20kV電壓等級應用的探討

摘要：介紹了我國現中壓配電網發展狀況，通過對20W電壓等級經濟性分析。指出發展中壓20W電壓等級較現行的10W配電制在降低網損、提高送電距離和輸送容量、減少線路走廊用地等方面效益顯著。電力部門應積極研究，各地可因地制宜，根據具體情況，逐步過渡。

關鍵詞：20kV 中壓配電 電壓等級

1 中國中壓配電網發展狀況

目前我國中壓配電網普遍采用10kV電壓等級供電。這是在我國電力負荷水平較低的背景下逐步形成的。多年的運行實踐表明在特定發展階段是適合我國國情的，對促進電力工業的發展、保障安全供電起到了較大作用。隨著我國經濟的高速發展。電力負荷呈迅猛增長態勢。經濟發達地區及城市工業區附近的負荷密度迅速增高，越來越明顯地暴露出我國現有大中城市供配電網絡己不適應經濟發展和城市現代化建設的需要。目前，在我國的一些大中城市，負荷密度已達30-50MW/km^{甚至更高。在這種情況下，繼續采用10W配電網供電顯得勉強：}

1.1 受負荷大小與供電半徑約束，每平方公里需要建1-2座110kv降壓變電所。部分地區原有配電網絡的供電能力不足，亟待擴建配電變電站，在電力負荷增長較快地區，負荷的增加導致擴建配電變電站成為必須。

1.2 受供電電壓與導線截面約束，10W配電線路數目巨大。因而在設備投資、基建占地、線路走廊、網架結構、運行管理以及降損節能等方面都不可避免地出現許多難題。

1.3 配電網損耗過高。隨負荷的迅速增加。損耗呈快速增加態勢。

此外，城鄉電網的不斷擴大及密度的迅猛增加，逐漸暴露電網配網等級、變電層次、布局結構等方面的不適應與不合理性?，F行的配電系統從供電能力、供電距離及線路損耗等方面均難以適應負荷發展的需求。

2 國內外20W配網運行的概況

目前，世界上已有數十個國家和地區將20kV電壓等級作為中壓配電網的標準電壓，并已列入國際電工委員會標準，具有非常成熟的技術和經驗。

1948年開始美國部分地區采用20W電壓，法國和德國自20世紀60年代開始統一采用20W配電網。其他歐洲國家如意大利、奧地利、保加利亞、波蘭、匈牙利等(占歐洲80％)也大都采用20～25W作為中壓電。在亞洲，包括新加坡、韓國、我國臺灣等國家和地區已采用20W中壓配電。

在我國，20W電壓等級早在1993年就已經被納入我國的標準電壓等級，而且一直以來國內很多專家學者都呼吁把大中城市的配電電壓升級到20kV的電壓水平。但是迄今為止該電壓等級還沒有得到很大的應用。只有在部分地區應用。如遼寧省本溪市南芬區農電局自2003年4月至2004年4月，對南芬變電站原66/10W進行了升壓至66/20kV的改造。1996年6月至2005年底，江蘇省蘇州工業園區中已建有2個220kv變電站(220/110/20kV)和3個110kV變電站(110120kV)，總容量為1161MVA。上海軌道交通、地鐵和輕軌均采用20kV中壓配電電壓等級。以上工程從當初的策劃，到設備的選用，再到現在的運行，可以說一切進展都比較順利，事故率低、可靠性高、網損率也較低。

3 20W配電網的經濟性

與傳統的中壓配電網相比，20W配電網具有以下優勢。

3.1 簡化電壓層次由于增加變電層次會導致建設投資及網絡損耗的增加(有分析與計算結果顯示，每經過一次變壓，有功損失會增加2％～3％)，因此很多城市都在力求減少變壓層次，如很多城市已經在限制35kv電壓等級的使用。如果采用20W電壓等級的話，就可以直接用220/20kv或者110/20kv降壓。從而減少變壓層次。隨著20kv電壓等級的推行，對于城網配電來說，還可以考慮逐漸把10W甚至35kV電壓簡化掉，把電壓等級簡化為220/110120/0.4W四級電壓。

