20 kV配電網在杭州灣上虞工業園區的應用

孫燕軍

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

隨著電力需求的迅速增長，10 kV配電網已逐漸無法適應高負荷密度區域的發展需求。國內外電網發展經驗表明，20 kV比10 kV電壓等級在輸送容量、輸送距離、供電質量、節能降損和節約變電站站點、線路走廊等方面都具有明顯優勢，已有很多先進國家和地區采用了20 kV的配電網，具有成熟的設備制造和運行經驗，國內江蘇蘇州工業園區也有多年成功試點經驗。

杭州灣上虞工業園區處于杭州灣南岸，規劃區總面積275 km2，是一個新興的工業園區，地塊相對獨立、完整。根據開發區總體規劃定位，區內以中小型工業企業為主，具有平均報裝容量大、直供負荷比例高、供電可靠性有特殊要求等特點，預計遠期負荷密度較高，具備開展20 kV電壓等級試點條件。此外，該地區現有10 kV配電網規模小，改造費用少，對形成相對獨立的20 kV供電區域非常有利。因而該地區適宜建設20 kV配電網。

1 20 kV配電網規劃主要技術原則

1.1 電壓等級及主變壓器容量

電源電壓為220 kV和110 kV，中壓配電電壓為20 kV，低壓配電電壓為380/220 kV。

220/110/20 kV主變壓器容量宜在240 MVA及以上，20 kV繞組容量不小于50%；110/20 kV主變壓器容量一般應選用80 MVA。

變電站初期為2臺主變壓器，遠期3臺主變壓器。

變電站20 kV配電系統母線短路電流水平應不大于25 kA。

1.2 電氣主接線

220 kV變電站20 kV采用單母線四分段環形接線方式。

110 kV變電站初期采用內橋接線，20 kV采用單母線四分段環形接線方式。

110 kV變電站遠期采用“內橋+線路變壓器組”接線方式，20 kV采用單母線六分段環形接線方式。

1.3 網絡結構

110 kV電網初期采用手拉手結構和雙側電源雙T結構（見圖1，2）。

110 kV電網遠期采用四線兩變結構（見圖3）。

圖1 手拉手結構

圖2 雙側電源雙T結構

圖3 四線兩變結構

20 kV架空線路采用環網接線開環運行方式。20 kV電纜線路采用單環網和雙環網結構。

1.4 中性點接地方式

杭州灣上虞工業園區近期規劃方案和遠期規劃方案線路類型為架空和電纜混合線路。在近期規劃方案中，通過對各變電站20 kV系統的電容電流計算得知，各變電站20 kV系統的電容電流均小于150 A。而遠期上虞工業園區20 kV配電網有可能采用全電纜，大多數情況下單臺主變壓器20 kV出線電容電流將大于150 A。因此，中性點近期采取經消弧線圈接地，遠期采用經低電阻接地。

1.5 用戶接入

用戶申請容量在30 MVA及以下者，應采用20 kV電壓等級供電。

（1）單回路申請容量為8 000 kVA及以上時，應從變電站新建線路供電。

（2）單回路申請容量為8 000 kVA以下時，可根據用戶的申請容量及配電網絡的實際情況，通過調整線路負荷，以架空T接或從開關站、環網柜以電纜方式就近接入。

（3）單回路申請容量在 4 000～6 000 kVA， 且滿足接入條件的情況下，可優先從開關站或環網柜接入。

用戶申請容量在16～30 MVA時，宜采用多回路供電。

2 配電網升壓改造策略

2.1 供電側升壓改造策略

在已有的站點內進行擴建。基于負荷發展，需要在已有的變電站內擴建主變壓器時，宜將20 kV電壓等級引入新增主變壓器的低壓側，為20 kV供電區域提供電源。

對于已有區內分布的110/35/10 kV主變壓器，可以通過技術手段將中壓側改造為20 kV，即成為110/20/10 kV主變壓器，既可為20 kV供電區域提供電源，又能為暫不實施升壓的區域繼續提供10 kV電壓等級供電。

