20kV配電網規劃

摘 要：隨著電網的迅速發展，20kV配電網的出現可以有效破解電網建設與土地資源利用矛盾，是打破10kV配電網發展瓶頸的一個有效選擇，很多西方國家在幾十年前已經根據城市規模采取了20kV配電網作為中壓配電網，我國1992年將20kV列入標準電壓，現在20kV供電已經在國內部分試點取得了成功，獲得了良好的運行經驗，可在全國大部分地區推廣。文章從電網規劃角度，對10kV配電網向20kV配電網轉變提供系統的規劃思路的實施方案。

關鍵詞：20kV；配電網；電壓質量；電網規劃

1 隨著經濟發快速發展，電力負荷大幅增加，負荷密度越來越高，供電范圍不斷擴大，增加配電網容量是目前電網突出的問題。在一些人口密集、經濟發達的中心城區和新開發區，隨著電網的快速發展，負荷及負荷密度增加更加突出，但配電網的站點和線路走廊資源卻越來越緊張，這將嚴重制約著配電網的發展，現有以10kV為主的中壓配電網已經開始顯現出弊端。

2 20kV配電與現行10kV配電網優劣分析

2.1 線路的輸送容量

S=UNI

上式中：S-視在功率，UN-線路始端額定電壓，I-線路電流。

由上式可以看出，在線路載流量不變的情況下，輸電線路額定電壓從10kV升至20kV后，線路輸送容量可增加一倍。相反，對于一個高負荷密度區域來說，輸送相同的容量，電壓從10kV升至20kV后，其出線線路條數為原來的一半，可以節省大量線路走廊。

2.2 電壓水平

ΔU %=（PR+QX）/UN2×100%

上式中，ΔU%-電壓降，UN-額定電壓，P-有功功率，Q-無功功率，R-線路電阻，X-線路阻抗。

由上式可知，當線路所帶容量一定時，20kV線路電壓損失僅為10kV電壓損失的25%，20kV線路有利于提高線路末端電壓合格率。

將電阻與電抗用線路長度表示，帶入上式，經轉換得

L=ΔU %×■ UN/（r Icosφ+xIsinφ）

上式中，L-線路長度，r-單位線路長度電阻，x-單位線路長度電抗。

國網導則規定，20kV、10kV三相供電電壓允許偏差為額定電壓的7%，所以由上式可見，在相同電壓允許偏差下，20kV電壓等級供電半徑為10kV電壓等級供電半徑的2倍。

2.3 降低線損

ΔP=N×I2R

N為負荷分布系數，I為線路電流，R為線路電阻。

在輸送相同功率下，20kV線路電流為10kV線路電流的50%，20kV線路線損率為10kV線路線損率的1/4。

3 電網規劃中20kV配電網規劃思路

3.1 規劃范圍

明確電網規劃范圍及規劃年限，供電區分類及城農網劃分。

3.2 規劃區域分析

對所規劃區域的經濟發展情況，產業結構進行分析，結合城市定位，城市發展思路及目標，重點發展產業及重點建設項目，讓電力發展與城市建設協調發展。

3.3 現狀分析

對當地電網進行現狀分析，掌握當地的網絡構成、設備情況及運行情況，查找出現狀電網存在的薄弱環節。分析變電站情況（重過載主變、間隔利用情況、N-1、是否可擴展容量等）；分析中壓配電網網架結構水平情況（環網率、站間聯絡率、線路平均分段數、線路可轉供電率、網絡接線標準化率、線路末端電壓不合格比例），負荷供應能力（線路平均負載率、重過載線路、重過載配變），裝備技術水平（中壓線路絕緣化率、中壓線路電纜化率、高損耗配變臺數及比例）；低壓臺區電網規模和設備水平；設備運行年限、規劃區線損、供電可靠性等。針對現狀分析結果，進行有針對性的規劃實施。

3.4 負荷預測及電力平衡

負荷預測是規劃設計的基礎，包括電量需求和電力需求預測兩部分內容。負荷預測在長期調查的基礎上，收集和積累本地區用電量和用電負荷的歷史數據以及城市建設及各行業發展的信息，充分研究國民經濟和社會發展各種相關因素與電力需求的關系。預測結果可適當參考國內外同類型地區的資料進行比較，使之具有較高的合理性和準確性。負荷預測分近期、中期和遠期（年限與規劃年限一致）。遠期著重考慮規劃區域飽和密度和飽和負荷的預測，確定最終負荷規模。根據負荷預測水平和分布情況，對電網進行分電壓等級電力平衡，根據電力平衡結果及電網容載比規定對電源容量及變電站位置進行布點。

3.5 技術原則

根據規劃區域社會經濟發展水平和建設規模、負荷增長速度、規劃負荷密度、環境保護等要求，以及各地的實際情況，合理選擇和具體確定電壓等級序列、供電可靠性、容載比、接線模式、中性點運行方式、無功補償和電壓調整、短路水平、電壓損失及其分配、節能環保、通信干擾等確定技術原則。確定110kV/20kV和220kV/20kV的電壓等級，取消35kV電壓等級。20kV布點少時可采用站內聯絡，隨著站點的增多，逐步改為站間聯絡。

3.6 配電網規劃

根據現狀電網分析及負荷預測的結果，以技術原則為指導，對20kV配電網進行規劃。

配電網規劃要從遠景至近景進行規劃。

遠期規劃，時間界限一般為16年-20年，遠期規劃主要考慮城網的長遠發展目標以及電力市場的建立和發展，進行飽和負荷水平的預測研究，根據負荷預測及電力平衡結果，結合城市實際情況，確定10kV網架是否還能滿足城市發展，若不能滿足，則考慮建立20kV網架，若滿足，則需結合周邊電網環境綜合考慮是否采用20kV網架結構，達到合理效果，制定電源布局和目標網架，目標網架確定后，在中期規劃和近期規劃中安排合理的年份來實現20kV的改造。

