中壓配電網電壓序列優化改造及應用

朱重希

（浙江省嘉興桐鄉市供電局，浙江 桐鄉 314500）

1 引言

電壓序列就是電壓等級的排列。電壓序列優化就是把各個電壓等級進行整合。中壓配電網是高壓輸電網和億萬終端用戶之間的橋梁，目前我國中壓配電網主要采用的是10kV和35kV兩個電壓等級，其中最多的是10kV配電網絡。2008年，國家電網公司將20kV電壓等級納入了電網系統輸配電序列。當前，對中壓配電網電壓序列優化改造已迫在眉睫。桐鄉市為浙江省惟一一個全境改造的縣，桐鄉市供電局肩負著重大的改造任務?；诖耍疚慕Y合桐鄉市供電局中壓配電網改造的經驗進行探討。

2 改造的意義

2.1 經濟效益

（1）節約損耗。10kV升壓至20kV后，電壓上升一倍，電流下降一倍，而線路損耗下降至原來的1/4。

所以，在相同線路輸送相同的功率時，線路損耗 Δp與電壓成反比。

單就桐鄉市來講，按2009年電量計算，約有1.27億kW·h的損耗，改造后可下降到約0.95億kW·h損耗，這意味著可以減少大量的煤耗（炭排放），起到了節能減排的良好作用。

（2）節約土地資源。近年來，桐鄉市的用電需求急劇增長， 2010年的負荷較2000年增加了5倍。改造前，10kV線路有400多條，分布密度為8.6km/ km2。根據規劃，到2030年負荷將達到飽和狀態，最高負荷約為300萬kW。若仍以10kW為配網供電電壓，到時將需新增110kV變電所26座，10kV線路分布密度將達13.8km/km2。

而采用 20kV供電后，若滿足相同的電壓損失限值，在輸送容量增加1倍的情況下，其供電半徑還可以再擴大1倍。

這樣以來，根據計劃，到2012年的電源布點完成后，現有的 10kV線路升壓改造后即能滿足用電的需求。如果計算上線路的通道的話，可節約土地約10km2。

2.2 社會效益

（1）供電方式靈活、可靠性提高。改造前，客戶用電容量大于2000kVA后，就要架設專線供電。采用20kV供電后，增加了供電容量。

在原來線路導線線徑不變的情況下，導線在環境條件下的持續載流量I20=I10，這樣使供電容量增加1倍，用戶的用電容量在6000kVA后才需要架設專線。從而，降低了用戶的用電投資成本。同時，供電的可靠性有了很大提高，得到了用戶認可。

（2）電價降低，讓用戶滿意。

采用 20kV供電后，除居民生活用電外，其他四大類用電客戶（大工業、一般工商業、非工業、農業）均下降了2分錢，這樣用戶的電費支出下降，生產成本也下降了，提高了企業的競爭力，客戶更加實惠、滿意。

3 電壓序列的優化及網架結構改造

3.1 電壓序列的優化

根據論證，中壓配電網電壓序列優化方案是將10kV升壓為20kV，逐步取消35kV電壓等級。最終就是取消35kV與10kV兩個電壓等級，合并成20kV一個電壓等級。

3.2 網架結構改造

桐鄉市原來的的電網通過雙電源手拉手建設，保證線路之間的聯絡供電。在10kV供電時，由于供電能力的限制（線路已重載、超載），即使在聯絡后，線路末端的用戶用電也得不到保證。如圖1所示。

改造后的供電方案是：采用 20kV供電改造，在原有網架結構的基礎上，再加裝分斷開關，這樣，以后的線路檢修就可以分段進行，同時，大大提高了用戶的供電可靠性。如圖2所示。

圖1 雙電源手拉手供電方式

圖2 加裝分斷開關的改造方案

根據文獻[1]的計算結論，雙電源手拉手環網（電纜）接線方式其供電半徑與線路最優分段數的對應關系如表1所示。

表1 雙電源手拉手環網接線供電半徑與線路最優分段數的對應關系

基于此，結合桐鄉市手拉手環網接線方式的實際情況，按照等距離、等負荷、等用戶的原則，對20kV線路進行分段，因為平均每條線路長度不大于3.6km，線路分段平均2～3段/條。

