對城鎮配電網采用20kV電壓等級的探討

摘要：文章論述了城鎮中壓配電網電壓等級推廣采用20kV這一電壓等級，逐步代替10kV電壓等級，對兩個電壓等級的使用進行了經濟、技術比較，指出了推廣采用20kV電壓應該認真研究的問題，強調各地應因地制宜，根據具體情況，逐步過渡。

關鍵詞：城鎮配電網　20kV電壓等級　推廣應用

1　概述

在電力網中，中壓配電網起著承上啟下的橋梁作用。中壓配電網電壓等級的選擇經歷了一個發展過程。這是隨著經濟發展而形成的自然趨勢。

目前我國的中壓配電網電壓等級基本上為10kV及以下的電壓等級，包括3kV級、6.6kV級及10kV級，但隨著經濟的發展，生產、生活電氣化程度的提高，地區負荷密度(kW/km2)隨之上升，特別是人口密集、經濟發達的城鎮，確定合理的中壓配電網電壓等級就會直接影響到供電質量、電網的能量損耗、電網建設的投資和電網的年運行費用等一系列問題。因此，當地區負荷密度發展到30～50MW/km2時(預計負荷)，對中壓配電網電壓等級的選擇確定，必須認真對待，以取得最大的經濟效益。

20世紀70年代，我國完成了將眾多的繁雜的中壓配電電壓(2.3kV、3.3kV、5.2kV、6kV、13.2kV等)統一為10kV的工作。在我國，中壓配電網10kV電壓等級的確定、采用及推廣，在電網發展的過程中，確實起了重要的促進作用。20世紀70年代末開始的改革開放政策，大大地促進了我國國民經濟的發展。城鎮的現代化建設和人民生活水平的提高，使得對電力需求大幅度增長。

2　20kV電壓等級相對于10kV電壓等級的優越性

2.1　增加供電能力

輸送相同的功率，應用相同截面的導線，在保證電壓質量條件下，輸送距離可以遠1倍，即供電半徑大1倍，供電范圍(面積)可增加4倍。

如果在同樣的供電半徑條件下，應用相同截面的導線，可以增加輸送功率1倍。

2.2　保證電壓質量

高科技企業用戶對電壓質量有著嚴格的要求，保證電壓質量是電力部門對用戶服務的基本條件之一。

電壓損耗，在同樣輸送功率條件下，應用20kV電

壓比10kV電壓等級可保證電壓質量。

2.3　降低電網的電能損耗

全國電網的線損率(線路電能損耗占輸送容量的百分比)最近幾年呈上升趨勢，據有關部門研究分析，線損升高主要是10kV及以下配電網線損的增加。據計算我國中壓配電網年損耗達180億kW·h。

如將中壓配電網電壓由10kV升為20kV，在輸送同樣功率條件下，線路電流可減少50％，則線路電能損耗可降低75％。

2.4　節省電網的建設費用

自20世紀90年代以來，城鎮電力負荷增長很快，市區負荷密度大幅度增加，一些城鎮的市區繁華地區最大負荷密度已達30～50MW/km2，一些城鎮在進行電網建設與改造規劃中，預計城鎮中心地區負荷密度到2010年可達40～50MW/km2，為滿足城鎮的用電需求，必然要修建更多的降壓變電所。

例如，在市區建一座110/10kV配電用變電所，設變壓器31.5MVA×3，總量為94.5MVA，正常負載率按65％計，為保證供電可靠性，還需要滿足N－1準則(即在變電所內任何設備在停運一臺的情況下，不影響正常供電)，變電所可供容量為63MVA，負荷功率因數按0.85計，可帶負荷53.6MW。如地區負荷密度為30MW/km2可供面積為1.78km2，供電半徑為0.75km；如地區負荷密度為50MW/km2，則可供面積1.1km2，供電半徑為0.35km。如將變電所的變壓器增至50MVA×3時，可帶負荷85MW，如地區負荷密度為30MW/km2時，供電面積也只有2.83km2，供電半徑0.9km；如地區負荷密度為50MW/km2時，供電面積只有1.7km2，供電半徑只有0.5km。也就是說，當地區負荷密度增至30～50MW/km2時，每隔1～2km就要修一座110/10kV配電變電所。

而建設110/20kV(220/20kV)變電所可選用63MVA變壓器3臺或80MVA變壓器3臺。當地區負荷密度達到30～50MW/km2時，供電面積可達3～4.5km2，供電半徑可達1.25km以上，可大大減少變電所的分布密度，從而減少了建設投資。

從經濟效益分析結果來看：

(1)電網總的建設費用在地區負荷密度為5MW/km2時，采用10kV電壓等級與采用20kV電壓等級的配電網，其總建設費用相差不大，當負荷密度逐漸加大時，兩者的建設費用相應逐漸加大，當負荷密度增至50MW/km2，總建設費用相差達20％。

(2)年運行費的計算結果與建設費用的情況相似。當負荷密度為50MW/km2時，電網年運行費用采用20kV電壓等級比采用10kV電壓等級要低20％，負荷密度到達50MW/km2以上時，采用20kV電壓等級的優越性更明顯。

(3)經濟效益分析計算還對不同電壓等級的降壓方式進行了比較，計算說明大、中城鎮配電網以110/20kV(220/20kV)為最佳方案。

(4)城鎮電壓配電網采用20kV電壓等級是發展的必然趨勢，勢在必行。

城鎮電壓配電網隨著地區負荷密度的增加，采用20kV電壓等級作為配電網的電壓勢在必行，改造現有的10kV配電網，過渡到20kV電壓，將是一項龐大的和長期的系統工程。

3　當前應當認真研究的幾個問題

(1)20kV電壓等級電氣設備和裝置的生產條件和能力，且已有產品供應，一些外資廠家或中外合資廠家也引進了20kV電壓等級的電氣設備和配電裝置，但這些設備的技術條件、絕緣配合、測試標準等均引用國外產品標準，還沒有適應我國具體條件的相關標準。

(2)應用20kV電壓等級中壓配電網的一些技術政策問題，在推廣應用20kV電壓等級的過程中，無論是新建20kV中壓配電網或在10kV配電網基礎上改造，一些基礎性的技術政策應認真對待，如：

①中性點運行方式：電力電纜網的建設和絕緣導線的應用，中壓配電網的中性點運行方式已逐步趨向于中性點直接接地或經小電阻接地。中性點運行方式的確定，相應地確定中壓配電網的保護方案。

②配電變壓器的結線方式：在20kV電壓等級的中壓配電網的配電變壓器聯結組方式應確定為20/0.4kV－Δ/Y即D.yn11。

③配電體制：在20kV電壓等級的中壓配電網中應盡量減少照明和動力用電混合型配電制式，實行照明和動力用電分開，對居民用電采用單相制供電，同時減少配電變壓器單臺容量，縮短低壓配電線供電半徑，提高電壓質量。

④推行箱式配電站：在市區繁華街道或住宅街區推廣使用箱式配電站。

4　結束語

綜上所述，解決城鎮中心區高負荷密度地區供電困難的出路，只能是提高中壓配電網的電壓等級，城鎮中壓配電網選用20kV電壓等級，在技術上是合理的，經濟上是優越的，過去由于沒有很好地研究中壓配電網合理電壓等級的選擇，以致目前再需過渡到20kV電壓已成為極為困難的事。各地針對配電網存在問題，對采用20kV電壓等級應根據各地具體情況，因地制宜另訂實施規劃，逐步過渡.