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1、20kV供电系统简介江苏省电力公司生产技术部江苏省电力试验研究院2007年8月目 录前言11 发展20kV系统的重要意义11.1 建设20kV系统的必要性11.2 20kV系统的优势31.3 江苏省配网现状72 20kV系统的可行性分析92.1 国外20kV系统发展状况92.2 国内20kV系统发展状况102.3 20kV系统设备的供应能力113 20kV电压试点区域的选择114 20kV系统的绝缘和绝缘配合124.1中性点接地方式124.2 工频过电压144.3 操作过电压144.4 架空绝缘导线144.5 架空线路间隙尺寸及绝缘子144.6 电气设备绝缘水平155 经济性能分析156 总结
2、20前言在整个电网运行中，配电网担负着承上启下的重要作用。发电厂生产的电能以高压大功率的形式通过输电网送到负荷中心，必需经配电网再传输、分配，以适当的电压等级输送到用户中。配电网作为输电网与电力用户之间的桥梁，其结构和变电层次是否合理，关系到整个网络能否安全、可靠、经济运行。随着我国经济社会和电网的发展，10kV配电系统逐渐出现了容量小、布点密、通道多、损耗大等问题，特别是负荷密度较大的地区尤其严重。如何提升配电网供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源已逐步成为电力发展的一项重要课题。中压配电网推广应用20kV电压等级供电，是江苏省电力公司实践“增容、换代、升压、优化
3、通道”的发展思路，促进电网发展方式转变的重要举措之一，它有助于降低网损、减少资源损耗、节约土地资源、优化电网结构和提高电网安全运行水平。1 发展20kV系统的重要意义1.1 建设20kV系统的必要性目前我国采用的电压等级主要是500/220/110/35/10 /0.4kV的变电层次，现阶段中压配电网系统以10kV系统为主。这种变电层次在过去几十年我国经济高速发展的时期为电力供应提供了有力的保障。但是，随着我国经济的持续高速发展和人民生活水平的快速提高，在一些大城市和经济发达地区（如我省苏南地区），由于电力需求旺盛、负荷增长迅速且分布相对集中，导致区域负荷密度很高，采用10kV供电的局限性日趋
4、突出。主要表现在：l 110/10kV变电站的容量相对较小，导致变电站布点密度大，对建设场地的要求增加；l 10kV线路输送容量较小，致使出线回路数较多，线行通道拥挤，线路负载重，损耗高，供电电压质量难以保障；l 难以满足高层建筑特别是大型宾馆、酒店、商场、商务办公楼的供电需求；因此，随着社会对电力负荷需求的不断增长，配变电设备布点增加，将加剧电网建设与城市土地资源紧张之间的矛盾，给配网建设带来了巨大困难。针对上述情况，采用20kV电压等级成为可能。在1993年国家公布的GB156-93标准电压中，正式将20kV电压列为标准电压，为简化电压等级，优化电压层次，减少变电层次提供了依据。根据收集的
5、大量国内外配电网相关资料分析，以及我省苏州工业园20kV的使用经验可以得到以下结论：l 为解决高负荷密度地区10kV配电网输送容量小、供电半径短、损耗大、占用大量线路通道资源等问题，推广应用20kV配电网电压等级十分必要。随着我国经济的快速发展，社会对电力的需求不断增大且增长速度快、负荷密度越来越高，继续使用10kV供电必将使变、配电设备数量急剧增加，新建馈电线路走廊越来越困难，配网建设及运行管理面临严峻挑战。因此，提高中压配电网电压等级势在必行。l 通过大量资料分析表明，与220/110/10/0.4和220/110/35/0.4两种变电层次的配电网相比，采用220/110/20/0.4变电
6、层次的配电网经济综合指标最优。综上所述，推行中压20kV电压等级符合国家建设资源节约型、环境友好型社会的要求，利国利民，推广使用20kV等级供电将为我国城市配电网今后的发展提供经验。1.2 20kV系统的优势国内外多年的研究和实践已经证明，与10kV供电相比，采用20kV供电具有以下优点：（1）增加主变容量，提高变电站供电能力受设备热稳定性能的限制，我国10kV电网短路电流限制在20kA以下，这对110/10kV变压器的容量也形成了制约，目前国内常规应用的110/10kV变压器的最大额定容量为63MVA，较难再提高。对采用两卷变压器的变电站，其低压侧短路电流为： 由于系统阻抗（Xs）较小，在短
7、路电流（Id）相同时，低压侧采用20kV电压，其主变容量（Se）可比采用10kV电压时约能提高1倍，有利于减少其布点数量。（2）提高配电线路的送电能力，减少配电线路数量按照城网规划的原则，依据经济电流密度选择导线截面为时，输送功率为：；在不改变原有线路导线规格，即导线截面（A）、经济电流密度（）不变的情况下，则有即：采用相同导线，线路电压（UN）由10kV提升至20kV，送电能力（S）将提高至原来的2倍，有利于减少中压配电线路的数量，节约线路通道用地。（3）增大中压线路的供电半径假设配电线路的供电范围为夹角的扇形，供电区负荷密度为，配电线路的电压降百分数为：在电压降百分比（）相等的条件下，若导
8、线单位长度阻抗（、）、供电范围夹角（）及负荷密度（）不变，线路允许长度：即：电压由10kV提升至20kV后，同样满足线路末端电压质量，供电半径（L）可增至原来的1.6倍，供电面积扩大至原来的 2.5倍，这将有利于扩大110kV变电站的供电范围，降低布点密度。（4）提高中压电网的供电质量根据电压降百分数计算公式：在线路参数和输送功率相同的条件下，20kV与10kV电压降比为：即：电压由10kV升至20kV后，用同样导线输送相同负荷，线路电压压降可减少75，线路末端的电压质量提高。（5）降低中压电网的电能损耗线路功率损耗为：在线路参数和输送功率相同的条件下：即：电压由10kV升至20kV后，输送相
