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1、优化电压结构 打造新配网中国电力科学研究院 宋晓辉一、20kV概况二、 发展20kV的必要性三、发展20kV的可行性四、发展20kV的技术手段五、国内20kV设备情况六、国内20kV应用情况一、20kV概况1.1我国20kV配电网的现状20kV 电压等级历史上在中国的电力系统中存在过很长时间，是作为36/0.38kV一次配电与二次配电电压之上的一级供电电压而出现的，起过很重要的作用。例如在上海和东北营口等供电系统中曾一度存在过20kV电网，至今哈尔滨地区尚有22kV（供）电网，包括6条130km，变电站9座72MVA。1994年苏州工业开发园区的电网规划，经中新（新加坡）双方各自组织的专家论证
2、，双方一致择优选用20kV作为园区的一次配电电压，并立即开展设计订货并付诸实施。现在开发区已经以20kV作为一次配电电压向用户供电，从220kV系统引入的110/20kV降压站也于1996年5月份投运。总之，我国的20kV中压配电还处于未起步阶段，由于政策、经济等原因一直未得到大范围推广。1.2我国采用20kV配电电压的建议提出及进展情况我国采用20kV配电电压的建议，早在上世纪80年代就已提出，当时是为了满足东北、华北、华东负荷高密度地区的需要，同时配合对城网配电设施实现小型化改造。电力部曾建议国家标准总局将20kV电压列入国家标准序列，但是由于种种原因未能达成共识。而学术界、工程界仍然将其
3、作为电网改造的方案之一进行过多次讨论。1980年3月，电力部曾在（80）电技字第14号文“对国标GB156额定电压（草案）的意见”中第5条，提出了：目前东北、华北、华东等地大城市高密度用电地区希望能采用20kV配电电压，这样就能使设备小型化，投资较经济。建议如条件允许，可将20kV级电压列入草案中。19841986年，全国农电学会电网分会曾两次召开关于20kV电压制的专题学术研讨会，经充分研讨与反复论证，明确提出“110/20kV电压制为农网电压等级的优化组合方案”，并呼吁“必须减少变电层次，简化电压等级，另再确立20kV为配电电压并列为国家标准等级”。1991年能源部武汉高压研究所在“国际电
4、压标准内增加20kV电压等级的可行性论证”报告中得出了如下结论：第一、中压配网电压采用20kV电压等级能减少电压层次，降低运行费用，在世界范围内已得到日益广泛的应用，该电压已列入IEC标准；第二、根据我国电网的实际情况，采用20kV电压作为中压配电网电压具有明显的经济效益，建议将20kV列入国家标准；第三、将现有配电网作为20kV直供的面广量大，需做详细的技术经济分析，确定最佳的改造速度与步骤，以期获得最好的经济效益；第四、根据我国现有制造水平，20kV级变配电设备可望在3年内完成批量生产，保证供应。1992年中国科协以“科技工作者建议”的形式，编发了中国电机工程学会农村电气化分会的建议书，并
5、委托有关科研院所和高等院校进行调研、论证。经过审查、讨论，认为：采用20kV配电便于与IEC 1983年标准电压等级接轨，是城乡电网发展的必然趋势，并可扩大供电范围，减少建设投资和运行费用，经济效益显著。可以经过试点，逐步推广应用。1992年全国电压电流等级和频率标准化委员会召开过“20kV电压等级论证”专题讨论会。会议认为：采用20kV级电压已势在必行2。1993年4月20日国家发布的GB156-93标准电压中，正式将20kV列入标准电压，外加括号注释，并说明用户有要求时使用。该标准于1993年12月1日起实施。1994年经中新（加坡）双方各自组织的专家论证，苏州工业开发园区选用20kV作为
6、一次配电电压。从220kV系统引入的110/20kV降压站于1996年5月投运4。1997年华北电管局老年科技工作者协会组织了“关于京津两城市采用20kV配电电压的可行性探讨”课题的调研。研究报告的主要结论有：第一、城市电网提高供电电压是必然的，大中城市或城市中的高负荷密度地区选用高一级配电电压将是必然趋势；第二、建议京津两城市继续开展城区采用20kV配电电压的可行性研究，首先在新开发区和负荷密度较大的成片改造地区开展20kV配电电压的试点工作；第三、现代化国际大城市中同时存在两种配电电压是符合城市发展需要的，但不应超过三级，及220kV、110kV、20kV或220kV、110kV、10kV
7、；第四、应指导长远规划并提出小区试验时间表，并选择一个有代表性的功能小区进行试验是十分必要的5。近年，我国配电网采用20kV中配电压的研究和讨论仍在进行着，从方案的技术经济分析到相关配电产品的使用等方面得出了许多有价值的结论。1.3国际20kV配电网的现状世界上工业先进的国家的中压电网早已实行20kV等级。国际IEC标准电压中规定有20kV等级。国外许多国家已将20kV作为中压配电电压。据不完全统计，将20kV电压列为国家标准的有：美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大、德国、保加利亚、匈牙利等。欧洲国家80%的中压配电采用2025kV；在亚洲和拉丁美洲的19个国家和地区中，已有12个采用2
8、0kV作为中压配电，其中有新加坡、马来西亚、泰国、印度尼西亚、巴西、阿根廷、韩国、中国等。另外，国际上将采用230V作为低压标准，我国也可以考虑采用相应的标准。二、我国发展20kV的必要性 2.1 负荷迅猛增长城市电网随着城市的发展而不断扩大，城市电网的建设面临与城市建设产生空间冲突的矛盾，而城市提供给电网的资源是很有限的，例如，电力线路走廊有限，变电站站点匮乏等。因此，作为城市最重要的基础设施之一，城市电网的建设必须满足城市建设的可持续发展的需求，必须朝着小型化、大容量、免维护的方向发展，而配电电压等级确定后，将对配电设备的尺寸，配电设备所占的空间，城市架空线所需的道路空间，以及线路的绝缘配
