海島地區實施20 kV配電網的思考

鄭新龍，李世強

（舟山電力局，浙江 舟山 316000）

隨著海島社會和經濟的飛速發展，用電量快速增長，特別是在人口密集區和開發區，負荷密度不斷增加，以10 kV為主的中壓配電系統供電能力明顯不足，迫使變電站布點和出線回路數量增加，這不僅加大了建設投資，還導致了電能損耗的增加。國內外實踐證明，局部采用20 kV配電網是可行的，能有效解決上述問題，宜積極開展論證和規劃研究。

1 海島地區電網的特點

1.1 海島電網的一般性問題

部分海島電網因孤立分散，經濟效益與供電可靠性較差，設備陳舊、能耗大、成本高，影響了海島的經濟發展。

新建變電所選址困難，進線走廊用地困難、征地難、拆遷更難，規劃變電所大多位于供區邊緣地帶，偏離負荷中心，導致供電半徑過大。

變電所出線電纜管道、架空走廊有限，架空走廊和市政景觀要求存在一定矛盾。

隨著海島電網的不斷發展，部分節點10 kV短路容量超標，威脅系統可靠性。

1.2 開展20 kV配電網建設的條件和優勢

（1）部分中壓配網還不完善，特別是部分新興開發區的10 kV網絡非常薄弱，負荷規模較小，用戶數量不多，網絡亟需升級改造，適合進行20 kV網絡建設。

（2）20 kV配電網的引入可以減少變電所數量，有效緩解變電所出線走廊緊張、電壓等級匹配不合理等問題，加速淘汰35 kV電壓等級。

（3）大中型用戶的供電方案更加科學合理，優化中壓網絡布局，提高供電可靠性。整體上提高電網建設的經濟性，以利于節能降耗。

2 實施20 kV配電網的優勢

2.1 供電能力提高

10 kV供電半徑短，損耗大，供電負荷小，負荷密度大時上述缺陷更為明顯；20 kV供電半徑較長，損耗小，供電負荷大。

在同樣的供電半徑條件下，應用相同截面的導線，20 kV線路的輸送功率可比10 kV大1倍；在相同的負荷密度下，20 kV的供電半徑約為10 kV供電半徑的1.26倍，供電面積約為10 kV的1.6倍。

不同電壓等級架空線路和電纜的供電距離及輸送容量見表1、表2。

表1 架空線路供電距離及輸送容量

表2 電纜線路供電距離及輸送容量

2.2 網絡損耗減小

假定電網升壓前后輸送功率不變，有功損耗可按式（1）計算。

20 kV與10 kV相比，在輸送同樣功率條件下，線路電流可降低50%，則線路電能損耗可降低75%。

3 20 kV配網實施的困難及策略

3.1 區塊劃分及建設原則

3.1.1 10 kV電網成熟區塊

該類區塊負荷增長趨于穩定。10 kV中壓配電線路主要為電纜，目前已形成手拉手環網接線、開環運行的成熟配電系統，短時間內對其配電網進行大規模升壓改造代價太大。

對該類區域的建設原則為：短期內電壓等級暫維持10 kV不變，不對已成型的配電網作大規模改變，可采用增容改造等方式以適應負荷的增長。建議在電力設備達到壽命周期后再逐步引入20 kV電壓等級。

3.1.2 中壓配電網空白或薄弱區塊

老城區外的新興工業園區、開發區、居住區，其地塊相對獨立、完整，預測負荷密度大，地塊內暫無變電站布點，配電網較薄弱。

對該類區域的建設原則為：全面推廣應用20 kV電壓等級，逐步發展壯大20 kV配電網絡。

3.1.3 其余區塊

除上述以外的區域，10 kV配電網已具備一定規模，但配電網結構已不能適應負荷發展，可劃分為20 kV與10 kV混供區域。

建設原則為：在20 kV與10 kV混供區域，新報裝用戶原則采用20 kV接入、降壓運行的模式，限制10 kV接入。在20 kV和10 kV共存期間，將運行壽命到期的10 kV設備逐步更換成20 kV，通過不斷縮小10 kV配電網的供電區域，最終完成20 kV中壓配電網的構建。

