摘 要：隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，20kV配電網(wǎng)的出現(xiàn)可以有效破解電網(wǎng)建設(shè)與土地資源利用矛盾，是打破10kV配電網(wǎng)發(fā)展瓶頸的一個(gè)有效選擇，很多西方國(guó)家在幾十年前已經(jīng)根據(jù)城市規(guī)模采取了20kV配電網(wǎng)作為中壓配電網(wǎng)，我國(guó)1992年將20kV列入標(biāo)準(zhǔn)電壓，現(xiàn)在20kV供電已經(jīng)在國(guó)內(nèi)部分試點(diǎn)取得了成功，獲得了良好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可在全國(guó)大部分地區(qū)推廣。文章從電網(wǎng)規(guī)劃角度，對(duì)10kV配電網(wǎng)向20kV配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變提供系統(tǒng)的規(guī)劃思路的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：20kV；配電網(wǎng)；電壓質(zhì)量；電網(wǎng)規(guī)劃

1 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)快速發(fā)展，電力負(fù)荷大幅增加，負(fù)荷密度越來(lái)越高，供電范圍不斷擴(kuò)大，增加配電網(wǎng)容量是目前電網(wǎng)突出的問題。在一些人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的中心城區(qū)和新開發(fā)區(qū)，隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，負(fù)荷及負(fù)荷密度增加更加突出，但配電網(wǎng)的站點(diǎn)和線路走廊資源卻越來(lái)越緊張，這將嚴(yán)重制約著配電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)有以10kV為主的中壓配電網(wǎng)已經(jīng)開始顯現(xiàn)出弊端。

2 20kV配電與現(xiàn)行10kV配電網(wǎng)優(yōu)劣分析

2.1 線路的輸送容量

S=UNI

上式中：S-視在功率，UN-線路始端額定電壓，I-線路電流。

由上式可以看出，在線路載流量不變的情況下，輸電線路額定電壓從10kV升至20kV后，線路輸送容量可增加一倍。相反，對(duì)于一個(gè)高負(fù)荷密度區(qū)域來(lái)說(shuō)，輸送相同的容量，電壓從10kV升至20kV后，其出線線路條數(shù)為原來(lái)的一半，可以節(jié)省大量線路走廊。

2.2 電壓水平

ΔU %=（PR+QX）/UN2×100%

上式中，ΔU%-電壓降，UN-額定電壓，P-有功功率，Q-無(wú)功功率，R-線路電阻，X-線路阻抗。

由上式可知，當(dāng)線路所帶容量一定時(shí)，20kV線路電壓損失僅為10kV電壓損失的25%，20kV線路有利于提高線路末端電壓合格率。

將電阻與電抗用線路長(zhǎng)度表示，帶入上式，經(jīng)轉(zhuǎn)換得

L=ΔU %×■ UN/（r Icosφ+xIsinφ）

上式中，L-線路長(zhǎng)度，r-單位線路長(zhǎng)度電阻，x-單位線路長(zhǎng)度電抗。

國(guó)網(wǎng)導(dǎo)則規(guī)定，20kV、10kV三相供電電壓允許偏差為額定電壓的7%，所以由上式可見，在相同電壓允許偏差下，20kV電壓等級(jí)供電半徑為10kV電壓等級(jí)供電半徑的2倍。

2.3 降低線損

ΔP=N×I2R

N為負(fù)荷分布系數(shù)，I為線路電流，R為線路電阻。

在輸送相同功率下，20kV線路電流為10kV線路電流的50%，20kV線路線損率為10kV線路線損率的1/4。

3 電網(wǎng)規(guī)劃中20kV配電網(wǎng)規(guī)劃思路

3.1 規(guī)劃范圍

明確電網(wǎng)規(guī)劃范圍及規(guī)劃年限，供電區(qū)分類及城農(nóng)網(wǎng)劃分。

3.2 規(guī)劃區(qū)域分析

對(duì)所規(guī)劃區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合城市定位，城市發(fā)展思路及目標(biāo)，重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)及重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，讓電力發(fā)展與城市建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.3 現(xiàn)狀分析

