20kV配电网的优越性分析及实施方案
第26卷第3期 2010年6月
上海电力学院学报
Vol . 26, No . 3June 2010
Journal of Shanghai U niversity of Electric Pow er
文章编号:1006-4729(2010) 03-0211-04
20k V 配电网的优越性分析及实施方案
符 杨, 袁绍山, 李捍平, 汤 波
1
1
2
1
(1. 上海电力学院电力与自动化工程学院, 上海 2. , 摘 要:、经济性等方面的优势, 说明推广20k V , 并对不同区域实施20k V 配网建设和改造计划提出了建议.
关键词:20k V ; 供电能力; 经济性分析中图分类号:T M726 文献标识码:A
Analysis of Superi or ity 20kV Power D istr ibuti on
Network and Its Imple ment ati on Pl an
F U Yang , Y UAN Shao 2shan , L I Han 2p ing , T ANG Bo
Electric Po w er , Shanghai 200090, China;
1
1
2
1
(1. School of Electric Po w er and A uto m ation Engineering, Shanghai U niversity of
2. Zhoushan Q i m ing Electric Po w er P lanning &D esigning Co . L td . , Zhoushan 316000, China )
Abstract : Thr ough technical and econom ical analysis of different voltage class power distributi on net w ork, it is pointed out that 20kV is p redom inant in the ability of power supp ly and econom ic value, which illustrates that 20k V is in accordance with the l ong 2ter m devel opment trend of mediu m 2voltage po wer distributi on net w ork . The paper puts f or ward p r oposals on constructi on and refor m ing of 20kV power distributi on net w ork t o p r omote i m p le mentati on of the 20k V power distributi on net w ork .
Key words : 20k V power distributi on net w ork; ability of power supp ly; econo m ical analysis
随着经济建设的飞速发展以及人民生活水平
的不断提高, 城市的电力需求快速增长, 尤其是人口密集、经济发达的中心城区和新开发区, 现行的以10kV 为主的中压配电系统已显出弊端. 未来15年内我国城市电网规模将随着城镇化的进程扩展2倍以上, 但配电网的站点和线路走廊资源
收稿日期:2009-10-21
却越来越紧张, 这将严重制约我国配电网的发
[128]展.
为了解决电力需求和城市电网的供电能力与土地资源之间的矛盾, 需要从建设节约型社会的战略高度, 抓住电网大规模扩展的机遇, 利用新技术、新思路合理配置城市电网电压等级序列.
通讯作者简介:符杨(1968-) , 男, 博士, 教授, 江苏如东人. 主要研究方向为城市电网规划, 变压器状态检测与故障
诊断, 风力发电与并网技术等. E 2mail:paper517@126. com.
基金项目:上海市教育委员会重点学科建设资助项目(J51301) .
212上 海 电 力 学 院 学 报 2010年
10kV 升压至20k V, 不但可以简化电压等级, 减
可大于50, 但不宜过大, 否则将是不经济的.
由于我国的低压电压等级0. 4kV 是无法改变的, 10/0. 4kV 的级差仅为25, 20/0. 4kV 的级差为50, 35/0. 4k V 的级差为87. 5, 因此选择20/0. 4k V 是较为合理的. 1. 3 改善电压质量
少变电层次, 提高供电能力, 而且可以节省投资, 提高配电网运行的经济性和适应性, 节约土地资源. 英、法、美等西方国家在负荷密度较低时就开
始根据城市最终规模选择20~25k V 作为中压配电电压
[9]
. 我国20kV 供电电压等级的提出可以
追溯到1980年, 经过论证, 1992年以推荐方式列入G B1561993, 但注明仅在用户要求时才采用, 直到2007年国家标准G B1562007才将20k V 作为标准电压等级. 在苏州工业园区中新合作
线路的电压降百分数为:
ΔU %=
2
N
(2)
开发区, 采用的就是20k V 全电缆供电方式. 由此, 我国第一个20kV 电压等级配电网项目进入试点阶段, 并于1996年投入运行. 10实践表明, V. k V 相比, 在经济性:R, ——;
——、功率因数
.
在线路参数和输送功率相同的条件下, 电压降百分数与电压的平方成反比, 当中压电压等级由10k V 升到20kV 后, 用相同导线输送相同负荷, 线路电压降可减少75%, 线路末端的电压质量得到了改善. 因此, 在对电压质量要求比较高的区域, 20kV 电压等级更能显示出优越性. 1. 4 降低线损
势
[225]
. 2008年, 江苏省电机工
程学会、20
k V 电压等级供电学术研讨会, 20kV 电压等级供电再度成为关注焦点
[7]
.
本文将通过不同电压等级配电网的比较, 显现出20k V 电压等级在供电能力、经济性等方面的优势, 并对不同地区实施20k V 配电网提出建议, 可作为电网规划和建设时的参考.
