20kV中压配电电压等级应用研究

20kV中压配电电压等级应用研究-机电论文

20kV中压配电电压等级应用研究

丁永清王大鹏柯乾

（国网池州供电公司，安徽池州247000）

摘要：对20 kV电压等级的技术、经济性能进行分析，对城市中压配电网引入20 kV中压配电电压等级进行了研究。合理配置电压等级，对于国内配电网的建设和发展，具有重大理论和实践意义。

关键词：20 kV中压配电电压等级；技术经济分析；单位负荷年费用

0引言

随着我国城市经济的高速发展和城市建设不断深化，城市电力需求也在大幅增长。城市电网作为城市的重要基础设施，有必要通过合理配置电压等级以更好地满足城市经济发展的需要。

目前国内城市主要采用10 kV作为中压配电网的电压等级，技术和管理经验较为成熟。然而，随着负荷密度不断增长，10 kV配电网建设运行也遇到了新的问题。10 kV线路供电半径短、供电容量小的矛盾越来越突出，进而引发了变电站站址选择和线路走廊出线困难等一系列问题，逐渐成为配电网发展的瓶颈。实践证明，在高负荷密度地区，配电网采用20 kV电压等级不仅从技术上可以提高输电能力，改善电压质量，降低电能损耗，而且落实到工程实践上，也可大大减少中压配电线路占用的线行通道，同时有效节省电网建设投资。在电网负荷密度较高的大城市中心区、工业密集区采用20 kV电压供电，对解决10 kV 供电能力有限、线行通道难落实等问题，不失为一种既经济又有效的途径。苏州的新加坡工业园区1996年在全国率先采用20 kV供电［12］，在规划、建设、

运行和维护等方面积累了丰富的经验。多年的运行实践表明，20 kV相对10 kV 在高负荷密度区域，具有供电能力大、电压质量高、电网损耗低等明显的优势［3］。本文通过技术、经济分析，研究20 kV引入的可行性。对20 kV、10 kV两个电压等级进行比较，并提出20 kV配电网的主要技术原则，以合理配置电压等级，促进中压配电网的和谐发展。

120 kV引入的可行性分析

1.120 kV对中压配电网的影响

由理论分析可知，相比于10 kV中压配电电压等级，20 kV具有减少电压损失、增大输送功率、扩大供电范围、降低线损、节约有色金属等技术优势［45］。此外，采用20 kV取代10 kV电压等级，还可以减少主变低压侧的短路电流。

1.220 kV可行性分析

20 kV作为中压配电电压等级，在技术性能上较10 kV存在一定的优势［68］。然而，只有技术上可行，才能保证20 kV的广泛使用。一方面，20 kV 的电气设备应该具备生产能力且造价合理；另一方面，对于20 kV的运行和管理经验需要不断积累。

目前，20 kV设备的生产技术比较成熟，依靠国内水平生产供应20 kV设备是完全有保障的；20 kV设备的造价比10 kV设备有所增加，总体增加幅度在5%～15%的范围内。在20 kV运行管理方面，国内对于20 kV线路升压改造、过电压保护、防雷问题、继电保护方案等都有成熟的运行方案。所以，在我国城市电网采用20 kV作为中压配电电压等级，在技术上是可行的。

220 kV技术经济分析

2.1技术经济分析原则

合理的电压序列事关电网运行的可靠性、经济性和安全性。负荷水平、存量资产、技术约束、廊道资源等都是影响电压等级选取的重要因素，同时，还要考虑其对电力用户和社会的影响。因此，20 kV技术经济评价的主要原则包括：（1）满足饱和负荷阶段对安全可靠、优质供电的要求，必须在供电能力、供电可靠性、电压质量等相关技术指标上满足要求。

（2）在技术可行的前提下，充分考虑经济的合理性，以全生命周期最优为原则，全面分析所有建设成本与运行成本。

2.2边界条件

中压配电电压等级技术经济比较的边界条件如下：

（1）中压配电电压等级的变压层次主要包括220/20 kV、110/20 kV、110/10 kV和110/35/10 kV 4种形式。

（2）中压配电网接线模式按电缆线路单环网接线，线路负载率控制在50%以内。

（3）区域负荷密度指标为5～50 MW/km2，供电区域内负荷均匀分布。（4）配电网呈放射状网络结构，各个高压变电站的供电范围为圆形。（5）主变容量台数：220/20 kV（2×120 MVA），110/20 kV（2×80 MVA），110/10 kV（2×50 MVA），35/10 kV（2×20 MVA）。

2.3可靠性比较

可靠性计算采用故障遍历法［910］，即逐个假设电网中的元件（包括母线、线路、环网柜/开关柜、配电变压器）故障，求出每个元件故障时用户停电时户数，最终求出供电可靠性水平。

衡量可靠性的指标主要采用供电可靠率（RS），计算公式为：

RS=用户用电小时数/用户需电小时数=Nz×8 760-∑UiNi/Nz×8 760（1）式中，Nz为系统中总用户数；Ni为故障时受影响的用户数，与平均年停运时间Ui相对应；8 760为一年的小时数。

采用上述方法和基本参数，计算4种配电方案的供电可靠性水平，结果如图1所示。

可以看出，4种配电方案中220/20 kV和110/20 kV电压序列的供电可靠性最高，110/10 kV电压序列的供电可靠性次之，110/35/10 kV电压序列的供电可靠性最低。

2.4经济性比较

选用单位负荷年费用作为4种配电方案的经济性比较的依据［1112］。单位负荷年费用包括送电、变电和配电设备建设投资的等年值、维修运行费和电能损耗费，即：

F0=Fd+Fv+Fs（2）

式中，F0为单位负荷年费用；Fd为送变电设备建设投资的等年值，Fd=KdZ，

Kd为投资等年值系数，Z为单位面积建设投资；Fv为维修运行费，Fv=KvZ，Kv为设备年维护率（本文变电站取为10%，高压配电线路取为4%，中压配电线路取为3%）；Fs为单位负荷电能损耗。

4种配电方案的单位负荷年费用如图2所示。

根据计算结果可以看出：

（1）在负荷密度σ＜5 MW/km2的情况下，4种配电方案的年费用相差不大，110/10 kV配电方案的年费用较小。

（2）在负荷密度σ≥10 MW/km2的情况下，4种配电方案中以220/20 kV 配电方案的年费用最小，20 kV电压等级的经济优势开始显现。

（1）对于新建区尤其是负荷密度较高的新区，中压配电电压等级采用20 kV 具有较好的经济性，简化110 kV电压等级的方案也具有较好的经济性，可以优先选择220/20 kV配电方案。

（2）对于改造区，由于改造和过渡费用所占比重较大，可以结合电网现状与饱和电网的负荷密度，测算电压序列优化的经济性。如饱和负荷密度低于现状的3倍，可以维持现有电压序列；如饱和负荷密度高于现状的3倍，采用20 kV