寧波梅山島20 k V配電網的建設方案

朱圣盼，金仁云

（寧波電業(yè)局 浙江 寧波 315200）

在電力網中，中壓配電網是連接上游高壓輸電網和廣大終端用戶的重要環(huán)節(jié)，它起著承上啟下的橋梁作用?，F階段我國中壓配電網主要采用10 kV的電壓等級，其適用于較低水平的經濟建設和較小的電力負荷密度[1]。隨著國民經濟的快速發(fā)展，用電負荷猛增，特別是在工業(yè)密集的新興工業(yè)園區(qū)，現有的10 kV供電已經不能滿足用戶需求，其供電能力不足、空間資源緊張以及網損較大等制約因素日益凸顯，因此，20 kV配電網就成了解決問題的有效措施。20 kV配電網在國外應用的較多，且已有非常成熟的技術經驗。俄羅斯20世紀初便有了20 kV電壓等級，1960年后，幾乎所有大城市都改成了20 kV等級；法國和德國自20世紀60年代初就開始使用20 kV配電網，運行效果良好。我國20 kV供電電壓等級的提出可以追溯到1980年，1992年以推薦方式列入國家標準，但注明僅在用戶要求時才采用，國家電網公司于2004年在輸配電網協(xié)調發(fā)展及電壓等級優(yōu)化研究中提出“在新發(fā)展電網的地區(qū)宜不失時機地試點推行20 kV作為中壓配電電壓等級”，但直到2007年國家標準才將20 kV作為標準電壓等級[2]，2007年江蘇省開始試點推廣20 kV配電。目前，全國范圍內考慮采用20 kV作為中壓配電電壓等級的地區(qū)層出不窮[3-5]。

海島地區(qū)尤其是部分孤立分散海島的配電網受自身特點的限制，部分節(jié)點10 kV短路容量超標，嚴重威脅系統(tǒng)可靠性[6]。本文在結合寧波梅山島電網實際的基礎上，分析了梅山島配電網采用20 kV電壓等級的優(yōu)點，并針對梅山島的實際情況做了深入分析，可作為電網規(guī)劃和建設的參考。

1 20 k V配電網的優(yōu)越性

當電壓等級由10 kV提高到20 kV后，電網供電能力、供電距離及損耗等指標均有提高與改善，具有明顯的技術和經濟優(yōu)越性[7]：

1）在線路導線線徑不變的情況下，線路輸送能力提高1倍；

2）配送同樣功率的電力，所需要的出線數目將減少一半，對線路走廊的要求將有較大幅度的降低；

3）允許電壓損失相同、輸送負荷電流保持不變的情況下，供電半徑可增加1倍，輸送負荷功率保持不變的情況下，供電半徑可增加3倍，電網輻射范圍更廣；

4）相同距離內傳輸相同的功率，線路壓降與電能損失明顯減小，減小至25%；

5）20 kV設備的價格雖是10 kV設備的1.1～1.2倍。但按容量考慮，除配電變壓器外，其他設備的每千伏安價格，20 kV要比10 kV的低。

2 梅山島的現狀電網

寧波梅山島保稅港區(qū)成立于2008年02月，北靠寧波四期碼頭，西扼象山港，東臨舟山佛渡島、六橫島。梅山島現狀電網只有35 kV箱式變1座，10 kV出線4回且均為架空線，夏季負荷0.43萬kW。梅山島規(guī)劃目標年空間負荷在21.34～25.43萬kW之間，平均負荷密度為0.87～1.04萬kW/km2，其中負荷分布較為集中的梅山島東部沿海地帶 （增值服務區(qū)）平均負荷密度接近2萬kW/km2。梅山島保稅港區(qū)作為新興工業(yè)功能區(qū)，隨著經濟的發(fā)展，電力負荷密度的增大，10kV配電網供電的局限性開始表現出來，缺點也越來越突出。為更好的滿足梅山島保稅港區(qū)的功能定位和要求，實現電網規(guī)劃與港區(qū)規(guī)劃的匹配，有必要跳出10 kV配電網電壓等級的局限性，而采用20 kV配電網電壓等級，以更好的滿足其負荷、供電可靠性、電壓質量等各方面需求。

3 梅山島配電網采用20 kV電壓等級優(yōu)勢分析

梅山島配電網采用20 kV電壓等級，除了常規(guī)優(yōu)勢外，還具有如下優(yōu)勢：

1）升壓改造對現有電網的影響較小。目前，20 kV電網的建設分兩類：一類是10 kV配電網成熟區(qū)域，20 kV電網是在原有10 kV電網基礎上升壓改造而來，通過大范圍建設與改造直接將電網升壓至20 kV；另一類是10 kV配電網空白或薄弱區(qū)域，先在一些新開發(fā)地區(qū)建全新20 kV電網，再以該地區(qū)為起點逐步將20 kV電網延伸與拓展。梅山島現狀供電資源薄弱，可不用太多的考慮現狀電網的供電情況以及存量資產的影響。

