20kV电压等级应用的探讨

   摘要：介绍了我国现中压配电网发展状况，通过对20kV电压等级经济性分析，指出发展中压20kV电压等级较现行的10kV配电制在降低网损、提高送电距离和输送容量、减少线路走廊用地等方面效益显着。电力部门应积极研究，各地可因地制宜，根据具体情况，逐步过渡。

    关键词：20kV  中压配电  电压等级

    1 中国中压配电网发展状况

    目前我国中压配电网普遍采用10kV电压等级供电。这是在我国电力负荷水平较低的背景下逐步形成的。多年的运行实践表明在特定发展阶段是适合我国国情的，对促进电力工业的发展、保障安全供电起到了较大作用。随着我国经济的高速发展，电力负荷呈迅猛增长态势。经济发达地区及城市工业区附近的负荷密度迅速增高，越来越明显地暴露出我国现有大中城市供配电网络己不适应经济发展和城市现代化建设的需要。目前，在我国的一些大中城市，负荷密度己达30~50MW/km2甚至更高。在这种情况下，继续采用10kV配电网供电显得勉强：

    1.1 受负荷大小与供电半径约束，每平方公里需要建1~2座110kV降压变电所。部分地区原有配电网络的供电能力不足，亟待扩建配电变电站， 在电力负荷增长较快地区，负荷的增加导致扩建配电变电站成为必须。

    1.2 受供电电压与导线截面约束，10kV配电线路数目巨大。因而在设备投资、基建占地、线路走廊、网架结构、运行管理以及降损节能等方面都不可避免地出现许多难题。
    1.3 配电网损耗过高。随负荷的迅速增加。损耗呈快速增加态势。

    此外，城乡电网的不断扩大及密度的迅猛增加，逐渐暴露电网配网等级、变电层次、布局结构等方面的不适应与不合理性。现行的配电系统从供电能力、供电距离及线路损耗等方面均难以适应负荷发展的需求。

    2 国内外20kV配网运行的概况

    目前，世界上已有数十个国家和地区将20kV电压等级作为中压配电网的标准电压，并已列人国际电工委员会标准，具有非常成熟的技术和经验。

    1948年开始美国部分地区采用20kV电压，法国和德国自20世纪60年代开始统一采用20kV配电网，其他欧洲国家如意大利、奥地利、保加利亚、波兰、匈牙利等(占欧洲80%)也大都采用20～25kV作为中压电。在亚洲，包括新加坡、韩国、我国台湾等国家和地区已采用20kV中压配电。

    在我国，20kV电压等级早在1993年就已经被纳入我国的标准电压等级，而且一直以来国内很多专家学者都呼吁把大中城市的配电电压升级到20kV的电压水平，但是迄今为止该电压等级还没有得到很大的应用，只有在部分地区应用。如辽宁省本溪市南芬区农电局自2003年4月至2004年4月，对南芬变电站原66/10kV进行了升压至66/20kV的改造。1996年6月至2005年底，江苏省苏州工业园区中已建有2个220kV变电站(220/110/20kV)和3个110kV 变电站(110/20kV)，总容量为1161MVA。上海轨道交通、地铁和轻轨均采用20kV中压配电电压等级。以上工程从当初的策划，到设备的选用，再到现在的运行，可以说一切进展都比较顺利，事故率低、可靠性高、网损率也较低。

    3 20kV配电网的经济性

    与传统的中压配电网相比，20kV配电网具有以下优势。

    3.1 简化电压层次 由于增加变电层次会导致建设投资及网络损耗的增加（有分析与计算结果显示，每经过一次变压，有功损失会增加2%~3%），因此很多城市都在力求减少变压层次，如很多城市已经在限制35kV电压等级的使用。如果采用20kV电压等级的话，就可以直接用220/20kV或者110/20kV降压，从而减少变压层次。随着20kV电压等级的推行，对于城网配电来说，还可以考虑逐渐把10kV甚至35kV电压简化掉，把电压等级简化为220/110/20/0.4kV四级电压。

