A013临汾城区20kV配电试点工程可行性研究

20kV 系统采用经小电阻接地的方式；电气设 备选择遵循的原则是：选取较适用的、较稳定的、 经过研究检测的新设备，如真空开关，新型跌落 式开关和防雷效果较好的金属氧化物避雷器及新 式的线路连接线夹等。
20kV架空线路在线间距离、杆塔高度和通道 宽度方面与 10kV架空线路基本一致，只要将 20kV线路的杆塔高度由 10m升高到 12m，绝缘子 增加爬距后就可由 10kV升压至 20kV。20kV配电 线路以电缆网为主，主干导线截面可选择 300mm2或 400mm2，分支导线截面可选择 240mm2 等。
3.2 采用 20kV 电压等级配电方式 采用 20kV 电压等级供电，其供电半径可增
加 1 倍，配电电缆的使用量可相应减少。结合负 荷预测的具体结果，规划方案为新建 220kV 尧都 变电站 1 座，容量主变 2×180MVA，电压等级 220/110/20kV；新建 110kV 滨河变电站 1 座，容 量主变 3×63MVA，电压等级 110/20kV，一期建 设 2 台主变，最终规模扩建为 3 台主变；将城北 110kV 变电站主变由 2×40MVA（110/10kV）改造 为 3×63MVA（110/20kV），一期建设 2 台主变， 最终规模 3 台；新建科海 20kV 开闭所 1 座；新 建 20kV 配电线路约 22km。
临汾城区 20kV 配电试点工程可行性研究
曲虹 张宇星 黄伟
（北京市电力公司房山供电公司 北京 102400；华北电力大学 北京 102206）
摘 要：为了解决临汾城区电网发展和负荷迅速增长的矛 盾，提升中压配电网的供电能力和适应性，经过技术经济 比较，确定选取 20kV 作为临汾滨河开发区和北城开发区 配电电压等级。文中结合临汾城区滨河和北城开发区负荷 分布特点及规划方案，论述了采用 20kV 中压配电的可行 性和必要性，对 20kV 和 10kV 配电的可靠性和经济性进 行了比较，分析了采用 20kV 配电的优势，同时提出了 20kV 配电的可操作性。文章最后设计了采用 20kV 配电 的具体实施方案，提出了由 10kV 到 20kV 的过渡方案， 及采用 20kV 电压等级配电运行中应注意的技术问题。
① 过电压保护 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 按规程规定，3～20kV 进线端保护不需采用 避雷线，除木杆外，对水泥杆和铁塔架设的 3～ 20kV 线进线端，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 提高供电可靠性 在 110/20kV 变电所的分支线上应设立开闭 所或设置重合器和分段器。对相距 110/20kV 变电 所不同距离的用户采用分别供电的方式，即分层 布线，国内现有 20kV 设备可供选择，且无技术 问题。 ④ 10kV 升压至 20kV 对配电网的要求 把 10kV 高能耗变压器改换为 20kV 低能耗变 压器，并增加 17.3kV 抽头一个，相应的附加设备， 也必须更换为 20kV 电压等级。20kV 配电线路线 间距离，一般不宜小于 1.5m，相应的针式绝缘子 必须更换为 P-20T 型。如果原来 10kV 线路采用 CD10 型瓷横担，线路升压后可以不进行更换， 但线间距离以不小于 1.5m 为宜。
该地区现有城北 110kV 变电站，鼓楼西 10kV 开闭所，供电区域内现有 10kV 配电线路过载情 况严重，供电半径过长，110kV 变电站 10kV 出 线间隔和 10kV 线路走廊紧张。因此，该地区具 备作为 20kV 配电试点工程的特征和必要性，预 计实施 20kV 电压等级的配电工程将对该地区的 供电“瓶颈”和供电压力起到显著的缓解作用。
3.3 两种供电方案的经济性比较
表 1 10kV 与 20kV 供电方案的经济性比较
工程
电压
设备型号
变电站
开闭所 线路 小计
220/110/35 2×180MVA
220/110/20 2×180MVA
110/10
2×40MVA
110/10
2×50MVA
110/20
3×63MVA
10
20
110
LGJ-300
关键词：配电网；20kV 配电；可行性分析；经济性比较； 实施方案
0 引言
随着城市经济的迅速发展，电力负荷大幅增 加，供电范围也不断扩大。因此，增大配电网容 量是目前城市电网突出的问题。特别是在人口密 集、经济发达的城镇，确定合理的中压配电网电 压等级直接影响到供电质量、电网的能量损耗、 电网建设投资和电网年运行费用等一系列问题。 特别是当地区负荷密度发展到 30～50MW/km2 （预计负荷）时，对中压配电网电压等级的选择 确定，必须认真对待，以取得最大的经济效益。
本文参考国内外部分城市电网电压等级配置 的现状和经验，依据《山西电网规划设计技术导 则》关于逐步取消 35kV 电压等级供电的要求， 结合临汾城区的实际条件，分析采用 20kV 供电 供电的优越性和经济性，设计了临汾城区 20kVΒιβλιοθήκη 供电试点工程的具体实施方案。
1 临汾城区电网概况
