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(jí)在供電能力方面有明顯提升，可以促使線路布點(diǎn)與變電站密度減少，同時(shí)也方便客戶接入。對(duì)于大用戶而言20 kV配電的效益非常突出，無(wú)論是在金屬消耗量或者是項(xiàng)目建設(shè)投資都能減少。但由于相關(guān)設(shè)備方面問(wèn)題，項(xiàng)目建設(shè)成本相對(duì)比較高，與其它區(qū)域的電網(wǎng)運(yùn)行配合存在一定問(wèn)題。

1　規(guī)劃比較

對(duì)兩種不同等級(jí)電壓配電網(wǎng)進(jìn)行分析，比較內(nèi)容主要是電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與遠(yuǎn)景、電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性、電壓的質(zhì)量和節(jié)能方面等[1]。其中發(fā)展遠(yuǎn)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(jì)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(shí)間與頻率指標(biāo)等，通過(guò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，來(lái)確定不同方案的可靠性。對(duì)電壓進(jìn)行分析是依據(jù)配線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況，通過(guò)理論計(jì)算而得到了線路最低電壓。而經(jīng)濟(jì)性分析則是將項(xiàng)目整體投資進(jìn)行折算，并且在此基礎(chǔ)上加上運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算后得到的最小單位負(fù)荷總體費(fèi)用，之后對(duì)不同方案的投入進(jìn)行比較。

為了確保比較能夠達(dá)到預(yù)期效果，需要對(duì)比較方案進(jìn)行認(rèn)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(guò)程中已經(jīng)確定變電站布點(diǎn)。為使方案更加具有可比性，在方案上設(shè)置不同電壓等級(jí)與主容量不同方案。從城市發(fā)展遠(yuǎn)景來(lái)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(duì)于20 kV變電站而言，變電站容量在增大的同時(shí)，供電范圍也相應(yīng)增加，而線路長(zhǎng)度也會(huì)增加，反映到投資方面呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。采用20 kV等級(jí)配電電壓，對(duì)于相同區(qū)域規(guī)劃工作而言，遠(yuǎn)景規(guī)?？梢杂行p少變電站布點(diǎn)密度與線路密度[2]，節(jié)約土地資源效果明顯。而中國(guó)城市化進(jìn)程在快速的推進(jìn)過(guò)程中，城市土地資源越來(lái)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(lái)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(guò)程中會(huì)遇到一些拆遷工作，從而增大了項(xiàng)目建設(shè)工作難度。而20 kV等級(jí)電壓的應(yīng)用，則可以在一定程度上緩解這一問(wèn)題。

經(jīng)濟(jì)性比較，對(duì)20 kV與10 kV配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，主要是從設(shè)備投資與運(yùn)行兩個(gè)方面入手開(kāi)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(jí)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是近似的，因此在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，考慮的部分通常只包括中壓配電與變電站兩個(gè)部分。不同等級(jí)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(yùn)行費(fèi)用，對(duì)兩種電壓等級(jí)網(wǎng)年負(fù)荷費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算[3]。

比較的具體流程是了解規(guī)劃區(qū)域負(fù)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(duì)兩種方案工程量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其綜合投資進(jìn)行計(jì)算，包括了年運(yùn)行費(fèi)用、負(fù)荷費(fèi)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(shí)際分析工作需要對(duì)上述部分進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

對(duì)N值取整，而在線路長(zhǎng)度估計(jì)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(shí)間等等問(wèn)題。