中压电压等级升高后, 极大地降低了线路损耗. 线路的功率损耗为:
ΔP L =2rl =3I 2R
U
2
1 20kV 配电网技术经济性分析
1. 1 提高供电能力
(3)
在输送同样功率条件下, 线路损耗与运行电压的平方成反比. 将中压配电网电压由10kV 升至20k V 后, 输送相同功率, 线路电流可减少
(1)
50%, 则线路电能损耗可降低75%.
S =U N I l
线路的输送容量为:
式中:U N ———中压配电网额定电压;
I l ———线路导线在环境条件下的持续载流
相同容量的配电变压器, 中压电压越高, 负载损耗和空载损耗越大, 而实际测量结果显示, 20k V 和10k V 配电变压器的空载及短路损耗相差
量.
在载流量不变的情况下, 当电压等级由10k V 升压到20k V 时, 线路输送容量也增加1倍. 当中压配电电压升高后, 主变容量增加, 高压/中压变电站和中压馈线的供电能力也得到了提高. 1. 2 优化电压级差
不大.
1. 5 经济性分析
目前, 110/20kV 变电站单位造价比110/10k V 变电站低20%; 20kV 设备单价约为10kV 设
备的1. 2~1. 5倍, 实施20kV 配电网相比10kV 配电网设备规模降低约30%, 20k V 综合造价约为10k V 的80%左右. 因此, 20kV 配电网的经济性要明显优于10kV.
从以上分析可以看出, 20kV 配电网相比10k V 配电网, 在增加供电能力、电压级差, 提高电压
合理的电压级差有利于上下级电网主变容量的协调, 有利于将短路电流控制在合理的范围内. 理想情况下, 从超高压降压时, 两个电压等级之间的电压级差一般大于2; 而从高压降到中压, 电压级差一般大于5, 从中压降到低压, 电压级差一般
符 杨, 等:20k V 配电网的优越性分析及实施方案213
质量, 降低电网的电能损耗和短路电流水平, 节省线路走廊、电缆排管, 以及电网的建设费用等方面, 具有明显的技术和经济优越性.
资略有增加, 电价下降, 初投资增加的费用和享受
的优惠部分电费可以通过测算确定补偿周期. 若经济使用周期超过设备寿命周期, 则不合算, 反之合算
.
2 实施方案
2. 1 实施思路
目前20k V 配电网建设从供电区域上划分大体可以分为3类.
(1) 10k V 配电网成熟区域 该类区域电力需求增长趋于稳定. 10kV 中压配电线路主要为电缆, 目前已形成手拉手环网接线和开环运行的成熟配电系统, 改造是不经济的. k 变, . 在10k V 20k V 电压等级.
(2) 中压配电网空白或薄弱区域 老城区外
2. 3 实施步骤
1 配电网改造总体框架
新兴的工业园区、开发区、居住区, 其地块相对独立、完整, 预测负荷密度大, 区域内暂无变电站布点或配电网相对薄弱. 可以全面推广应用20k V 电压等级, 逐步发展壮大20k V 配电网络. (3) 其余区域 除上述以外的区域, 10kV 配电网已具备一定规模, 但配电网结构已不能适应负荷发展. 可以将该区域划分为20k V 与10k V 混供区域, 对于新报装用户, 原则上采用20kV 接入、降压运行的模式, 限制10k V 接入. 在20k V 与10kV 共存期间, 将运行寿命到期的10k V 设备逐步更换成20k V , 通过不断减少10k V 配电网的供电区域, 最终完成20kV 配电网的建设. 2. 2 影响用户的两种运行方式
由于20kV 配电网的实施受区域内的配电网
现状, 以及电力需求增长、土地资源等因素的制约, 需要综合考虑. 20k V 配电网的实施一般有以下两个步骤:
(1) 主变逐台升压改造 在现行配电网已比较成熟、但不能满足电力需求的增长、且土地资源不足、难以找到新站点的情况下, 通过对变电所主变的逐台升压改造, 最终实现20k V 配电网的建成. 在不同电压等级的馈线间加装联络变压器以提高供电的可靠性. 主变逐台升压改造线路如图2所示.
(2) 新建站点过渡 在现行中压配电网相对薄弱、负荷增长较快、变电站落点较容易的区域, 比如新开发区, 可以新建110/20k V 变电站, 以供新报装用户. 10kV 用户设备达到使用寿命后升压为20k V. 通过在不同电压等级的馈线之间加装联络变压器来增强变电站间的负荷转移能力,
[6]
提高供电可靠性. 新建站点过渡线路见图3. 2. 4 中性点接地方式的选择
在推广20k V 配电网过程中, 一般会遇到以下3种情况, 即:新建20kV 配电网; 10k V 升压改造; 35k V 降压运行. 其中10k V 升压改造和35k V 降压运行两种情况对用户的影响较大. 20k V
配电网建设如图1所示.
(1) 35k V 用户降为20kV 用户 用户初投资减少, 电价略有提高, 初投资减少的费用和承担的高出部分电费可以通过测算确定经济使用周期. 若经济使用周期超过设备寿命周期, 则合算, 反之不合算.
