20 kV与10 kV配电电压等级规划的比较

孟祥东

（茂名市粤能电力股份有限公司， 广东　茂名　525000）

引言

与传统10 kV配电相比，20 kV电压等级在供电能力方面有明显提升，可以促使线路布点与变电站密度减少，同时也方便客户接入。对于大用户而言20 kV配电的效益非常突出，无论是在金属消耗量或者是项目建设投资都能减少。但由于相关设备方面问题，项目建设成本相对比较高，与其它区域的电网运行配合存在一定问题。

1　规划比较

对两种不同等级电压配电网进行分析，比较内容主要是电网建设规模与远景、电网运行可靠性、经济性、电压的质量和节能方面等[1]。其中发展远景主要比较的是占地面积、建设规模和出线规模。而可靠性分析则主要指的是计算不同方案的平均用电效度指标，系统平均断电持续的时间与频率指标等，通过对指标进行计算，来确定不同方案的可靠性。对电压进行分析是依据配线网络负荷情况，通过理论计算而得到了线路最低电压。而经济性分析则是将项目整体投资进行折算，并且在此基础上加上运行费用，计算后得到的最小单位负荷总体费用，之后对不同方案的投入进行比较。

为了确保比较能够达到预期效果，需要对比较方案进行认真的研究。假设比较区域是城市中心区域，在方案中应用的均是电缆线路，在规划布局过程中已经确定变电站布点。为使方案更加具有可比性，在方案上设置不同电压等级与主容量不同方案。从城市发展远景来看，不同方案变电站数量不同，如果选取大容量变电站则变电站数量可适当减少。如果使用混合电网方案，变电站数量也可以适当减少，在规模方面也区别于其它方案。对于20 kV变电站而言，变电站容量在增大的同时，供电范围也相应增加，而线路长度也会增加，反映到投资方面呈现出增加趋势。采用20 kV等级配电电压，对于相同区域规划工作而言，远景规模可以有效减少变电站布点密度与线路密度[2]，节约土地资源效果明显。而中国城市化进程在快速的推进过程中，城市土地资源越来越珍贵。电网建设工作与土地资源使用之间的矛盾也变得越来越突出，寻找合适的站址与线路已经比较困难，并且在建设工作过程中会遇到一些拆迁工作，从而增大了项目建设工作难度。而20 kV等级电压的应用，则可以在一定程度上缓解这一问题。

经济性比较，对20 kV与10 kV配电网经济性进行比较，主要是从设备投资与运行两个方面入手开展比较。设备投资部分包括了变电站，中低压配电部分，而两种电压等级电网网络是近似的，因此在进行经济性分析时，考虑的部分通常只包括中压配电与变电站两个部分。不同等级配电网比较的思路是，将二者变电站综合投资及中压部分投资折算年值，折算方法利用的是等值年折算法，之后再加上中压配电与变电站部分年运行费用，对两种电压等级网年负荷费用进行计算[3]。

比较的具体流程是了解规划区域负荷大小及分布情况，找出边界条件，提出两种不同电网规划方案，并且分别对两种方案工程量进行计算，对其综合投资进行计算，包括了年运行费用、负荷费用和线损等。中压配电部分包括了电缆架空线路、线路排管和K型站与P型站等，实际分析工作需要对上述部分进行计算，公式如下：

对N值取整，而在线路长度估计方面则需要结合到供电半径分情况讨论。

2　可靠性与电压水平比较

可靠性是电力系统的重要指标，不同建设方案需要考虑出现故障的概率，故障出现后影响范围，故障后果的严重性，故障的修复时间等等问题。

3　动态经济分析

动态经济分析内容包括综合投资、年运行费用、最小负荷单位和最小年费用等。通过对不同方案进行比较从而确定其经济性。从节能性方面来看，使用20 kV电压等级，依据负荷密度进行变电站选取，确定使用大容量变电站，能够对区域内变电站布点有所简化，电力网络能够得到优化，变电站在电网中的损耗也能够有所减少。从网络结构方面来看，通过对电力网进行升压操作，电压等级能够得到优化。对某些地区而言其负荷较高，可以将高压引入到负荷中心。这样可以在最大程度上避免进行迂回供电，并结合到技术方面措施，利用20 kV等级电压供电，综合网损能够有效降低。通过对不同方案比较，20 kV等级电压体现出多方面优点。但实际应用中，如果高压配电网利用电缆线路供电，当其密度负荷低于15 MW/km2的时候,建议采用10 kV方案,而当其负荷密度高于此数值时,则建议采用20 kV等级电压供电方案。

