浅析20kV电压等级的具体应用

浅析20kV电压等级的具体应用

在我国，我们一直将10kV作为中压配电电压，有65％的供电量通过10kV等级输出。当前许多城市快速发展使得用电水平空前增长，采用20kV配电电压可以提高供电能力、减少土地占用量、减少建设投资、降低损耗和提高电压质量，还可以简化电压等级。 20kV配电网在美国、日本、法国、德国等很多国家早已成为主流，国内20kV的实践经验也很多。苏州新加坡工业园区已经成功运行了10多年，自1996年正式投运以来，故障情况较少，每kVA投资比10kV要低267元，园区配电网的供电可靠率为99.993％，略高于公司平均水平99.99％，设备的事故率与10kV相仿。

配电电压正确的选择原则：技术上先进可行，运行上经济合理，结合电力系统的输电电压、供电地区的配电条件和预测的负荷密度、增长速度等进行综合考虑。对新建工业园区或开发区，可优先采用20kV电压等级。 1 概况

某城市新城定位为集居住、教育、研发、文体、高新技术产业及旅游服务于一体的滨湖生态新城，总面积约150km2，分为7大区域。其负荷预测情况见表1。 表1 新城负荷预测表 区域

面积 （km） 1 2 3 4 5 6 7

9.93 5.59 5.45 43.6 28.4 28.7 18.5

10.4 15.8 13.9 7.3 16.7 14.9 15.2

11.6 17.6 15.4 8.1 18.6 16.6 16.9

12.8 19.4 16.9 8.9 20.5 18.3 18.6

2

负荷密度（MW·km） 低方案

中方案

高方案

-2

采用动态经济分析法中的\"年费法\"进行动态经济比较，以包括投资费用和运行成本在内的综合等年费用为目标函数，费用最小的方案即为最优方案。除了比较综合等年费用外，还研究年电力损耗费用和等年投资费用，可以从多个角度衡量并选择最佳方案。 然而仅从经济性一个方面选择最优方案是不合理的，还需分析经济性最优方案的技术指标，只有在不违反安全供电原则的前提下，才能优先选择经济性最佳的方案。 2 供电方案的规划 (1)规划原则

以项目所在规划区现状负荷及预测负荷的大小及分布为规划依据，对110／10kV变

电站和110／20kV变电站采用3×63MVA方案。该地区远景采用全电缆网结构，110／10kV和110／20kV变电站一般情况下采用放射状接线方式，但在比较重要的地区采用手拉手接线方式。中压配电网远景应逐步过渡到双环网接线方式，故方案中采用双环网接线方式。220／110kV变电站采用3×240MVA变压器，每台主变110kV侧设12回出线，采用双母线(分段)接线。假设两种方案的建设起点相同，但在进行110／20kV变电站与20kV开闭所布点时充分考虑与现有10kV网络的合理过渡和工程量的优化。 (2)变电站规划

根据地区的负荷情况，表2给出了地区各区域的规划变电站数量，用于计算配电网建设的投资费用。 表2 变电站规划 区域

负荷密度 （MW·km） 1 2 3 4 5 6 7

11.6 17.6 15.4 9.5 18.6 16.6 16.9

-2

面积 （km） 9.96 5.18 6.84 37.25 28.45 28.83 11.83

2

负荷 （MW） 104 73 84.3 230 317.5 382.8 160

变电站 2 1 2 3 4 5 2

3 经济性比较

综合等年费用是电网年运行成本UL与折算到n年内的等年投资费用NFI之和。年运行成本费用UL主要包括整个电网1年中线路的电能损耗及所有电力设备的检修、维护、折旧费等。

式中ZI--110kV变电站、中压开闭所和所有电缆线路的综合投资； n--项目建设期，a； r0--电力工业投资收益率；

UD--电力设备的折旧费用； εh--110kV电价； εm--10(20)kV电价； ΔPh--l10kV线路有功损耗； ΔPm--10(20)kV线路有功损耗； Tmax--最大负荷利用小时数。

通过估算，根据综合等年费用可以判断110／20kV供电方案明显优于110／10kV方案，每年可节约7382万元。参考年电力损耗和等年投资费用的对比数据，110／20kV供电方案的经济优势非常明显，每年的电力损耗可减少657万元的损失，而等年投资费用也可降低5633万元。当负荷密度由表1中的中方案增长到高方案时，110／20kV的综合等年费用增长率比110／10kV低。采用大容量变压器的20kV供电方案随负荷密度的增长将有更大的经济性优势。 4 技术性比较

参阅文献并结合项目应用所在地区的电网特性，分别选取4个技术指标参数：最大短路电流允许值为16 kA，系统平均供电可靠率为99.99％，最大电压降落允许值为2％，配电网平均停电时间为0.5h(用户oa)。配电网平均停电持续时间指标是指每个由配电网供电的用户在1年中遭受的平均停电持续时间，可通过1年中用户遭受的停电持续时间总和除以该年中由系统供电的用户总数来估计。 通过分析计算，可得到2种方案的技术指标列在表3中。2方案除了线路最大电压降差别较大，可靠性指标和最大短路电流值较为接近，且都符合文献H o的要求。110／20kV供电方案虽然减少了110kV变电站个数，加大了供电距离，但由于采用了更高的电压等级，使中压线路的最大电压降稍有降低。 表3 2供电方案的技术指标情况表

技术指标 线路最大电压降（%） 最大短路电流（A）

系统平均停电持续时间/h•（用户•a）

系统平均供电可用率（%） 5 结语

根据以上的计算分析，综合考虑经济性和技术指标1方面的分析结果，无锡太湖新城采用20kV电压等级在技术上可行，虽然供电可靠性稍逊于10 kV系统，但能够满足供电质量的要求，不过20kV电压等级具有明显的经济效益，适用于新开发的地区。

目前无锡地区已有部分变电站应用了20kV电压等级，经过一段时间的运行，其经济效益

10kV供电方案

0.458 10.748 0.43896 99.994989

20kV供电方案

0.421 10.745 0.44299 99.994943

优势显著，但在实际应用中还暴露出一些问题，需结合苏州工业园区的实践经验后进一步改进提高。 参考文献

[1]张明杰．浅谈20kV供电系统实际应用[J]．中国高新技术企业，2008(15)． [2]马晓东．苏州20kV配电网运行实践[J]．供用电，2009，26(2)．

[3]姜祥生，汪洪业，姚国平．苏州工业园区20kV电压等级的实践[J]．供用电，2002，19(6)：9-11．

[4]国家电网公司．城市电力网规划设计导则[M]．北京：国家电网公司。