宁波梅山岛20 k V配电网的建设方案

朱圣盼，金仁云

（宁波电业局 浙江 宁波 315200）

在电力网中，中压配电网是连接上游高压输电网和广大终端用户的重要环节，它起着承上启下的桥梁作用。现阶段我国中压配电网主要采用10 kV的电压等级，其适用于较低水平的经济建设和较小的电力负荷密度[1]。随着国民经济的快速发展，用电负荷猛增，特别是在工业密集的新兴工业园区，现有的10 kV供电已经不能满足用户需求，其供电能力不足、空间资源紧张以及网损较大等制约因素日益凸显，因此，20 kV配电网就成了解决问题的有效措施。20 kV配电网在国外应用的较多，且已有非常成熟的技术经验。俄罗斯20世纪初便有了20 kV电压等级，1960年后，几乎所有大城市都改成了20 kV等级；法国和德国自20世纪60年代初就开始使用20 kV配电网，运行效果良好。我国20 kV供电电压等级的提出可以追溯到1980年，1992年以推荐方式列入国家标准，但注明仅在用户要求时才采用，国家电网公司于2004年在输配电网协调发展及电压等级优化研究中提出“在新发展电网的地区宜不失时机地试点推行20 kV作为中压配电电压等级”，但直到2007年国家标准才将20 kV作为标准电压等级[2]，2007年江苏省开始试点推广20 kV配电。目前，全国范围内考虑采用20 kV作为中压配电电压等级的地区层出不穷[3-5]。

海岛地区尤其是部分孤立分散海岛的配电网受自身特点的限制，部分节点10 kV短路容量超标，严重威胁系统可靠性[6]。本文在结合宁波梅山岛电网实际的基础上，分析了梅山岛配电网采用20 kV电压等级的优点，并针对梅山岛的实际情况做了深入分析，可作为电网规划和建设的参考。

1 20 k V配电网的优越性

当电压等级由10 kV提高到20 kV后，电网供电能力、供电距离及损耗等指标均有提高与改善，具有明显的技术和经济优越性[7]：

1）在线路导线线径不变的情况下，线路输送能力提高1倍；

2）配送同样功率的电力，所需要的出线数目将减少一半，对线路走廊的要求将有较大幅度的降低；

3）允许电压损失相同、输送负荷电流保持不变的情况下，供电半径可增加1倍，输送负荷功率保持不变的情况下，供电半径可增加3倍，电网辐射范围更广；

4）相同距离内传输相同的功率，线路压降与电能损失明显减小，减小至25%；

5）20 kV设备的价格虽是10 kV设备的1.1～1.2倍。但按容量考虑，除配电变压器外，其他设备的每千伏安价格，20 kV要比10 kV的低。

2 梅山岛的现状电网

宁波梅山岛保税港区成立于2008年02月，北靠宁波四期码头，西扼象山港，东临舟山佛渡岛、六横岛。梅山岛现状电网只有35 kV箱式变1座，10 kV出线4回且均为架空线，夏季负荷0.43万kW。梅山岛规划目标年空间负荷在21.34～25.43万kW之间，平均负荷密度为0.87～1.04万kW/km2，其中负荷分布较为集中的梅山岛东部沿海地带 （增值服务区）平均负荷密度接近2万kW/km2。梅山岛保税港区作为新兴工业功能区，随着经济的发展，电力负荷密度的增大，10kV配电网供电的局限性开始表现出来，缺点也越来越突出。为更好的满足梅山岛保税港区的功能定位和要求，实现电网规划与港区规划的匹配，有必要跳出10 kV配电网电压等级的局限性，而采用20 kV配电网电压等级，以更好的满足其负荷、供电可靠性、电压质量等各方面需求。

3 梅山岛配电网采用20 kV电压等级优势分析

梅山岛配电网采用20 kV电压等级，除了常规优势外，还具有如下优势：

1）升压改造对现有电网的影响较小。目前，20 kV电网的建设分两类：一类是10 kV配电网成熟区域，20 kV电网是在原有10 kV电网基础上升压改造而来，通过大范围建设与改造直接将电网升压至20 kV；另一类是10 kV配电网空白或薄弱区域，先在一些新开发地区建全新20 kV电网，再以该地区为起点逐步将20 kV电网延伸与拓展。梅山岛现状供电资源薄弱，可不用太多的考虑现状电网的供电情况以及存量资产的影响。