2.2 客戶側升壓改造策略

根據周邊供電網絡的建設情況以及用戶的性質，可將用戶分為4類，見表1。

表1 用戶分類情況

（1）對于A類用戶，供電網絡與用戶滿足同時升壓的條件，可以同時升壓。

（2）對于B類用戶，供電網絡已經具備升壓條件，用戶側設備尚需要以10 kV電壓等級供電，此時，可以暫時采用20/10 kV聯絡變壓器為原用戶供電，待用戶側的設備使用壽命達到規定年限而需更換時，直接更換為20 kV電壓等級的設備。

（3）對于C類用戶，供電網絡尚不具備升壓條件，但用戶側已具備升壓條件，此時可通過以下兩種方式進行改造。

方式一：用戶側設備按照20 kV等級進行選型，先降壓運行，待整個供電網絡具備條件時，再按20 kV運行。

方式二：采用10/20 kV聯絡變壓器將10 kV線路升壓至20 kV，為用戶供電。

（4）對于D類用戶，供電網絡和用戶均不具備升壓條件。若用戶側設備使用年限未到規定年限，則暫不升壓，維持10 kV等級供電，待條件成熟后再實施升壓；若用戶設備已經達到或超過規定年限，可先更換為20 kV設備，并降壓運行，待整個供電網絡升壓后再按20 kV運行。

3 杭州灣上虞工業園區20 kV配電網規劃

依照上述技術原則進行配電網規劃，規劃分為2個層次，即針對杭州灣上虞工業園區進行110 kV配電網規劃和對區內的拓展區進行20 kV配電網規劃。

應從中壓配電網角度提出需求，依據需求來規劃站點、網架和走廊，根據站點進行中壓配電網規劃。

3.1 110 kV配電網規劃

截至2008年底，該區有220 kV變電站1座，容量360 MVA；110 kV變電站3座，總容量200 MVA。其中110 kV精細變電站由虞北變電站的2回110 kV線路構成雙輻射供電，110 kV虞北變電站、蓋北變電站由虞北變電站的2回110 kV線路構成“兩線兩變”供電。

區域內主要存在變電容量不足、220 kV電源點單一、110 kV網絡結構不夠堅強、變電站負載重等問題。

在對國內成熟工業園區負荷調查的基礎上開展了空間負荷預測，預測杭州灣上虞工業園區遠景最大負荷約為3 009 MW，負荷密度為18.8 MW/km2。

至遠景年，杭州灣上虞工業園區共需220 kV變電站8座，110 kV變電站24座，全部形成四線兩變結構，如圖4所示，構建堅強可靠的110 kV配電網。

圖4 遠景年110 kV規劃方案

3.2 拓展區20 kV配電網規劃

拓展區內共計4回10 kV線路，即緯一線、展望線、秦燕線和世丘線。在確定采用20 kV電壓等級后，需考慮已有10 kV供電網絡的升壓改造和用戶接入問題。

采用用戶報裝與空間負荷預測相結合的方法，預測拓展區2012年負荷約223 MW，遠景負荷約615.15 MW，負荷密度為18 MW/km2。

拓展區配電網規劃近期應著重解決10 kV網絡向20 kV網絡過渡及報裝用戶供電問題，遠景側重于20 kV網架的構建。

遠景年，杭州灣上虞工業園拓展區將擁有20 kV線路共94回，公用線路70回，用戶專線24回，開關站35座，最大供電能力達到1 022 MW，20 kV能夠滿足負荷發展需要。

4 10 kV升壓至20 kV方案

拓展區內110 kV杭灣變電站于2010年12月底投產，而據園區管委會提供的資料，陽光集團、頤禾光電和金盾集團用戶將先于110 kV杭灣變投產，為C類用戶，因此需要對該類用戶制定過渡方案。制定了2種過渡方案，在技術經濟比較后給出了推薦方案。