9、同功率，线路电能损耗（）可降低75。据电力部门统计资料显示，近几年电网的线损率呈上升趋势，其中10kV及以下配电网损耗增加是导致全网线损率升高的主要原因之一。提高配电网的电压，可有效降低配电网的电能损耗，给供电企业创造更高效益。（6）节约有色金属当经济电流密度为常量，在输送容量不变的情况下，导线截面只随电压变化，即，则即：电压由10kV升至20kV后，在输送容量不变的情况下，有色金属消耗量可减少50。综上所述，在高负荷密度地区采用20kV供电，能够较好地解决10kV配电电压较低而导致的输送容量小、供电半径短、线路通道拥挤、线损大等问题，并且能够节约大量的有色金属。1.3 江苏省配网现状截至20
10、06年底，江苏省电力公司共有35kV及以上变电所2150座，主变容量合计16685万kVA。配网以10kV系统为主，共有10kV线路12688条，线路总长度186340km，变电总容量9714万kVA；20kV（仅限于苏州新加坡工业园区）线路128条线路总长度613km，变电总容量224万kVA。表1 江苏省电力公司35kV及以上变电所统计情况电压等级变电所数量主变容量（万kVA）地级城区县级城区农村地区500kV232852977220kV24964687512846110kV928574923151418335kV950161660420470总计2150166853751069706表2
11、 江苏省电力公司10kV线路统计情况地区特征线路条数线路总长度（km）线路每条平均长度（km）系统总容量（万kVA）每条线路平均容量（kVA）变压器台数合计12688186340.81814.68639713.77655.814409646市中心5212546.6594.888477.79169.4749354市区244213050.4595.34412460.810076.93656719城镇187313163.6727.02811712.99145.16150957农村7852157580.02820.06875062.36447.136292616表3 江苏省电力公司20kV线路统计情况
12、地区特征线路条数线路总长度（km）线路每条平均长度（km）系统总容量（万kVA）每条线路平均容量（kVA）变压器台数合计128613.3654.7919223.717479.0231821随着城市经济发展，人口不断增加，高层建筑日趋密集，人民生活水平提高，城市电力负荷密度增长迅速，我省10kV配电网已显示其不足。在负荷密度高达3-5万kW/km2时，每1-2km2就要求建一座110kV变电站，这无论从基建投资、变电所选址、线路走廊、运行管理以及降损节能等都不可避免地出现许多难题。采用20kV配电系统可较好地解决如上问题，有着显著的社会效益和经济效益。2 20kV系统的可行性分析2.1 国外20
13、kV系统发展状况早在1948年，美国就部分采用了20.8kV-24.9kV电压，积累了不少经验。随着城市供电负荷的密集，20世纪60年代初，前苏联、法国和德国也开始发展20kV电压等级，如今80欧洲国家的中压配电网均采用20kV-25kV，如意大利、奥地利、保加利亚、波兰等；在拉丁美洲也有些国家采用了20kV作为配电网电压等级，如巴西、阿根廷等；亚洲部分国家和地区也已采用20kV作为中压配电电压等级，如新加坡、韩国、泰国、印度尼西亚、台湾等。目前，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，也列入了IEC标准，经多年建设和运行实践，已具有非常成熟的技术经验。法国是一个电力负荷密
14、度相对较大的国家，当前的输电电压等级为400/225kV，配电电压等级为20/0.4kV。在巴黎市区有37个225kV/20kV变电站，变电容量4320MVA，其20kV电缆线路有800条，共5300km；225kV变电站低压侧接线方式采用单母线分段方式，每个变电站出4条20kV馈线，每条馈线由6条电缆组成，每条馈线设计容量40000kW，每条电缆设计容量7000kW，馈线最大负荷能力为20000kW，负载率约50%，两变电站之间利用电缆相连实现手拉手结构，市区环网。而在市区中压配电网形成20kV三回路环形结构网，一条馈线的6条线路覆盖一条街道，所带负荷户数约为1万2万户，公用变压器挂在两条电
15、缆上，一主一备双回路供电，互为备用，提高其供电可靠性。在意大利，除米兰市、罗马市和都灵市以外，ENEL集团配电公司负责其他各区域的供电。ENEL配电网中压电压等级主要为20kV，中压配电容量主要为200/400/800kVA，中压线路有20000条，20kV线路主要采用电缆，电缆化率已达到40%，并逐年提高比例，每条线路长度约为1016km（包括分支线），其供电可靠性达到99.991%，取得了较为显著的经济效益和社会效益。2.2 国内20kV系统发展状况1993年，中国和新加坡在苏州联合开发了高新技术区苏州工业园，电力负荷密度较高约为30MW/km2，预测远景负荷密度为50MW/km2，经苏州市电机工程学会和中国电机工程学会供用电专委会对配电电压等级的论证，决定采用20kV配电系统，于