2）20 kV电压等级适用于梅山岛建设的始终。梅山岛的建设是一个长期的过程。在建设初期，电源点较少，采用20 kV电压等级在增加中压线路的传输容量、扩大供电半径、提高电压质量等方面优势明显；在梅山岛发展成熟以后，地区负荷密度较大，单体用户用电需求高，用地比较紧张，采用20 kV电压等级供电可以减少变电站的密度，节省线路走廊和管线资源。故在梅山岛建设的初期直至成熟，采用20 kV电压等级供电都有较大优势。

4 20 kV配电网建设方案

4.1 升压改造的总体原则

根据梅山岛的经济发展情况、电网实际情况以及负荷发展情况，参考国内外20 kV配电网改造经验，制定20 kV配电网升压改造的总体原则。

1）必须清醒地认识到升压改造是一项复杂的系统工程，应制定发展战略规划，在统一领导下有序开展工作；

2）原有线路和设备均按正常寿命周期使用，如用户自身没有增容改造需求，不强制性进行升压改造，升压换下但未达到寿命周期的10 kV设备可再次使用，最大限度地利用原有10 kV存量资产，充分保护供电企业和用户的利益；

3）原10 kV供电区域内所有新建线路和设备以及使用寿命到期的10 kV设备，都按20 kV标准进行建设和更换，采用降压运行模式，待条件成熟时再升压到20 kV；

4）新开发区域统一采用20 kV供电方式，原则上不再拓展新的10 kV供电区域，以保证最终能够全面实施20 kV供电方式；

5）20 kV配电网的建设须得到政府部门的支持，相关的建设方案应及时纳入城市改造和建设的统一规划当中。

4.2 升压改造期间主要设备的选型

中压配电网设备类型主要包括主变压器、配电变压器、开关、线路、环网柜、熔断器及电压互感器等[8]。在改造期间，除双电压三相变压器、20 kV/10 kV联络变压器、带抽头电压互感器外，电缆、导线、开关等设备均直接按20 kV标准进行建设，从而达到在改造过程中节省投资、平稳过渡的目的。

4.2.1 双电压三相配电变压器

升压改造过程必定是个长期的过程，在这一过程中，新用户有可能暂时使用10 kV配变，不久后使用20 kV配变，为避免现在投资的变压器在日后遭淘汰，造成资源的极大浪费。最好的方法是采用10 kV/20 kV双电压配电变压器。目前，10 kV/20 kV双电压配电变压器主要有油浸式双电压配变和环氧树脂干式双电压配变两种。

1）油浸式双电压配电变压器

国内目前所生产的油浸式10 kV/20 kV双电压配电变压器为S11-M型，容量范围在50~2 500 kVA。10 kV与20 kV转换后联接组别不变，分接电压不变。该系列变压器的主要优点有：变压器绕组安匝排列合理，抗短路能力强；两种电压运行状态下无闲置匝数，变压器负载损耗低；只需转换设置在箱盖上的两个位置开关就能完成电压转换，使用方便。

2）环氧树脂干式双电压配电变压器

国内生产的环氧树脂干式双电压配电变压器有SDC（B）系列，容量范围在400~3150 kVA。高压绕组为结构相同的两部分，进、出线端子引到高压线圈外部，串联时作为20 kV级、并联时作为10 kV级配电变压器使用。该系列变压器具有低噪声、低损耗、体积小、操作方便等性能。

4.2.2 20 k V/10 kV联络变压器

在升压改造过程中，10 kV和20 kV配电网势必会共存，10 kV配电网和20 kV配电网需互联，以便在紧急情况下进行相互转供操作。行之有效的方法是采用20 kV/10 kV联络变压器将10 kV和20 kV配电网互联，从而减少线路上的损耗，提高经济性。联络变压器自身具有主接线简单、占地面积小等优点。

4.2.3 带抽头电压互感器

在升压改造过程中，使用带抽头电压互感器能极大的提高利用率。国内生产的同时适用于10 kV和20 kV配电网的电压互感器有JDZX系列，该系列产品为全封闭结构，所有绕组完全浇注在环氧树脂中，具有体积小、重量轻等优点，其二次侧带中间抽头，通过二次抽头改变一、二次电压比。