4 設備的改造

改造前，中壓電網均以中置柜為主。為了降低用戶的改造投資，改造中進行了重新的設計，包含了環網柜（負荷開關柜、真空斷路器柜）供電方式、中置柜供電等方式。

4.1 總體改造措施

對設備的改造，經過論證和試驗，按照表2所示的措施完成。

4.2 變壓器的等容量升壓改造

通過更換高壓線圈、高壓套管、主絕緣材料等措施實現10kV配變的等容量升壓改造。

表2 設備改造的總體措施

①更換高壓線圈，且線圈間采用新絕緣材料，以增加線圈間的空間，減少絕緣材料數量；線圈的端絕緣采用階梯況結構設計，用以增加線圈之間的絕緣距離。

②增加高低壓線圈間紙筒的高度來增加爬距。

③更換分接開關，滿足20kV等級的要求。

④套管采用全絕緣連接組件方式，以解決套管間距離可能不夠的問題。

⑤高低壓線圈端部增加正反雙向小角環，高低壓線圈做角環，這樣在不增加距離的情況下，減小了高低壓之間的電場強度，使高低壓之間不會產生爬電現象，提高了變壓器的主絕緣。

⑥在線圈外徑包上新絕緣材料，降低線圈離油箱之間的電場強度，滿足主絕緣的要求，

⑦更換絕緣油。

4.3 GAE環網柜的改造

（1）負荷開關柜(K柜) 的改造

1）帶電顯示器及電壓傳感器為 10kV/20kV通用，不需要調換。

2）調換避雷器。

3）調換電纜頭附件。不管采用新電纜或是原電纜升壓運行，原電纜頭附件均需更換。

4）改造不調整原CT變比；若原CT有缺陷，則應更換所有CT，CT的型號、變比同原安裝CT；在增加 CT的情況下，需增加的二次接線及二次端子。其中二次線應從CT到柜內端子再到電流表。

5）如果開關柜原來為電動操作的，操作電壓為DC 24V。已滿足要求，不需更換；如果原開關柜為手動操作，則需加裝電動操作機構。

（2）負荷開關－熔斷器組合單元（TS單元）

調換熔斷器，由原SFLDJ-12改為SFLDJ-24，安裝在熔斷器室。其他改造內容同負荷開關柜(K柜)的改造。

4.4 中置柜的改造

用戶側存在大量KYN系列型的12kV金屬封閉移開式開關設備，針對這種柜子作以下改造：

（1）對柜子進行灰塵清除，對緊固件進行檢查處理。

（2）去除接觸面處的氧化層，先用酒精清除，再用沙布的背面擦拭；檢查各觸頭，清除污漬后涂上中性工業用凡士林。

（3）檢查各導電部件上有無尖角，進行圓角處理，盡量規整導體部件均勻電場。

（4）在空氣凈距≤180mm帶電部件和導電部件之間安裝厚度為 5mmSMC絕緣隔板。考慮到電場中不同介質的場強梯度，在安裝時注意高壓導體與該絕緣板間保持不小于45mm的空氣間隙。安裝SMC絕緣隔板位置主要有：①接地開關JN15相間及A、C相對地的殼體上；②電壓互感器小車的電壓互感器高壓端相間及對地；③其他帶電體間及到殼體間小于180mm以上者。

（5）KYN柜靜觸頭盒更換成10kV大爬距；增大靜觸頭至金屬安裝板的爬電距離，上下活門在原金屬表面加封耐高壓的熱縮護套，保證斷路器在試驗位置時隔離斷口間的及靜觸頭對金屬活門的耐壓值。

（6）在安全距離達不到 180mm又無法安裝SMC絕緣板的帶電部件上安裝高壓絕緣護罩，如母線室的主母排、主母線與分支母線及搭接處、左右聯絡母排與分支母排及搭接處、電纜與母排搭接處。

4.5 電纜的改造

10kV電纜的升壓改造，目前國家尚沒有類似的標準，針對 8.7/15kV及以上絕緣水平的10kV電纜可以進行如下升壓改造：

（1）經評估、試驗確定可以升壓的電纜線路，升壓前應更換所有10kV電纜附件。改造后應進行有關絕緣耐壓試驗，且電纜升壓線路應避免過負荷運行。

（2）對于整體更換的電纜線路，應按照 20kV電纜線路標準選用。

5 建議

（1）針對每一種改造，應抽樣進行型式試驗（包括例行試驗(出廠試驗)和現場試驗），以確保改造方案的可行性。

（2）配網自動化的實施的發展，改造完后，設備應具有遙測（電流、電壓、功率等）、遙控（進出線單元），遙信（負荷開關狀態、地刀狀態、熔斷器狀態等）回路，以方便今后配網自動化的實施。

（3）改造完后，至少環進、環出單元需具備電動操作功能，且操動電源要求為直流110V電源驅動。

（4）改造完后，設備電氣參數應達到電源中性點經小電阻接地系統的 24kV環網柜的要求，同時必須通過現場試驗的檢驗。

6 結論

中壓配電網電壓序列優化改造在桐鄉市得到了實施，從而有效的降低了電網損耗，促進電力工業實現節能減排的目標。相信，未來其他地區也必將主網10kV升壓至20kV，中壓配電網電壓序列優化改造將會成為成就綠色電網的一種非常重要的技術手段。

[1] 葛少云，張國良，申剛等.中壓配電網各種接線模式的最優分段[J].電網技術,2006,30(4):87-91.