV混供区域， 对于新报装用户， 原则上采用2 0k V接 人、 降压运行的模式， 限制 1 0 k V接人． 在 2 0 k V与 1 0 k V共存期间， 将运行寿命到期的 1 0 k V设 备逐步更换成2 0 k V， 通过不断减少 1 0 k V配电网 的供电区域， 最终完成 2 0 k V配电网的建设．

5.2 实施步骤

由于2 0 k V配电网的实施受区域内的配电网现状， 以及电力需求增长、 土地资源等因素的制约，需要综合考虑．2 0k V配电网的实施一般有以下两个步骤 ：

( 1 )主变逐台升压改造在现行配电网已比较成熟、但不能满足电力需求的增长、且土地资源 不足、难以找到新站点的情况下，通过对变电所主变的逐台升压改造，最终实现20KV配电网的建成.在不同电压等级的馈线间加装联络变压器以 提高供电的可靠性．

( 2 )新建站点过渡在现行中压配电网相对薄弱、负荷增长较快、变电站落点较容易的区域，比如新开发区，可以新建110/20KV变电站，以供新报装用户.1 0 k V用户设备达到使用寿命后升 压为2 0 k V． 通过在不同电压等级的馈线之间加 装联络变压器来增强变电站间的负荷转移能力，提高供电可靠性 ．

6结论

20 kV作为中压配电电压等级具有明显的优势，不但可以提高供电能力、减少供电企业的投资，而且客户的投资增加也不多。我国电网建设正处于上升期、转型期，相当一部分配网设备处于更型换代的最佳阶段，应不失时机地在全国配电网推广应用20 kV电压等级

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