4.3 改造期间的供电方式

4.3.1 改造前期的供电方式

具有20 kV出线间隔的高压电源点尚未建成前称为改造前期，改造前期的供电方式示意图如图1所示，为使新用户能够直接采用20 kV配电网供电，对35 kV梅山变的4个备用出线间隔进行升压改造，从而为供电区域提供20 kV电源。为保证供电可靠性，梅山变I、II段10 kV出线都进行改造，形成联络，便于实现负荷转移。

图1 改造前期的供电方式Fig.1 Power supply mode in the prophase period of the reformation

4.3.2 改造中后期的供电方式

从建成第一个具有20 kV出线间隔的高压电源点至升压改造全部完成称为改造中后期，主要任务是实现10 kV电网的完全退出，建成一个供电能力强、供电可靠性高的20 kV电网。改造中后期的供电方式如图2所示，其将经历双射和单环、同一电源点双环以及不同电源点双环3个阶段。改造中期由双射和单环及同一电源点双环两个阶段构成，当具有20 kV出线间隔的高压电源点建成后，首先采用双射或单环方式构建起具有一定供电能力的20 kV中压配电网，然后通过联络进一步提高配电网的供电可靠性和供电能力，最终形成全面覆盖的20 kV中压配电网网架。

图2 改造中后期的供电方式Fig.2 Power supply mode in the middle and later periods of the reformation

考虑到梅山岛20 kV电网电源点相对较少，部分区域环网结构可能相对简单，网络运行灵活性不高。因此，为保障用户供电可靠性，可采用开闭所的形式来实现目标网架。在两座不同电源点间预留部分20 kV联络线路，在主供电源点退出运行时，由联络线路转供重要负荷，实现在网络拓扑结构不发生重大改变时，短时内转移区域重要负荷。

4.3.3 10 kV与20 kV配电网的共存

在20 kV配电网的建设工程中，现有10 kV用户的升压改造不能同步完成；此外，随着10 kV配电网的逐渐削弱，使得原有的10 kV线路不再具备环网开环运行的形式。为使现有10 kV用户的供电不受影响并保证供电可靠性，提出了10 kV与20 kV配电网的共存方式，如图3所示。在共存区采用20 kV/10 kV联络变压器，新用户直接接入20 kV配电系统，10 kV用户经过升压改造逐步接入20 kV配电系统。当10 kV用户完全具备升压改造条件后，联络变压器即可退出运行。该方式有利于充分利用原有资源，缓解20 kV配电网建设与原10 kV用户供电的矛盾。

图3 10kV与20kV配电网的共存方式Fig.3 Coexistence of 10kV and 20kV distribution networks

4.4 升压改造的配合政策

升压改造过程中，对需要改造的线路和设备进行技术经济论证和安全可靠性评估，确定改造时机和改造方案，供电部门还要认真做好宣传工作，让用户充分认识到20 kV电压的优势所在[9]。无论是改造时机的选择，还是改造方案的制定，都要充分考虑用户的利益，让用户成为升压改造的助推器。只有在原10 kV用户的报装容量发生变化，或10 kV用户侧设备的运行时间达到规定年限时，才对原有10 kV设备实施升压改造。升压改造是一项长期艰巨的工程，必须结合社会经济的发展和用户对供电需求的新变化，对改造方案进行反复论证，避免重复建设；随着物质生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，在改造方案的制定中，要减少升压改造带来的电磁污染和噪声污染，还应使线路和设备与周围环境相协调以满足美观要求。升压改造完成后，须对电价问题、用户接入问题等方面的政策进行长期的追踪调查，力争达到供电企业和客户的双赢，促进经济社会持续健康发展。

5 结 论

宁波梅山岛的实例表明，中压配电网采用20 kV电压等级在社会资源方面比10 kV电压等级有很大优势，所提出的建设方案充分考虑到梅山岛电网的实际情况，保证了供电可靠性，达到了经济上和技术上的双重最优。从分析可知：在土地资源日益紧缺的新兴工业区，可以不失时机地建设和发展20 kV配电网，但在10 kV供电成熟区要合理利用好现有10 kV设备，应分区、分步向20 kV过渡。

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