2）20 kV電壓等級適用于梅山島建設的始終。梅山島的建設是一個長期的過程。在建設初期，電源點較少，采用20 kV電壓等級在增加中壓線路的傳輸容量、擴大供電半徑、提高電壓質量等方面優(yōu)勢明顯；在梅山島發(fā)展成熟以后，地區(qū)負荷密度較大，單體用戶用電需求高，用地比較緊張，采用20 kV電壓等級供電可以減少變電站的密度，節(jié)省線路走廊和管線資源。故在梅山島建設的初期直至成熟，采用20 kV電壓等級供電都有較大優(yōu)勢。

4 20 kV配電網建設方案

4.1 升壓改造的總體原則

根據梅山島的經濟發(fā)展情況、電網實際情況以及負荷發(fā)展情況，參考國內外20 kV配電網改造經驗，制定20 kV配電網升壓改造的總體原則。

1）必須清醒地認識到升壓改造是一項復雜的系統(tǒng)工程，應制定發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，在統(tǒng)一領導下有序開展工作；

2）原有線路和設備均按正常壽命周期使用，如用戶自身沒有增容改造需求，不強制性進行升壓改造，升壓換下但未達到壽命周期的10 kV設備可再次使用，最大限度地利用原有10 kV存量資產，充分保護供電企業(yè)和用戶的利益；

3）原10 kV供電區(qū)域內所有新建線路和設備以及使用壽命到期的10 kV設備，都按20 kV標準進行建設和更換，采用降壓運行模式，待條件成熟時再升壓到20 kV；

4）新開發(fā)區(qū)域統(tǒng)一采用20 kV供電方式，原則上不再拓展新的10 kV供電區(qū)域，以保證最終能夠全面實施20 kV供電方式；

5）20 kV配電網的建設須得到政府部門的支持，相關的建設方案應及時納入城市改造和建設的統(tǒng)一規(guī)劃當中。

4.2 升壓改造期間主要設備的選型

中壓配電網設備類型主要包括主變壓器、配電變壓器、開關、線路、環(huán)網柜、熔斷器及電壓互感器等[8]。在改造期間，除雙電壓三相變壓器、20 kV/10 kV聯絡變壓器、帶抽頭電壓互感器外，電纜、導線、開關等設備均直接按20 kV標準進行建設，從而達到在改造過程中節(jié)省投資、平穩(wěn)過渡的目的。

4.2.1 雙電壓三相配電變壓器

升壓改造過程必定是個長期的過程，在這一過程中，新用戶有可能暫時使用10 kV配變，不久后使用20 kV配變，為避免現在投資的變壓器在日后遭淘汰，造成資源的極大浪費。最好的方法是采用10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器。目前，10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器主要有油浸式雙電壓配變和環(huán)氧樹脂干式雙電壓配變兩種。

1）油浸式雙電壓配電變壓器

國內目前所生產的油浸式10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器為S11-M型，容量范圍在50~2 500 kVA。10 kV與20 kV轉換后聯接組別不變，分接電壓不變。該系列變壓器的主要優(yōu)點有：變壓器繞組安匝排列合理，抗短路能力強；兩種電壓運行狀態(tài)下無閑置匝數，變壓器負載損耗低；只需轉換設置在箱蓋上的兩個位置開關就能完成電壓轉換，使用方便。

2）環(huán)氧樹脂干式雙電壓配電變壓器

國內生產的環(huán)氧樹脂干式雙電壓配電變壓器有SDC（B）系列，容量范圍在400~3150 kVA。高壓繞組為結構相同的兩部分，進、出線端子引到高壓線圈外部，串聯時作為20 kV級、并聯時作為10 kV級配電變壓器使用。該系列變壓器具有低噪聲、低損耗、體積小、操作方便等性能。

4.2.2 20 k V/10 kV聯絡變壓器

在升壓改造過程中，10 kV和20 kV配電網勢必會共存，10 kV配電網和20 kV配電網需互聯，以便在緊急情況下進行相互轉供操作。行之有效的方法是采用20 kV/10 kV聯絡變壓器將10 kV和20 kV配電網互聯，從而減少線路上的損耗，提高經濟性。聯絡變壓器自身具有主接線簡單、占地面積小等優(yōu)點。

4.2.3 帶抽頭電壓互感器

在升壓改造過程中，使用帶抽頭電壓互感器能極大的提高利用率。國內生產的同時適用于10 kV和20 kV配電網的電壓互感器有JDZX系列，該系列產品為全封閉結構，所有繞組完全澆注在環(huán)氧樹脂中，具有體積小、重量輕等優(yōu)點，其二次側帶中間抽頭，通過二次抽頭改變一、二次電壓比。

