20 kV與10 kV配電電壓等級規(guī)劃的比較

孟祥東

（茂名市粵能電力股份有限公司， 廣東　茂名　525000）

引言

與傳統(tǒng)10 kV配電相比，20 kV電壓等級在供電能力方面有明顯提升，可以促使線路布點與變電站密度減少，同時也方便客戶接入。對于大用戶而言20 kV配電的效益非常突出，無論是在金屬消耗量或者是項目建設(shè)投資都能減少。但由于相關(guān)設(shè)備方面問題，項目建設(shè)成本相對比較高，與其它區(qū)域的電網(wǎng)運行配合存在一定問題。

1　規(guī)劃比較

對兩種不同等級電壓配電網(wǎng)進行分析，比較內(nèi)容主要是電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與遠景、電網(wǎng)運行可靠性、經(jīng)濟性、電壓的質(zhì)量和節(jié)能方面等[1]。其中發(fā)展遠景主要比較的是占地面積、建設(shè)規(guī)模和出線規(guī)模。而可靠性分析則主要指的是計算不同方案的平均用電效度指標(biāo)，系統(tǒng)平均斷電持續(xù)的時間與頻率指標(biāo)等，通過對指標(biāo)進行計算，來確定不同方案的可靠性。對電壓進行分析是依據(jù)配線網(wǎng)絡(luò)負荷情況，通過理論計算而得到了線路最低電壓。而經(jīng)濟性分析則是將項目整體投資進行折算，并且在此基礎(chǔ)上加上運行費用，計算后得到的最小單位負荷總體費用，之后對不同方案的投入進行比較。

為了確保比較能夠達到預(yù)期效果，需要對比較方案進行認真的研究。假設(shè)比較區(qū)域是城市中心區(qū)域，在方案中應(yīng)用的均是電纜線路，在規(guī)劃布局過程中已經(jīng)確定變電站布點。為使方案更加具有可比性，在方案上設(shè)置不同電壓等級與主容量不同方案。從城市發(fā)展遠景來看，不同方案變電站數(shù)量不同，如果選取大容量變電站則變電站數(shù)量可適當(dāng)減少。如果使用混合電網(wǎng)方案，變電站數(shù)量也可以適當(dāng)減少，在規(guī)模方面也區(qū)別于其它方案。對于20 kV變電站而言，變電站容量在增大的同時，供電范圍也相應(yīng)增加，而線路長度也會增加，反映到投資方面呈現(xiàn)出增加趨勢。采用20 kV等級配電電壓，對于相同區(qū)域規(guī)劃工作而言，遠景規(guī)模可以有效減少變電站布點密度與線路密度[2]，節(jié)約土地資源效果明顯。而中國城市化進程在快速的推進過程中，城市土地資源越來越珍貴。電網(wǎng)建設(shè)工作與土地資源使用之間的矛盾也變得越來越突出，尋找合適的站址與線路已經(jīng)比較困難，并且在建設(shè)工作過程中會遇到一些拆遷工作，從而增大了項目建設(shè)工作難度。而20 kV等級電壓的應(yīng)用，則可以在一定程度上緩解這一問題。

經(jīng)濟性比較，對20 kV與10 kV配電網(wǎng)經(jīng)濟性進行比較，主要是從設(shè)備投資與運行兩個方面入手開展比較。設(shè)備投資部分包括了變電站，中低壓配電部分，而兩種電壓等級電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是近似的，因此在進行經(jīng)濟性分析時，考慮的部分通常只包括中壓配電與變電站兩個部分。不同等級配電網(wǎng)比較的思路是，將二者變電站綜合投資及中壓部分投資折算年值，折算方法利用的是等值年折算法，之后再加上中壓配電與變電站部分年運行費用，對兩種電壓等級網(wǎng)年負荷費用進行計算[3]。

比較的具體流程是了解規(guī)劃區(qū)域負荷大小及分布情況，找出邊界條件，提出兩種不同電網(wǎng)規(guī)劃方案，并且分別對兩種方案工程量進行計算，對其綜合投資進行計算，包括了年運行費用、負荷費用和線損等。中壓配電部分包括了電纜架空線路、線路排管和K型站與P型站等，實際分析工作需要對上述部分進行計算，公式如下：

對N值取整，而在線路長度估計方面則需要結(jié)合到供電半徑分情況討論。

2　可靠性與電壓水平比較

可靠性是電力系統(tǒng)的重要指標(biāo)，不同建設(shè)方案需要考慮出現(xiàn)故障的概率，故障出現(xiàn)后影響范圍，故障后果的嚴(yán)重性，故障的修復(fù)時間等等問題。

3　動態(tài)經(jīng)濟分析

動態(tài)經(jīng)濟分析內(nèi)容包括綜合投資、年運行費用、最小負荷單位和最小年費用等。通過對不同方案進行比較從而確定其經(jīng)濟性。從節(jié)能性方面來看，使用20 kV電壓等級，依據(jù)負荷密度進行變電站選取，確定使用大容量變電站，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)變電站布點有所簡化，電力網(wǎng)絡(luò)能夠得到優(yōu)化，變電站在電網(wǎng)中的損耗也能夠有所減少。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面來看，通過對電力網(wǎng)進行升壓操作，電壓等級能夠得到優(yōu)化。對某些地區(qū)而言其負荷較高，可以將高壓引入到負荷中心。這樣可以在最大程度上避免進行迂回供電，并結(jié)合到技術(shù)方面措施，利用20 kV等級電壓供電，綜合網(wǎng)損能夠有效降低。通過對不同方案比較，20 kV等級電壓體現(xiàn)出多方面優(yōu)點。但實際應(yīng)用中，如果高壓配電網(wǎng)利用電纜線路供電，當(dāng)其密度負荷低于15 MW/km2的時候,建議采用10 kV方案,而當(dāng)其負荷密度高于此數(shù)值時,則建議采用20 kV等級電壓供電方案。