3　動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析

動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析內(nèi)容包括綜合投資、年運(yùn)行費(fèi)用、最小負(fù)荷單位和最小年費(fèi)用等。通過(guò)對(duì)不同方案進(jìn)行比較從而確定其經(jīng)濟(jì)性。從節(jié)能性方面來(lái)看，使用20 kV電壓等級(jí)，依據(jù)負(fù)荷密度進(jìn)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(diǎn)有所簡(jiǎn)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(lái)看，通過(guò)對(duì)電力網(wǎng)進(jìn)行升壓操作，電壓等級(jí)能夠得到優(yōu)化。對(duì)某些地區(qū)而言其負(fù)荷較高，可以將高壓引入到負(fù)荷中心。這樣可以在最大程度上避免進(jìn)行迂回供電，并結(jié)合到技術(shù)方面措施，利用20 kV等級(jí)電壓供電，綜合網(wǎng)損能夠有效降低。通過(guò)對(duì)不同方案比較，20 kV等級(jí)電壓體現(xiàn)出多方面優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)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(fù)荷低于15 MW/km2的時(shí)候,建議采用10 kV方案,而當(dāng)其負(fù)荷密度高于此數(shù)值時(shí),則建議采用20 kV等級(jí)電壓供電方案。

在規(guī)劃工作方面，20 kV等級(jí)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(lái)工作規(guī)劃。依據(jù)新建區(qū)域，混合供給區(qū)域等特點(diǎn)，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)于某些新建開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)等，在未來(lái)一段時(shí)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(guò)程中。對(duì)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(lái)需求會(huì)進(jìn)一步增大，而現(xiàn)有設(shè)施無(wú)法滿足未來(lái)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(jí)。對(duì)于10 kV供電系統(tǒng)而言,在滿足一定時(shí)期內(nèi)發(fā)展需要的基礎(chǔ)上,可以對(duì)20 kV電壓等級(jí)進(jìn)行評(píng)估,并在合適的情況下,有計(jì)劃，有步驟的引入過(guò)渡。

4　20 kV與10 kV配電電壓等級(jí)規(guī)劃的比較

為了更好地了解兩種不同電壓等級(jí)之間的區(qū)別，以某園區(qū)為例進(jìn)行說(shuō)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(jí)，為適應(yīng)園區(qū)發(fā)展，后引入20 kV等級(jí)電壓。相比之下，后者在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)性方面都有較大優(yōu)勢(shì)。

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(tái)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(duì)20 kV下63 MVA，80 MVA,與10 kV下40MVA，50 MVA供電的半徑進(jìn)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(fù)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(lái)看，假設(shè)不同等級(jí)線路都將其分為三段，導(dǎo)線截面相同，安全負(fù)荷電流均為410 A,線路電壓與功率損失則可以通過(guò)表1進(jìn)行說(shuō)明。

表1　電纜線路有功損耗與電壓損失

如果不同等級(jí)供電線路采用架空出線方式,線路在100%，與50%負(fù)荷時(shí)有功損耗與電壓損耗是不同的。通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行比對(duì),對(duì)架空線路而言，20 kV供電時(shí),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(fù)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(jí)電壓要高于10 kV供電質(zhì)量,而負(fù)荷增長(zhǎng)的同時(shí),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(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者。而線路負(fù)荷增加時(shí),此種優(yōu)勢(shì)會(huì)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(jìn)行分析,用戶在使用費(fèi)用方面節(jié)約明顯。從大用戶投資角度來(lái)看,原有供電系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足工作需要,從升級(jí)與改造工作方面來(lái)看,能夠節(jié)約用戶投資。從土地資源約的角度來(lái)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(wú)論是在投資、土地占用和運(yùn)行維護(hù)工作方面都不具備優(yōu)勢(shì)。20 kV方案應(yīng)用,在滿足供電要求的同時(shí),運(yùn)行與維護(hù)工作成本也能夠明顯降低,對(duì)用戶吸引力也能夠明顯增強(qiáng)。

5　結(jié)語(yǔ)

20 kV在輸送能力提升,高密度負(fù)荷區(qū)域供電,輸電成本降低方面有明顯的優(yōu)勢(shì),同時(shí)能夠?qū)Τ杀具M(jìn)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(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行改造以達(dá)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(duì)策分析[J].江蘇電機(jī)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(jí)的研究[J].電力自動(dòng)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.