(2) 10k V 用户升为20kV 用户 用户初投
根据变电站出线不同, 可以将20kV 配电网
分为架空线路、电缆线路和混合线路3种类型.
(1) 架空线路 当架空线路长度大于40km 时, 系统电容电流将大于10A , 可采用经消弧线圈接地方式; 当架空线路长度小于40km 时, 可采用中性点不接地方式.
(2) 电缆线路 当电缆线路长度大于35km 时, 系统电容电流将大于150A , 可采用小电阻接
214上 海 电 力 学 院 学 报 2010年
地方式; 当电缆线路长度小于35km 时, 可以采用
经消弧线圈接地方式. 在电网建设初期, 变电站出线电缆的总长度一般小于35km , 但考虑到城市电网发展速度较快, 一般采用小电阻接地方式.
(3) 架空和电缆混合线路 变电站出线一般
为架空和电缆混合线路. 当混合线路中电缆长度
小于2km , 且架空线路长度小于20km 时, 可采用中性点不接地方式. 当变电站出线中电缆总长度大于50km 时, 应采用小电阻接地方式. 其他情况可采用经消弧线圈接地方式
.
图2
主变逐台升压改造线路
图3 新建站点过渡线路
(下转第219页)
汤 波, 等:基于AHP 的区县级配电网规划技术经济评估219
经济评估工作开展的紧迫性和必要性非常强. 笔者在分析了区县级配电网特点和经济特性的基础上, 建立了区县级配电网规划经济性评估指标体系. 该体系从技术和经济角度确立了科学、实用的指标体系. 并采用层次分析法对区县级配电网规划经济性进行评估. 实例证明, 本研究不仅具有理论价值, 而且在指导区县级配电网规划经济性评估方面具有较高的应用价值和现实意义. 参考文献:
[1] 贺静, 韦钢, 张一尘, 等. 电网规划方案经济评估方法研究
[J ].华东电力, 2004, 32(7) :124.
[2] 陶文斌. 输电网运营经济性评价系统研发[D].华北电力大
学, 2003.
[3] 宋晓辉, 盛万兴, 史常凯. 新农村电气化村典型供电模式
[J ].电力系统自动化, 2008, 32(17) :1042107.
[4] 许树柏. 层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社,
1986:5230.
[5] 赵焕臣, 许树柏, 和金生. 层次分析法———一种简易的新决
策方法[M].北京:科学出版社, 1986:2218.
[6] 苏为华. 多指标综合评价理论与方法问题研究[D ].厦门大
学, 2002.
[7] 吕太, 张连升, 李琢, 等. 层次分析法在风电场运行经济性评
价中的应用[J ]., 39(9) :42244.
[8] 胡荣426229.
(上接第214页参考文献:
[1] 许颖. 我国城市配电网技术改造浅析———中压配电10kV
3 结束语
与10k V 配电网相比, 20kV 配电网在提高输送容量、满足高负荷密度区域和长距离供电、提高配网运行的经济性和供电质量、节约土地资源等方面具有明显的优势. 通过对实施方案的研究, 说明使用20kV 电压等级在技术上是可行的, 并且20kV 电力设备的国产化进展很快, 部分设备已经开始小批量生产, 其价格比10k V 略有增加. 苏州工业园区和其他地区的示范也为20kV 配电网的发展积累了宝贵的经验.
由于各地区的经济和社会发展情况差异很大, 电网结构也有所不同, 所以20k V 配电网建设和推广要根据城市规划发展趋势和电力需求, 并结合区域内负荷增长趋势和电网结构的现状等因素综合考虑, 做好前期的可行性论证, 科学编制中压配电网长期规划, 分步、分片实施.
应升至20kV [J ].电网技术, 1998, 12(12) :11214.
[2] 曾尚德, 邱碧丹. 20kV 配电网的必要性、经济性和可行性
研究[J ].应用能源技术, 2009, (1) :36238.
[3] 牛永奎, 牛凤凯, 邹轶. 10kV 配电网络升压到20kV 运行的
可行性探讨[J ].电网技术:增刊, 2008:1912192.
[4] 马苏龙, 许志龙, 许扬, 等. 10kV 电缆升压至20kV 运行的
可行性研究[J ].中国电力, 2009, 1(1) :49252.
[5] 李子韵, 林琦, 潘敬东. 10kV 配电线路升压至20kV 的可行
性及应用实例[J ].供配电, 2009, (2) :20221.
[6] 高亦南. 10kV 与20kV 混供电网中配电变压器的选型
[J ].电力设备, 2008, (9) :105.
[7] 鞠佳. 备受关注的20kV 电压等级供电———访中国电力科
学研究院供用电研究所总工程师范明天[J ].电器应用,
2008, (21) :8210.
[8] 范明天, 张祖平. 中国配电网发展战略相关问题研究[M].
北京:中国电力出版社, 2008:50280.
[9] 魏庆海, 吕鸣镝, 周莉梅, 等. 配电网采用20kV 供电的前景
分析[J ].电网技术, 2008, 23(12) :61266.