4.3 改造期間的供電方式

4.3.1 改造前期的供電方式

具有20 kV出線間隔的高壓電源點尚未建成前稱為改造前期，改造前期的供電方式示意圖如圖1所示，為使新用戶能夠直接采用20 kV配電網供電，對35 kV梅山變的4個備用出線間隔進行升壓改造，從而為供電區(qū)域提供20 kV電源。為保證供電可靠性，梅山變I、II段10 kV出線都進行改造，形成聯絡，便于實現負荷轉移。

圖1 改造前期的供電方式Fig.1 Power supply mode in the prophase period of the reformation

4.3.2 改造中后期的供電方式

從建成第一個具有20 kV出線間隔的高壓電源點至升壓改造全部完成稱為改造中后期，主要任務是實現10 kV電網的完全退出，建成一個供電能力強、供電可靠性高的20 kV電網。改造中后期的供電方式如圖2所示，其將經歷雙射和單環(huán)、同一電源點雙環(huán)以及不同電源點雙環(huán)3個階段。改造中期由雙射和單環(huán)及同一電源點雙環(huán)兩個階段構成，當具有20 kV出線間隔的高壓電源點建成后，首先采用雙射或單環(huán)方式構建起具有一定供電能力的20 kV中壓配電網，然后通過聯絡進一步提高配電網的供電可靠性和供電能力，最終形成全面覆蓋的20 kV中壓配電網網架。

圖2 改造中后期的供電方式Fig.2 Power supply mode in the middle and later periods of the reformation

考慮到梅山島20 kV電網電源點相對較少，部分區(qū)域環(huán)網結構可能相對簡單，網絡運行靈活性不高。因此，為保障用戶供電可靠性，可采用開閉所的形式來實現目標網架。在兩座不同電源點間預留部分20 kV聯絡線路，在主供電源點退出運行時，由聯絡線路轉供重要負荷，實現在網絡拓撲結構不發(fā)生重大改變時，短時內轉移區(qū)域重要負荷。

4.3.3 10 kV與20 kV配電網的共存

在20 kV配電網的建設工程中，現有10 kV用戶的升壓改造不能同步完成；此外，隨著10 kV配電網的逐漸削弱，使得原有的10 kV線路不再具備環(huán)網開環(huán)運行的形式。為使現有10 kV用戶的供電不受影響并保證供電可靠性，提出了10 kV與20 kV配電網的共存方式，如圖3所示。在共存區(qū)采用20 kV/10 kV聯絡變壓器，新用戶直接接入20 kV配電系統(tǒng)，10 kV用戶經過升壓改造逐步接入20 kV配電系統(tǒng)。當10 kV用戶完全具備升壓改造條件后，聯絡變壓器即可退出運行。該方式有利于充分利用原有資源，緩解20 kV配電網建設與原10 kV用戶供電的矛盾。

圖3 10kV與20kV配電網的共存方式Fig.3 Coexistence of 10kV and 20kV distribution networks

4.4 升壓改造的配合政策

升壓改造過程中，對需要改造的線路和設備進行技術經濟論證和安全可靠性評估，確定改造時機和改造方案，供電部門還要認真做好宣傳工作，讓用戶充分認識到20 kV電壓的優(yōu)勢所在[9]。無論是改造時機的選擇，還是改造方案的制定，都要充分考慮用戶的利益，讓用戶成為升壓改造的助推器。只有在原10 kV用戶的報裝容量發(fā)生變化，或10 kV用戶側設備的運行時間達到規(guī)定年限時，才對原有10 kV設備實施升壓改造。升壓改造是一項長期艱巨的工程，必須結合社會經濟的發(fā)展和用戶對供電需求的新變化，對改造方案進行反復論證，避免重復建設；隨著物質生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，在改造方案的制定中，要減少升壓改造帶來的電磁污染和噪聲污染，還應使線路和設備與周圍環(huán)境相協(xié)調以滿足美觀要求。升壓改造完成后，須對電價問題、用戶接入問題等方面的政策進行長期的追蹤調查，力爭達到供電企業(yè)和客戶的雙贏，促進經濟社會持續(xù)健康發(fā)展。

5 結 論

寧波梅山島的實例表明，中壓配電網采用20 kV電壓等級在社會資源方面比10 kV電壓等級有很大優(yōu)勢，所提出的建設方案充分考慮到梅山島電網的實際情況，保證了供電可靠性，達到了經濟上和技術上的雙重最優(yōu)。從分析可知：在土地資源日益緊缺的新興工業(yè)區(qū)，可以不失時機地建設和發(fā)展20 kV配電網，但在10 kV供電成熟區(qū)要合理利用好現有10 kV設備，應分區(qū)、分步向20 kV過渡。

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