近期規劃應著重解決電網當前存在的主要問題，依據近期規劃編制年度計劃，提出逐年改造和新建的項目，逐步滿足負荷需要，提高供電質量和可靠性，改造中要結合目標網架滿足遠期發展需要。

中期規劃應與近期規劃相銜接，預留變電站站址和通道。逐步將現有電網結構有步驟的過渡到目標網絡，并對大型項目可進可行性研究，做好前期工作。

針對不同類型區域20kV方案。

新區規劃，這類主要包括新建技術開發區、工業園區、新建住宅區等。區內10kV中壓網絡空白或較為薄弱，能夠很快為新的中壓配電電壓網絡所取代，這類區域統一采用20kV供電。對于飽和負荷密度較高的新建小區，建議采用220/20kV供電序列；對于負荷密度相對較低的新建小區，建議采用220/110/20kV供電序列。

負荷增長較快的已有城區，現有10kV中壓網絡將進行升壓改造。現有10kV中壓配電網將與20kV中壓配電網長期共存。城市10kV與20kV混合供電區域，10kV供電線路與20kV供電線路應各自獨立運行，如對供電可靠性有特殊要求，宜經聯絡變壓器進行聯絡。混合供電區域，應采用逐步蠶食的技術政策，逐步擴大20kV的供電范圍，實現平穩過渡。對于新增的配電設備，全部按照20kV電壓等級進行設計選型，在升壓改造初期先降壓為10kV運行，待具備升壓條件后直接升至20kV運行。新增變電站低壓側應采用20kV電壓等級，逐步擴大20kV供電區域提供，完成10kV向20kV的過渡。

負荷增長緩慢的已有城區改造，通常指那些負荷增長相對平穩的原10kV供電區。可較長期保留10kV中壓供電。在城市平穩過渡供電區域內，對于負荷增長相對平穩，且供電能力充足的原有10kV供電區域，原則上宜暫時保留10kV供電方式，但應積極創造升壓改造條件。在原有10kV供電區域外，應不斷加強20kV的供電能力，以便為原有10kV供電區域逐步改為20kV供電創造外圍電源條件，使20kV供電區域有能力不斷對原有10kV供電區域進行逐步蠶食，針對區內站與站之間聯絡關系不緊密的變電站，宜結合變電站改造升至20kV配電網。

農網地區，通常指那些負荷密度較低的偏遠農村、山區以及城鎮和近郊地區。這類地區供電面積大，線路距離長，末端電壓不合格地區主要集中在這些地區，線損率偏高。根據現狀調查，這些區域現有變電站以35kV為主，聯絡關系不緊密。對于農網地區，應結合現有設備運行年限以變電站為單位對農網進行改造。若設備年限未達到規定使用年限且滿足供電需求的，暫時維持現有10kV供電模式不變。對于設備達到運行年限或容量不滿足供電需求的，則以遠景年電網網架為目標，統一以變電站為單位進行20kV升壓改造，取消原來35kV變電等級，采用220/110/20kV和110/20kV變電等級。改造過程中未達到運行年限的10kV設備，移給10kV供電區進行二次利用，以節約投資。

改造中應注意的問題：

同一城市負荷分布不均衡的不同區域，需區別對待，先期改造供電能力不足區域電網。

被改造的線路與其他區域的線路間有聯絡關系時，在改造時宜在兩側同步實施升壓改造，以保證兩側運行電壓等級的一致性和供電的可靠性，同時也縮短了整個地區的升壓改造周期。

選擇負荷的供電可靠性要求低的區域實施升壓改造；選擇互聯較少的區域實施升壓改造；選擇施工造成的停電影響較小的區域實施升壓改造。

對于上級電源點暫時不具備改造條件的，在原上級電源點的10kV側加裝10/20kV聯絡變壓器的方式為劃定的20kV供電區域供電。

結合目標網架，結合投資綜合考慮，一次到位，避免二次改造。

3.7 投資估算

根據現有20kV配電網運行經驗，110/20kv變電站單位容量造價比110/10kv低20%以上，實施20kv配電網相比10kv配電網設備規模降低約40%，20kv設備單價約為10kv設備的1.1～1.2倍，綜合計算，20kv配電網的經濟性要明顯優于10kv。對項目進行投資估算，科學合理安排各年份投資，并進行經濟評價，得出各項經濟評價指標。

3.8 規劃評估

對規劃年內的存在問題解決情況、技術原則落實情況、供電可靠性、線損率及投資效益進行評估，反應電網規劃效果是否能達到預期目標。

4 結論

20kv配電網，與10kv配電網相比，在解決土地資源緊張情況及滿足高負荷密度區域供電有著突出的優勢，同時，20kv可以提高供電質量、降低網損、提高配電網運行的經濟性。在我國可根據現有20kv配電網運行經驗，擴大20kv配電網范圍。由于各地區的經濟和社會發展情況差異很大，電網結構也有所不同，所以20kv 配網建設和推廣要根據城市規劃發展趨勢和電力需求，并結合區域內負荷增長趨勢和現狀電網結構等因素綜合考慮，科學編制配電網長期規劃，指導20kv配電網的實施，是做好20kv配電網必不可缺的部分。

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作者簡介：孟慶立（1985-），男，助理工程師，大學本科，主要從事電網規劃、負荷特性研究、電氣設計等工作。