3.2 電網容量、電損耗、供電半徑、材料節省的優勢。

從理論上說，20W與10kv配電電壓相比較，在其它條件不變情況下，其配電網容載比可提高一倍。

3.3 提高電壓質量經過計算可知，在同樣輸送功率條件、同等導線截面和架設方式下，20W電壓損耗較10kv減少一半，可保證更好的配電網電壓質量。

3.4 提高供電能力，增加供電半徑經過簡單計算可知，在同等導線截面和架設方式下，20kV配電供電能力較10W提高1倍。其次在同等容量情況下，供電半徑可擴大一倍。

3.5 減少桿塔和變電站的布點密度，節約土地資源在額定電流與短路電流分別相同的條件下，采用20Kv比采用10kV可擴大變電站1倍的容量。在同一地區可使降壓變電站的數量減半，從而減少投資成本。同時變電站配電出線回路數也可減半，可避免由于出線過多帶來的通道路徑困難問題。也減少城網的桿塔數及其占地數量。

20kV與10W電壓同處于中壓電壓等級，技術要求并無多大差異，僅線間距離及導線對橫擔或桿塔等的要求略大些，實施起來并不困難，僅需將線間距離由0.9m增至1.15m，在升壓改造時只需調換瓷瓶與橫擔即可。新建線路按20W電壓等級標準選擇瓷瓶、橫擔、配電變壓器，增加費用不大，但經濟效益、節能效果顯著。對需要新建變電站的地方應建110W變電站。選用110/20kV變壓器，直接降至04kV電壓，可避免35/10/04kV兩次降壓，減少了變電層次，降低電能損耗，節約設備投資、年運行費及維護工作量，減少電力設施所占的通道及土地面積。

4 推行20kV配電網的制約因素

配電電壓等級的選用涉及面非常廣，受本地區電網歷史發展的影響很大，同時也受配電網現有運行維護技術和管理人員思路等方面的限制，受到的制約因素很多。

4.1 中壓配電網在電網中起著承上啟下的橋梁作用，在負荷密集區引入20W電壓就要對對110kV變電站主變和中壓配電室進行更換改造。但是在高密度負荷中心區，如此規模的改造在經濟上是不可行的。在技術上做好過渡方案也是難以保證的。

4.2 配電網是電網的末端環節。要過渡到20kV電壓等級，用電客戶的設備資產改造勢在必行，讓客戶自身投資進行改造難度太大，因此20W電壓等級推行單位可能要出臺相關政策或由電力公司投資對客戶設備進行改造。

4.3 國內缺乏20W電壓等級建設運行經驗。雖然20kV電壓配電技術成熟，但仍有一些基礎性的技術問題如變電站中性點運行方式、配電變壓器的接線方式等需要進行應用研究。

電網大規模過渡到20kV電壓是一件極為困難的事，即使現在下決心推廣也可能需要比較漫長的時間才能實現過渡，過渡過程只能是由小區域逐步擴大供電面積。

5 結語

20kV配電具有非常優越的經濟性、技術性，是配電網發展趨勢之一，雖然新增加一個電壓等級的制約因素很多。但近年來國民經濟的快速發展和電力負荷的迅猛增長，各地區各類型開發區的不斷建設以及電網公司電網建設投資規模的加大。20kV配電設備的小型化等為20kV電壓等級的應用提供了歷史機遇。但是需要注意以下方面：①針對城市負荷密度比較高(如工業園區、市商業中心等)和農村負荷密度低且較分散的情況，宜采用20kv配電電壓。②對于20kV配網的邊緣地區或與10kV配網的交界處，采用哪種配電電壓，應根據經濟效益來確定，不要按區域“一刀切”。③城市電網已建成10kV配網，特別是通過近幾年的城網改造。供電能力已強的地區，無，必要再將10kV配網改造為20kv配網。

由于現全國大部分地區缺乏20kV電壓等級建設運行經驗。因此建議考慮在一定范同內進行20kV配電電壓等級試點工作時，試點范圍的選擇優先在將來負荷密度較大的城市新興區域。特別是目前電網較已規劃為高新技術或經濟開發區的區域，也可存局部農網進行試點，范圍不宜太小，以免影響區域內客戶的供電可靠性。