在規(guī)劃工作方面，20 kV等級供電范圍應(yīng)該結(jié)合到該區(qū)域現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)情況、電力發(fā)展的情況和未來工作規(guī)劃。依據(jù)新建區(qū)域，混合供給區(qū)域等特點，對配電網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃。對于某些新建開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)等，在未來一段時間內(nèi)電力需求量非常大，而現(xiàn)有設(shè)施建設(shè)比較薄弱，結(jié)合到區(qū)域具體情況可以考慮將20 kV配電網(wǎng)引入到區(qū)域發(fā)展與建設(shè)過程中。對于某些區(qū)域而言，現(xiàn)有電網(wǎng)已經(jīng)具備了一定規(guī)模，但是其未來需求會進一步增大，而現(xiàn)有設(shè)施無法滿足未來需要，可以結(jié)合到自身情況，在改造工作中適當(dāng)引入20 kV電壓等級。對于10 kV供電系統(tǒng)而言,在滿足一定時期內(nèi)發(fā)展需要的基礎(chǔ)上,可以對20 kV電壓等級進行評估,并在合適的情況下,有計劃，有步驟的引入過渡。

4　20 kV與10 kV配電電壓等級規(guī)劃的比較

為了更好地了解兩種不同電壓等級之間的區(qū)別，以某園區(qū)為例進行說明。該園區(qū)在電力系統(tǒng)改造前使用的是10 kV配電電壓等級，為適應(yīng)園區(qū)發(fā)展，后引入20 kV等級電壓。相比之下，后者在經(jīng)濟與技術(shù)性方面都有較大優(yōu)勢。

首先在供電能力方面，假設(shè)兩種供電方案采用的都是三臺主變壓器，其中20 kV使用63 MVA主變壓器。而10 kV使用40 MVA，線路限額400 A。分別對20 kV下63 MVA，80 MVA,與10 kV下40MVA，50 MVA供電的半徑進行比較。在供電半徑相同情況下,如果應(yīng)用導(dǎo)線截面相同，20 kV輸電功率方面要大于后者。而負荷密度相同情況下，20 kV供電半徑是后者的一倍多，供電面積同樣是后者的倍數(shù)。

從電壓質(zhì)量方面來看，假設(shè)不同等級線路都將其分為三段，導(dǎo)線截面相同，安全負荷電流均為410 A,線路電壓與功率損失則可以通過表1進行說明。

表1　電纜線路有功損耗與電壓損失

如果不同等級供電線路采用架空出線方式,線路在100%，與50%負荷時有功損耗與電壓損耗是不同的。通過對結(jié)果進行比對,對架空線路而言，20 kV供電時,滿載電壓損失能夠比10 kV降低,功率損耗也能夠明顯降低。在50%滿載負荷情況下,線路功率損耗也明顯減少。

在線路損耗方面,使用電線線路相同的情況下,20 kV等級電壓要高于10 kV供電質(zhì)量,而負荷增長的同時,前者線損率要低于后者（表2）。隨著如果使用架空線路,前者功損要遠遠低于后者。而線路負荷增加時,此種優(yōu)勢會更加明顯。

表2　相同條件下20 kV與10 kV架空線路線損與壓電損失比較

從用戶角度進行分析,用戶在使用費用方面節(jié)約明顯。從大用戶投資角度來看,原有供電系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足工作需要,從升級與改造工作方面來看,能夠節(jié)約用戶投資。從土地資源約的角度來看,可以在原有設(shè)施用地基礎(chǔ)上節(jié)約數(shù)百畝土地。而以前所采用35 kV變電站無論是在投資、土地占用和運行維護工作方面都不具備優(yōu)勢。20 kV方案應(yīng)用,在滿足供電要求的同時,運行與維護工作成本也能夠明顯降低,對用戶吸引力也能夠明顯增強。

5　結(jié)語

20 kV在輸送能力提升,高密度負荷區(qū)域供電,輸電成本降低方面有明顯的優(yōu)勢,同時能夠?qū)Τ杀具M行合理控制。并且20 kV線路損耗也能夠降低,節(jié)約土地資源。在20 kV應(yīng)用方面可以充分利用現(xiàn)有通道與站址資源,對電力系統(tǒng)進行改造以達到資源節(jié)約的目的。

[1]路永玲.10 kV～20 kV架空配電線路跳閘故障及其防治對策分析[J].江蘇電機工程，2016，35（1）：84-86.

[2]胡賢德,吳環(huán)紅,張弘.10 kV配電變壓器和箱式變電站升壓改造至 20 kV電壓等級的研究[J].電力自動化設(shè)備，2012，32（12）：118-126.

[3]鄭孝東，鄒剛.在配電網(wǎng)中推行20 kV配電電壓的可行性研究[J].電氣技術(shù)，2011（4）：1-5.