9、合等产生一定的影响。2.2 现有变电容量序列适应范围有限现有电压等级序列中的10kV中压配电电压不能很好地适应负荷密度较高地区的供电要求，对于负荷密度较高的地区（30MW/km2以上），110kV主变的容量通常都选择的比较大，例如，北京为350MVA，一般城市也为（23）(31.540)MVA。由于负荷密度较高，甚至不到一平方公里就需配置一个110kV变电站，每个110kV变电站又带了大约100台左右10kV的配电变压器，占据了过多的站点和线路走廊资源，也制约了城市电网的可持续发展。同样，现有电压等级序列中的10kV中压配电电压也不能很好地适应负荷密度较低地区的供电要求,对于负荷密度较低的地区
10、（0.1MW/km2）， 10kV线路的供电距离有限，而110kV站的容量又太大，需要在110kV和10kV电压等级之间增加35kV电压等级来进行供电。因此，采用10kV作为中压电压等级，供电密度的适应范围较窄，对于负荷密度较高或负荷密度较低的地区，其运行特性都不理想，远不及20kV对供电密度的适应范围大。表2-1 各电压等级设备主变容量的范围和典型值电压等级(kV)主变容量范围（MVA/台）城市电网主变典型值（MVA/台）50050010807501000330402409024022031.5240902401106.3752063353.1540620200.0520.12100.052
11、0.11.62.2.4变电电压等级过多从全国范围来看，我国现存的主要电压等级为：500、330、220、110、66、35、20、10、0.4kV。然而，由于历史的原因，个别地方还存在例如23kV、6.6kV等非标准电压。电网中的主要电压序列构成有：l 220/110/35/10/0.4kVl 220/110/10/0.4kVl 220/35/10/0.4kVl 220/66/10/0.4kVl 330/110/35/10/0.4kVl 330/110/10/0.4kV在220kV之上还有500kV作为输电电压，在330kV之上也即将有750kV作为输电电压。我国的电网在220kV或330kV
12、（含）之下，至少还需要经过四级或五级电压才能向用户供电。而国际上的城市供电电压，在220kV等级下一般仅需要三级或四级电压即可。因此我国的供电电压等级序列有必要进行优化和简化变压层次，以达到提高城市电网供电能力，改善城市电网运行特性，以及增大电网运行适应性的目的。随着国民经济高速发展和人民生活用电需求的增长，用电负荷日益提高，我围目前采用的电压等级已不能满足电力发展的需求，在发展1 000kV、800 kV及以上特高电压的同时，应积极研究优化中压电压等级并发展20 kV中压电压等级。我国目前采用的电压等级主要是5002201 10351004 kV，城乡主要采用2201 10351004 kV
13、或2201 101004 kV电压等级供电。用户使用的04 kV低压，是先通过11010 kV或3510 kV变电站降压到10 kV，再通过配电变压器将10 kv降到04 kV电压。由于城乡经济快速增加，用电负荷猛增，采用10kV长距离供电不仅容量受限制，而且线损大，应积极研究采用2004kV电压等级。采用2004 kV电压等级不仅可以减少一级变损，降低线损，提高供电能力，而且20 kV供电在同等容量、同等距离、同等导线截面情况下，比10 kv电压供电线损减少一半。20 kV电压与10 kV电压比较，在同等导线截面及电流密度的情况下，在输送相同的电功率时，其合理送电距离可增加近1倍，线路的经济
14、负荷矩可增加约4倍。在传送相同的距离和相同功率的前提下，电压损失降低50，电能损失降低75，可减少变电站配电出线回路数一半，对负荷密集地区可避免出线过多带来的通道路径等困难。在额定电流与短路电流分别相同的条件下，采用20 kV电压比10 kv电压可扩大变电站的容量1倍，在同一地区可使设置降压变电站的数量减少一半。10 kV线路的输送功率只有300 kW2 000 kW，一般供电距离为8 km18 km，其经济供电半径在荷密度为20 kWkm 30 kWkm 时仅为10 km12 km，当超过40 kWkm 50 kWkm 时还不到8 km。而农村10 kV线路虽经农网改造，但山区、偏远地区送电
15、距离仍很远，用电高峰季节、时段的电压仍很低，线损率过高。20 kV线路的输送功率可达800 kW5 000 kW，一般供电距离为15 km35 km，在负荷密度为25 kWkm2-35 kWkm 时，其经济供电半径可达18km20 km，在负荷密度高达60 kWkm2-70 kWkm时也能合理输送14 km15 km，即使在负荷密度高达数百，甚至上万kWkm 的城网和工业密集地区，在同等条件下供电距离可较10 kv延长1倍。三、20kV的可行性3.1技术可行性(一)中压配电网结构现状我国的城市电网主要采用10kV作为中压配电电压（仅苏州工业园区的中压配电电压为20kV），一些大中城市的繁华市区采用10kV电缆网，而其它大部分供电区域仍是沿街道架设的10kV架空线网。正常方式下，10kV中压配电网基本上都按供电可靠性的要求构成放射式运行的环网。对可靠性要求较高且采用两台以上变压器的较重要用户可采用双开式结线，即采用两组环网柜，每组各带部分变压器，分别接入两个环网回路中。两组环网柜不联络，但两组环网柜所带的两台变压器低压侧可联络，以确保低压重要应急负荷获得双电源。在负荷较密集的地区，由于变电站分布较密，各站间距离较近，供电半径较小，为进一步提高电缆利用率可采用“三供一备”结线。对于较集中