對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)狀分析，掌握當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、設(shè)備情況及運(yùn)行情況，查找出現(xiàn)狀電網(wǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)。分析變電站情況（重過(guò)載主變、間隔利用情況、N-1、是否可擴(kuò)展容量等）；分析中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)水平情況（環(huán)網(wǎng)率、站間聯(lián)絡(luò)率、線路平均分段數(shù)、線路可轉(zhuǎn)供電率、網(wǎng)絡(luò)接線標(biāo)準(zhǔn)化率、線路末端電壓不合格比例），負(fù)荷供應(yīng)能力（線路平均負(fù)載率、重過(guò)載線路、重過(guò)載配變），裝備技術(shù)水平（中壓線路絕緣化率、中壓線路電纜化率、高損耗配變臺(tái)數(shù)及比例）；低壓臺(tái)區(qū)電網(wǎng)規(guī)模和設(shè)備水平；設(shè)備運(yùn)行年限、規(guī)劃區(qū)線損、供電可靠性等。針對(duì)現(xiàn)狀分析結(jié)果，進(jìn)行有針對(duì)性的規(guī)劃實(shí)施。

3.4 負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力平衡

負(fù)荷預(yù)測(cè)是規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，包括電量需求和電力需求預(yù)測(cè)兩部分內(nèi)容。負(fù)荷預(yù)測(cè)在長(zhǎng)期調(diào)查的基礎(chǔ)上，收集和積累本地區(qū)用電量和用電負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)以及城市建設(shè)及各行業(yè)發(fā)展的信息，充分研究國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展各種相關(guān)因素與電力需求的關(guān)系。預(yù)測(cè)結(jié)果可適當(dāng)參考國(guó)內(nèi)外同類型地區(qū)的資料進(jìn)行比較，使之具有較高的合理性和準(zhǔn)確性。負(fù)荷預(yù)測(cè)分近期、中期和遠(yuǎn)期（年限與規(guī)劃年限一致）。遠(yuǎn)期著重考慮規(guī)劃區(qū)域飽和密度和飽和負(fù)荷的預(yù)測(cè)，確定最終負(fù)荷規(guī)模。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)水平和分布情況，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分電壓等級(jí)電力平衡，根據(jù)電力平衡結(jié)果及電網(wǎng)容載比規(guī)定對(duì)電源容量及變電站位置進(jìn)行布點(diǎn)。

3.5 技術(shù)原則

根據(jù)規(guī)劃區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和建設(shè)規(guī)模、負(fù)荷增長(zhǎng)速度、規(guī)劃負(fù)荷密度、環(huán)境保護(hù)等要求，以及各地的實(shí)際情況，合理選擇和具體確定電壓等級(jí)序列、供電可靠性、容載比、接線模式、中性點(diǎn)運(yùn)行方式、無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)整、短路水平、電壓損失及其分配、節(jié)能環(huán)保、通信干擾等確定技術(shù)原則。確定110kV/20kV和220kV/20kV的電壓等級(jí)，取消35kV電壓等級(jí)。20kV布點(diǎn)少時(shí)可采用站內(nèi)聯(lián)絡(luò)，隨著站點(diǎn)的增多，逐步改為站間聯(lián)絡(luò)。

3.6 配電網(wǎng)規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)狀電網(wǎng)分析及負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，以技術(shù)原則為指導(dǎo)，對(duì)20kV配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃。

配電網(wǎng)規(guī)劃要從遠(yuǎn)景至近景進(jìn)行規(guī)劃。

遠(yuǎn)期規(guī)劃，時(shí)間界限一般為16年-20年，遠(yuǎn)期規(guī)劃主要考慮城網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)以及電力市場(chǎng)的建立和發(fā)展，進(jìn)行飽和負(fù)荷水平的預(yù)測(cè)研究，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力平衡結(jié)果，結(jié)合城市實(shí)際情況，確定10kV網(wǎng)架是否還能滿足城市發(fā)展，若不能滿足，則考慮建立20kV網(wǎng)架，若滿足，則需結(jié)合周邊電網(wǎng)環(huán)境綜合考慮是否采用20kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，達(dá)到合理效果，制定電源布局和目標(biāo)網(wǎng)架，目標(biāo)網(wǎng)架確定后，在中期規(guī)劃和近期規(guī)劃中安排合理的年份來(lái)實(shí)現(xiàn)20kV的改造。