4.1 過渡方式一

利用已有的4回10 kV線路，用戶側設備按照20 kV等級選型、設計，先降壓運行，待20 kV電源（杭灣變電站）建成時，再按20 kV運行。

方式一時，用戶需采用20/10 kV雙電壓變壓器及相應設備，用戶投資增加約10%，維護量相對增加，但供電企業投資少。為構建20 kV標準化配電網，不推薦方式一。

4.2 過渡方式二

利用已有的10 kV韋一線、展望線，設置10 kV/20 kV變壓器，將已有10 kV線路升壓至20 kV，然后接入用戶，用戶側設備按照20 kV等級選型、設計。此外，在杭灣變電站投產前約有20 MW負荷，韋一線、展望線供電能力有限，需從蓋北變電站、精細變電站新出線路，設置10/20 kV變壓器，將線路升壓至20 kV，線路按照20 kV設計，接入用戶。

在方式二下，用戶完全按照20 kV標準設計，一次到位，不增加用戶投資，供電企業有一定投資，主要為聯絡變壓器，但聯絡變壓器在該區110/20 kV變電站投產后可輪換至其他區域使用。為構建20 kV標準化配電網、減少用戶投資，推薦方式二。

在緯一路、經一路交叉口處設置10/20 kV變壓器，將10 kV緯一線、展望線升壓至20 kV，沿用原10 kV緯一線走廊。

杭灣變電站投運后，20 kV網架實現平滑過渡，避免了重復、無序建設。

5 20 kV電壓等級應用成效分析

（1）提高供電能力和供電范圍。20 kV供電能力比10 kV增大100%，在同等條件下供電距離可較10 kV延長一倍。

（2）提高電壓質量。當電壓由10 kV升至20 kV后，在負荷不變的條件下，電壓降可比10 kV減少75%；當負荷增加一倍后，電壓降可比10 kV減少50%。

（3）降低線損。通過線路損耗計算可知，電壓由10 kV升至20 kV后，在負荷不變的條件下，功率損耗可降低75%。

（4）節約有色金屬。經濟電流密度為常量，電壓由10 kV升至20 kV后，在輸送容量不變的情況下，有色金屬消耗量可減少50%。

（5）減少投資。由于20 kV供電容量相對較大，可以比采用10 kV供電時減少電纜、開關站、變配電房等配電設施和電氣設備，從而減少投資，減少征地，減少運行維護費用，降低運行成本。

（6）節約土地。當采用10 kV作為中壓電壓等級、主變容量為50 MVA時，需建設39座110 kV變電站；而采用20 kV作為中壓電壓等級、主變容量為80 MVA時，需建設24座110 kV變電站?？蓽p少15座變電站，節約了大量的土地資源和線路廊道。參照相關典型設計，可減少110 kV變電站占地面積63 000 m2，減少110 kV線路廊道占地面積2 250 000 m2。

另外，110/10 kV方案需要10 kV中壓出線間隔772～993個，而110/20 kV方案只需20 kV中壓出線間隔386～490個，可節省約50%的中壓出線間隔和通道資源。

（7）提高用戶接入的靈活性和經濟性。20 kV用戶報裝容量可以達到30 MVA，為大客戶提供了更加靈活和經濟的接入方式。

（8）在電網投資方面，采用20 kV電壓等級時，中壓配電網建設投資大約可減少5.97億元，約占10 kV配電網投資的9.35%。

6 結論

杭州灣上虞工業園區采用20 kV供電是經濟、必要和可行的，園區將繼續遵循“積極、穩妥、適度超前”的指導意見和“總體規劃、分步實施、逐步實現”的推進原則，在現有20 kV配網建設成果基礎上，加快園區275 km2的20 kV配電建設與改造工作，為園區經濟社會發展奠定堅實基礎。

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