    3.2 电网容量、电损耗、供电半径、材料节省的优势。
    从理论上说，20kV与10kV配电电压相比较，在其它条件不变情况下，其配电网容载比可提高一倍。

    3.3 提高电压质量 经过计算可知，在同样输送功率条件、同等导线截面和架设方式下，20kV电压损耗较10kv减少一半，可保证更好的配电网电压质量。

    3.4 提高供电能力，增加供电半径 经过简单计算可知，在同等导线截面和架设方式下，20kV配电供电能力较10kV提高1倍。其次在同等容量情况下，供电半径可扩大一倍。

    3.5 减少杆塔和变电站的布点密度，节约土地资源 在额定电流与短路电流分别相同的条件下，采用20Kv比采用10kV可扩大变电站1倍的容量，在同一地区可使降压变电站的数量减半，从而减少投资成本。同时变电站配电出线回路数也可减半，可避免由于出线过多带来的通道路径困难问题，也减少城网的杆塔数及其占地数量。

    20kV与10kV电压同处于中压电压等级，技术要求并无多大差异，仅线间距离及导线对横担或杆塔等的要求略大些，实施起来并不困难，仅需将线间距离由0.9m增至1.15m，在升压改造时只需调换瓷瓶与横担即可。新建线路按20kV电压等级标准选择瓷瓶、横担、配电变压器，增加费用不大，但经济效益、节能效果显着。对需要新建变电站的地方应建110kV变电站，选用110/20kV变压器，直接降至04kV电压，可避免35/10/04kV两次降压，减少了变电层次，降低电能损耗，节约设备投资、年运行费及维护工作量，减少电力设施所占的通道及土地面积。

    4 推行20kV配电网的制约因素

    配电电压等级的选用涉及面非常广，受本地区电网历史发展的影响很大，同时也受配电网现有运行维护技术和管理人员思路等方面的限制，受到的制约因素很多。

    4.1 中压配电网在电网中起着承上启下的桥梁作用，在负荷密集区引入20kV电压就要对对110kV变电站主变和中压配电室进行更换改造。但是在高密度负荷中心区，如此规模的改造在经济上是不可行的。在技术上做好过渡方案也是难以保证的。

    4.2 配电网是电网的末端环节。要过渡到20kV电压等级，用电客户的设备资产改造势在必行，让客户自身投资进行改造难度太大，因此20kV电压等级推行单位可能要出台相关政策或由电力公司投资对客户设备进行改造。

    4.3 国内缺乏20kV电压等级建设运行经验。虽然20kV电压配电技术成熟，但仍有一些基础性的技术问题如变电站中性点运行方式、配电变压器的接线方式等需要进行应用研究。
    电网大规模过渡到20kV电压是一件极为困难的事，即使现在下决心推广也可能需要比较漫长的时间才能实现过渡，过渡过程只能是由小区域逐步扩大供电面积。

    5 结语

    20kV配电具有非常优越的经济性、技术性，是配电网发展趋势之一，虽然新增加一个电压等级的制约因素很多。但近年来国民经济的快速发展和电力负荷的迅猛增长，各地区各类型开发区的不断建设以及电网公司电网建设投资规模的加大。20kV配电设备的小型化等为20kV电压等级的应用提供了历史机遇。但是需要注意以下方面：

①针对城市负荷密度比较高(如工业园区、市商业中心等)和农村负荷密度低且较分散的情况，宜采用20kV配电电压。

②对于20kV配网的边缘地区或与10kV配网的交界处，采用哪种配电电压，应根据经济效益来确定，不要按区域“一刀切”。

③城市电网已建成10kV配网，特别是通过近几年的城网改造，供电能力已强的地区，无必要再将10kV配网改造为20kV配网。

    由于现全国大部分地区缺乏20kV电压等级建设运行经验。因此建议考虑在一定范同内进行20kV配电电压等级试点工作时，试点范围的选择优先在将来负荷密度较大的城市新兴区域。特别是目前电网较已规划为高新技术或经济开发区的区域，也可存局部农网进行试点，范围不宜太小，以免影响区域内客户的供电可靠性。