近期規(guī)劃應(yīng)著重解決電網(wǎng)當(dāng)前存在的主要問題，依據(jù)近期規(guī)劃編制年度計(jì)劃，提出逐年改造和新建的項(xiàng)目，逐步滿足負(fù)荷需要，提高供電質(zhì)量和可靠性，改造中要結(jié)合目標(biāo)網(wǎng)架滿足遠(yuǎn)期發(fā)展需要。

中期規(guī)劃應(yīng)與近期規(guī)劃相銜接，預(yù)留變電站站址和通道。逐步將現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有步驟的過(guò)渡到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)大型項(xiàng)目可進(jìn)可行性研究，做好前期工作。

針對(duì)不同類型區(qū)域20kV方案。

新區(qū)規(guī)劃，這類主要包括新建技術(shù)開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)、新建住宅區(qū)等。區(qū)內(nèi)10kV中壓網(wǎng)絡(luò)空白或較為薄弱，能夠很快為新的中壓配電電壓網(wǎng)絡(luò)所取代，這類區(qū)域統(tǒng)一采用20kV供電。對(duì)于飽和負(fù)荷密度較高的新建小區(qū)，建議采用220/20kV供電序列；對(duì)于負(fù)荷密度相對(duì)較低的新建小區(qū)，建議采用220/110/20kV供電序列。

負(fù)荷增長(zhǎng)較快的已有城區(qū)，現(xiàn)有10kV中壓網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)行升壓改造?，F(xiàn)有10kV中壓配電網(wǎng)將與20kV中壓配電網(wǎng)長(zhǎng)期共存。城市10kV與20kV混合供電區(qū)域，10kV供電線路與20kV供電線路應(yīng)各自獨(dú)立運(yùn)行，如對(duì)供電可靠性有特殊要求，宜經(jīng)聯(lián)絡(luò)變壓器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)?；旌瞎╇妳^(qū)域，應(yīng)采用逐步蠶食的技術(shù)政策，逐步擴(kuò)大20kV的供電范圍，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。對(duì)于新增的配電設(shè)備，全部按照20kV電壓等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，在升壓改造初期先降壓為10kV運(yùn)行，待具備升壓條件后直接升至20kV運(yùn)行。新增變電站低壓側(cè)應(yīng)采用20kV電壓等級(jí)，逐步擴(kuò)大20kV供電區(qū)域提供，完成10kV向20kV的過(guò)渡。

負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢的已有城區(qū)改造，通常指那些負(fù)荷增長(zhǎng)相對(duì)平穩(wěn)的原10kV供電區(qū)?？奢^長(zhǎng)期保留10kV中壓供電。在城市平穩(wěn)過(guò)渡供電區(qū)域內(nèi)，對(duì)于負(fù)荷增長(zhǎng)相對(duì)平穩(wěn)，且供電能力充足的原有10kV供電區(qū)域，原則上宜暫時(shí)保留10kV供電方式，但應(yīng)積極創(chuàng)造升壓改造條件。在原有10kV供電區(qū)域外，應(yīng)不斷加強(qiáng)20kV的供電能力，以便為原有10kV供電區(qū)域逐步改為20kV供電創(chuàng)造外圍電源條件，使20kV供電區(qū)域有能力不斷對(duì)原有10kV供電區(qū)域進(jìn)行逐步蠶食，針對(duì)區(qū)內(nèi)站與站之間聯(lián)絡(luò)關(guān)系不緊密的變電站，宜結(jié)合變電站改造升至20kV配電網(wǎng)。