临汾尧都城区是临汾市的中心区域，该地区 用电负荷密集，有大量的煤矿、钢铁、化工等重 工业负荷和和居民生活用电负荷。近期尧都区大 力发展的滨河开发区、北城开发区总面积约 10 平方公里，该地区是典型的人口密集、经济发达、 负荷密度高、用电增长快的地区，近期新建和投 资的项目达 23 个，众多高层住宅群落户此地，新 增用电负荷达 50MVA，且多为 400kVA及以上的 小区点负荷，负荷预测结果显示此区域的负荷密 度在 2015 年将达到 50MW/km2以上。
配电体制：在 20kV 电压等级的中压配电网 中应尽量减少照明和动力用电混合型配电制式， 实行照明和动力用电分开，对居民用电采用单相 制供电，同时减少配电变压器单台容量，缩短低 压配电线供电半径，提高电压质量。
20kV 中压配电变压器联结组别方式确定为 20/0.4kV-△/Y，即 D，yn11；在市区繁华街道或 住宅街区推广使用箱式配电变压器。
对于高压配电电压，全国各大、中城市根据 自身特点，选择适当的配电电压等级。北京采取 了逐步取消 35kV 电压等级，保留 110kV 电压等 级的方案；天津逐步取消 110kV，保留 35kV 电 压等级；上海保留了 35kV 和 110kV 电压等级， 要求不同区域因地制宜选用两种电压等级之一。 对于中压配电电压，20kV 电压等级的出现，可取 消 35kV/10kV 级降压方式，降低了送变电工程的 投资和线路损耗，减少了电力设施的占地资源， 提高了中压配电电压适应负荷密度增长和电网发 展需求的能力。
架空线路的过度时间为 20 年，电缆线路的过 度时间为 30 年；新建和扩建电网，其中压一律选 用 20kV，新购置的设备也均为 20kV 电压等级。
可以制造一种过渡期特殊的配电变压器，方 法有以下三种：将变压器每柱的高压绕组由 1 个 变为 2 个，整个变压器的高压部分有 6 个绕组， 每个绕组的额定电压均为 10kV，这样既可以用于 20kV 电压等级，也可以用于 10kV；或在双绕组 变压器外面加 1 个 10kV 绕组，变为三绕组变压 器，20kV 为新用户供电，10kV 维持对老用户的 供电；将拆换下来的 10kV 配变改造成为 20kV 配 变，节约部分投资。 4.3 采用 20kV 配电运行中应注意的问题
10
YJV22-3×300
20
YJV22-3×300
10kV
数
价
量
格
1 12500
2 8000 2 10000
1 450
5460 4400
40810
20kV
数
价
量
格
1 14000
2 20000
1 600 3000
2200 39800
由表 1 可知，采用 20kV 电压等级供电与 10kV 电压等级相比有效减少了 110kV 变电站的 布点密度及新建配电线路的条数，大大节约了土 地资源，可节约电网建设投资大约 1010 万元。采 用 20kV 电压等级供电在节能降耗、供电可靠性、 经济效益等方面的优势都非常可观。
4 20kV 配电试点工程的具体实施方案
4.1 20kV 配电工程的电气设计方案 110kV/20kV 变电站电气主接线可采用线路
变压器组、内桥型接线，3 台变可采用扩大桥接 线；20kV 电气主接线可采用单母分段接线； 110kV/20kV 变电站采用户内式 GIS 站，分层布 置；110/20kV 主变采用 10 型及以上、有载、自 然油循环风冷或全自冷型变压器，联结组别为 YNyn0，d11。
与 10kV 相比，20kV 变压器主绝缘距离增大 了，高压线圈的匝数是原来的 2 倍，有效体积利 用 率 降 低 了 。 要 将 10/0.4kV 变 压 器 改 造 成 20/0.4kV 变压器，可以采用更换高压线圈的方法， 但高压线圈的容量要降低一个等级才能在原有空 间中放置，整台变压器也相应降低一个容量等级， 改造的总费用约为一台新变压器的 25%~30%。 4.2 10kV 向 20kV 电压等级的过度方案
④ 节省电网的建设费用 当负荷密度为 50MW/km2 时，低压侧为 20kV 的变电站单台变压器容量可比 10kV 的增大 1 倍， 大大减少了变电站和设备的建设数量，节约了土 地资源，采用 20kV 电压等级供电的电网年运行 费用比采用 10kV 电压等级要低 20％，随着负荷 密度的增加，这种优越性将更加明显。 ⑤ 提高供电可靠性 采用 20kV 供电为容量数百 kVA 到几万 kVA 的用户提供了更灵活、经济的接入系统方案，可 以显著提高大客户的供电可靠性。 2.2 20kV 电压等级的可行性分析 根据技术经济比较，20kV 中压配电电压等级 在技术的合理性和经济的优越性上都被广泛认 可，但是，10kV 电压等级的长期存在和发展，如 果将配电网全部升压到 20kV，存在非常大的困 难。参考国内外的先进经验，通常是在负荷密度 较高的地区率先实施 20kV 电压等级，其它地区 可根据负荷发展和电网建设的情况，适时规划建 设，因地制宜，10kV 和 20kV 电压等级的电网共 存共发展。 在推广 20kV 电压等级供电的过程中，无论 是新建 20kV 电网或是在 10kV 电网的基础上进行 改造，涉及面非常广泛，会影响到电网的运行、 维护、设备选型，也影响到用户的切实利益。另 外，20kV 电压等级的电气设备和装置的技术条 件、绝缘配合、测试标准等都没有适于我国具体 条件的相关标准。因此，在具体实施 20kV 电压 等级供电工程前，要进行全面规划、合理布置， 防止出现投资浪费的现象。