3.2 新建20 kV配電網的困難

實施20 kV配電網的最有利條件就是在規劃110 kV降壓變電站時就考慮采用20 kV電壓等級供電，需要單獨劃出特定的區域進行20 kV供電，不與外部10 kV網絡發生聯系，這在實際電網中往往難以做到。

配電網過渡到20 kV電壓等級的主要限制因素有：

（1）由于中壓配電網起著承上啟下的作用，因此在負荷密集區域引入20 kV電壓等級時要對110 kV變電站主變壓器和中壓配電室進行更換改造，對中壓配電網進行全面徹底的改造。

（2）配電網是電網的末端環節，要過渡到20 kV電壓等級，必須對用電客戶的設備資產進行改造，因此存在一定難度。

（3）一般海島地區無20 kV電壓等級建設運行經驗，人員技術力量不足。雖然20 kV電壓等級的配電技術已成熟，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。

（4）由于多年來的建設改造，10 kV配電網已形成規模，10 kV用戶較多且分布廣泛，一次性徹底改造為20 kV配電網的難度較大，且周邊區域沒有可轉供的20 kV電源，不可能將現有變電所全部停運進行改造。因此10 kV配電網過渡到20 kV配電網是一個長期的循序漸進的過程。

3.3 對策

3.3.1 已有變電站的主變壓器逐臺改造

對同一變電站的2臺主變壓器可逐臺改造升壓為20 kV，改造后主變壓器采用110/20/10 kV電壓序列，同時滿足10 kV和20 kV用戶的需求，通過10/20 kV聯絡變實現10 kV用戶與20 kV用戶的聯網。改造步驟如圖1所示。

3.3.2 新建站點改造

對目前的10 kV用戶仍由10 kV系統供電，近期不做改造，待時機成熟后再改造成20 kV線路供電。對新用戶全部由新建的110/20 kV變電站供電。改造步驟如圖2所示。

3.3.3 線路改造實例

以10 kV豐行731線路為例，線路示意圖見圖3，分析線路改造的策略原則和實施步驟。

圖3 某10 kV線路示意圖

（1）策略原則

對線路進行最優分段，合理選擇聯絡變，如表4所示，每段線路配變容量不宜大于2 500 kVA。

表4 配電容量和聯絡變容量

（2）實施步驟

先將第四段10 kV線路（圖4中虛線部分）升壓改造為20 kV，更換配電變壓器13臺，20 kVA和30 kVA配電變壓器采用20 kV單相變。加裝20/10 kV聯絡變1座，容量為630 kVA，與尚未改造的第三段線路連接。

第二步是升壓第三段線路，因第三段線路的用戶容量較大，可將第三段線路分為兩段，逐段升壓改造。先將第三段右半部10 kV線路（圖5中虛線部分）升壓為20 kV后再更換配電變壓器，20 kVA和30 kVA配電變壓器采用20 kV單相變。將20/10 kV聯絡變從第四段調整到第三段分段處，與未升壓改造段線路連接。

圖1 主變壓器逐臺改造升壓

圖2 新建站點改造

按此步驟對其他線路從右向左逐步升壓改造，直至完畢。

圖4 升壓第四段線路

圖5 升壓第三段線路

4 結語

與10 kV配電網相比，20 kV配電網的投資低、網損小，實施配網改造適應性強，可以提高供電能力、擴大供電半徑、減少線路走廊，在海島配電網建設中具有明顯優勢，可以分區、分步實現20 kV堅強海島電網的建設。

[1]司大軍，孫向飛.20 kV配電網優越性分析及應用研究[J].云南水力發電，2008，24（6）∶80-84.

[2]姜祥生，汪洪業，姚國平.蘇州工業園區20 kV電壓等級的實踐[J].供用電，2002，19（6）∶9-111.