農(nóng)網(wǎng)地區(qū)，通常指那些負(fù)荷密度較低的偏遠(yuǎn)農(nóng)村、山區(qū)以及城鎮(zhèn)和近郊地區(qū)。這類地區(qū)供電面積大，線路距離長(zhǎng)，末端電壓不合格地區(qū)主要集中在這些地區(qū)，線損率偏高。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，這些區(qū)域現(xiàn)有變電站以35kV為主，聯(lián)絡(luò)關(guān)系不緊密。對(duì)于農(nóng)網(wǎng)地區(qū)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行年限以變電站為單位對(duì)農(nóng)網(wǎng)進(jìn)行改造。若設(shè)備年限未達(dá)到規(guī)定使用年限且滿足供電需求的，暫時(shí)維持現(xiàn)有10kV供電模式不變。對(duì)于設(shè)備達(dá)到運(yùn)行年限或容量不滿足供電需求的，則以遠(yuǎn)景年電網(wǎng)網(wǎng)架為目標(biāo)，統(tǒng)一以變電站為單位進(jìn)行20kV升壓改造，取消原來(lái)35kV變電等級(jí)，采用220/110/20kV和110/20kV變電等級(jí)。改造過(guò)程中未達(dá)到運(yùn)行年限的10kV設(shè)備，移給10kV供電區(qū)進(jìn)行二次利用，以節(jié)約投資。

改造中應(yīng)注意的問題：

同一城市負(fù)荷分布不均衡的不同區(qū)域，需區(qū)別對(duì)待，先期改造供電能力不足區(qū)域電網(wǎng)。

被改造的線路與其他區(qū)域的線路間有聯(lián)絡(luò)關(guān)系時(shí)，在改造時(shí)宜在兩側(cè)同步實(shí)施升壓改造，以保證兩側(cè)運(yùn)行電壓等級(jí)的一致性和供電的可靠性，同時(shí)也縮短了整個(gè)地區(qū)的升壓改造周期。

選擇負(fù)荷的供電可靠性要求低的區(qū)域?qū)嵤┥龎焊脑欤贿x擇互聯(lián)較少的區(qū)域?qū)嵤┥龎焊脑?；選擇施工造成的停電影響較小的區(qū)域?qū)嵤┥龎焊脑臁?/p>

對(duì)于上級(jí)電源點(diǎn)暫時(shí)不具備改造條件的，在原上級(jí)電源點(diǎn)的10kV側(cè)加裝10/20kV聯(lián)絡(luò)變壓器的方式為劃定的20kV供電區(qū)域供電。

結(jié)合目標(biāo)網(wǎng)架，結(jié)合投資綜合考慮，一次到位，避免二次改造。

3.7 投資估算

根據(jù)現(xiàn)有20kV配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，110/20kv變電站單位容量造價(jià)比110/10kv低20%以上，實(shí)施20kv配電網(wǎng)相比10kv配電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模降低約40%，20kv設(shè)備單價(jià)約為10kv設(shè)備的1.1～1.2倍，綜合計(jì)算，20kv配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性要明顯優(yōu)于10kv。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行投資估算，科學(xué)合理安排各年份投資，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，得出各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.8 規(guī)劃評(píng)估

對(duì)規(guī)劃年內(nèi)的存在問題解決情況、技術(shù)原則落實(shí)情況、供電可靠性、線損率及投資效益進(jìn)行評(píng)估，反應(yīng)電網(wǎng)規(guī)劃效果是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

20kv配電網(wǎng)，與10kv配電網(wǎng)相比，在解決土地資源緊張情況及滿足高負(fù)荷密度區(qū)域供電有著突出的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，20kv可以提高供電質(zhì)量、降低網(wǎng)損、提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在我國(guó)可根據(jù)現(xiàn)有20kv配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大20kv配電網(wǎng)范圍。由于各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展情況差異很大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也有所不同，所以20kv 配網(wǎng)建設(shè)和推廣要根據(jù)城市規(guī)劃發(fā)展趨勢(shì)和電力需求，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)趨勢(shì)和現(xiàn)狀電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素綜合考慮，科學(xué)編制配電網(wǎng)長(zhǎng)期規(guī)劃，指導(dǎo)20kv配電網(wǎng)的實(shí)施，是做好20kv配電網(wǎng)必不可缺的部分。

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作者簡(jiǎn)介：孟慶立（1985-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、負(fù)荷特性研究、電氣設(shè)計(jì)等工作。