在规划工作方面，20 kV等级供电范围应该结合到该区域现有的电力网络情况、电力发展的情况和未来工作规划。依据新建区域，混合供给区域等特点，对配电网络进行规划。对于某些新建开发区、工业园区和新城区等，在未来一段时间内电力需求量非常大，而现有设施建设比较薄弱，结合到区域具体情况可以考虑将20 kV配电网引入到区域发展与建设过程中。对于某些区域而言，现有电网已经具备了一定规模，但是其未来需求会进一步增大，而现有设施无法满足未来需要，可以结合到自身情况，在改造工作中适当引入20 kV电压等级。对于10 kV供电系统而言,在满足一定时期内发展需要的基础上,可以对20 kV电压等级进行评估,并在合适的情况下,有计划，有步骤的引入过渡。

4　20 kV与10 kV配电电压等级规划的比较

为了更好地了解两种不同电压等级之间的区别，以某园区为例进行说明。该园区在电力系统改造前使用的是10 kV配电电压等级，为适应园区发展，后引入20 kV等级电压。相比之下，后者在经济与技术性方面都有较大优势。

首先在供电能力方面，假设两种供电方案采用的都是三台主变压器，其中20 kV使用63 MVA主变压器。而10 kV使用40 MVA，线路限额400 A。分别对20 kV下63 MVA，80 MVA,与10 kV下40MVA，50 MVA供电的半径进行比较。在供电半径相同情况下,如果应用导线截面相同，20 kV输电功率方面要大于后者。而负荷密度相同情况下，20 kV供电半径是后者的一倍多，供电面积同样是后者的倍数。

从电压质量方面来看，假设不同等级线路都将其分为三段，导线截面相同，安全负荷电流均为410 A,线路电压与功率损失则可以通过表1进行说明。

表1　电缆线路有功损耗与电压损失

如果不同等级供电线路采用架空出线方式,线路在100%，与50%负荷时有功损耗与电压损耗是不同的。通过对结果进行比对,对架空线路而言，20 kV供电时,满载电压损失能够比10 kV降低,功率损耗也能够明显降低。在50%满载负荷情况下,线路功率损耗也明显减少。

在线路损耗方面,使用电线线路相同的情况下,20 kV等级电压要高于10 kV供电质量,而负荷增长的同时,前者线损率要低于后者（表2）。随着如果使用架空线路,前者功损要远远低于后者。而线路负荷增加时,此种优势会更加明显。

表2　相同条件下20 kV与10 kV架空线路线损与压电损失比较

从用户角度进行分析,用户在使用费用方面节约明显。从大用户投资角度来看,原有供电系统已经无法满足工作需要,从升级与改造工作方面来看,能够节约用户投资。从土地资源约的角度来看,可以在原有设施用地基础上节约数百亩土地。而以前所采用35 kV变电站无论是在投资、土地占用和运行维护工作方面都不具备优势。20 kV方案应用,在满足供电要求的同时,运行与维护工作成本也能够明显降低,对用户吸引力也能够明显增强。

5　结语

20 kV在输送能力提升,高密度负荷区域供电,输电成本降低方面有明显的优势,同时能够对成本进行合理控制。并且20 kV线路损耗也能够降低,节约土地资源。在20 kV应用方面可以充分利用现有通道与站址资源,对电力系统进行改造以达到资源节约的目的。

[1]路永玲.10 kV～20 kV架空配电线路跳闸故障及其防治对策分析[J].江苏电机工程，2016，35（1）：84-86.

[2]胡贤德,吴环红,张弘.10 kV配电变压器和箱式变电站升压改造至 20 kV电压等级的研究[J].电力自动化设备，2012，32（12）：118-126.

[3]郑孝东，邹刚.在配电网中推行20 kV配电电压的可行性研究[J].电气技术，2011（4）：1-5.