城區配電網升壓改造

李學民

華聚能源供電管理中心，山東鄒城 273500

1 升壓意義

兗礦駐地城區配電網是隨礦井建設陸續形成的，系統效率低，電能損耗高，據統計，近幾年城區駐地6kV～35kV電網的綜合網損為8.3%左右，其中6kV配電網損耗占總損耗的75%以上，節能降耗壓力非常大。實踐證明，電容優化補償是一種降低網損的辦法，但最根本、最直接、最經濟的辦法就是提高電壓等級。針對城區電網，其往往是負荷密度大，6kV配電網絡容載比較低，這將嚴重影響該地區的供電可靠性，必須增加新的電源點。從早到晚因為這些區域所處位置、站點路徑和上級電源的選取都非常困難。在這樣的的情況下，電壓由6kV升至10kV，是解決中壓配電容量不足，提高供電可靠性，是滿足用戶需求的最好方法。另外，電壓由6kV升至10kV，按同等負荷密度計算，網損可降低64%左右，其效益投資比非常可觀。且6kV配電電壓等級低，供電半徑小。對現有的的配電網進行改造，是一項適應我國社會經濟發展需要，是提高配電網供電能力、節省占地資源、節能降損的戰略決策。

有關國家規范和城市規劃設計導則已建議不使用6kV電壓等級。早在1996年實施的GB 50052-95《供配電系統設計規范》明文指出：“當供電電壓為35 kV及以上時，用電單位的一級配電電壓應采用10kV”；煤礦企業過去均選用6kV配電電壓，屬歷史原因。對現有的的配電網進行改造，是一項適應我國社會經濟發展需要，是提高配電網供電能力、節省占地資源、節能降損的戰略決策。

2 改造實施

2.1 無功補償裝置的選擇

采用自動分段投切無功補償裝置。根據近三年運行統計，在不投無功補償裝置的情況下，變電所最低功率因數為0.85，《供電營業規則》第四章第四十一條規定“100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.90以上”，按補償后變電所功率因數為0.95計算

無功補償容量QC=PC(tgφ1- tgφ2)= PC*qckvar

tgφ1——補償前功率因數正切值，tgφ2——補償后功率因數正切值，

qc——無功功率補償率，kvar/kW,

功率因數從0.85補償到0.95時，qc=0.292

線網最大有功負荷為9768.48*0.95=9280kW，則無功補償容量為：

QC= = PC*qc=9280*0.292=2709.76kvar，所以無功補償容量選取2800kvar。

2.2 線路選型

以北庫線為例，北庫線最大歷史電流為267A，改為10kV線路運行后，線路電流I=300/1.732=173.21A，有功功率P=1.732*173.21*10*0.95=2850kW，根據經濟電流密度選取架空線導線截面S=I/j=173.21/1.65=104.97mm2，選取架空導線型號JKLYJ-120，長度1750m。

根據載流量選取電纜YJV22-3*50/8.7/10kV，長度50m。

1）溫升校驗

JKLYJ-120導線在35℃時載流量為335A>173.21A；

YJV22-3*50電纜35℃載流量194A>173.21A。

2）電壓損失校驗

10kV供電系統電壓偏移為為±5%，

架空線ΔU%=ΔUP%*Pl=0.436*2850*1.75/1000=2.17%。

電纜ΔU%=ΔUP%*Pl=0.487*2850*0.05/1000=0.06%。

2.17 %+0.06%=2.23%<5%。

ΔUP%——三相線路每1kW*km的電壓損失百分數.

3）短路熱穩定校驗

10kV母線最大短路電流為5.89kA.由于YJV22-3*50電纜短路熱穩定電流小于5.33kA（1.6S切除時間），所以該出線電纜應選用YJV22-3*70/8.7/10kV，其短路熱穩定電流為7.47kA。

當負荷不變時，電壓升級以后，電纜及架空線的線徑縮小，減少投資。

2.3 用戶側改造

用戶統一采用Dyn11接線非晶合金變壓器加智能遠控開關。非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優點是，空載損耗值特低，減少了用戶的用電成本支出。

3 安全經濟效益

1）線路有功損耗可降低64%

假定配電網升壓前后輸送負荷功率不變, 有功損耗ΔP 與線路輸送電流平方（I2）成正比，與電壓平方（U2）成反比，算得該配電網升壓后的有功損耗降低百分數為：

根據近三年的數據統計，配電網的線損電量分別為2009年295.5萬kW·h、2010年303.2萬kW·h、2011年前11個月248.9萬kW·h，電壓由6kV升級到10kV后，按年線損電量300萬kW·h計算，年節約線損電量192萬kW·h，按每kW·h電費0.65元計算，每年節省電費約124.8萬元；另外，升壓后由于10kV低壓側的輸送電流明顯降低，變電所主變的負載損耗也有效減少，也促進了整個供電系統的節能降耗工作。

2）推廣應用節能型非晶合金變壓器，用戶端變壓器空載損耗率降低0.15%

用節能型非晶合金變壓器，取代原有能耗偏高的S9系列油絕緣變壓器，使變壓器的空載有功損耗率由0.2%降低到0.05%。按目前的用戶變壓器總裝機容量32720kVA計算，每年僅節省變壓器空載損耗42.99萬kW·h，折合電費約21.5萬元。

3）降低電壓損失，提升遠端用戶的供電質量

配電網電壓等級由6kV提升至10kV運行，根據計算：

ΔU%= （PR+QX）/U2×100%,升壓后，在設備不變的條件下, 線路電壓損失率ΔU%與線路電壓平方U2成反比。從降低網損和提高供電可靠性的角度出發，10kV配電線路的長度應控制在10km以內，目前全國城網10kV配電線平均長度約6km左右。鐵東片區最遠端用戶國宏公司的10kV電源線約4.6km，低于國家10kV配電線路平均長度，在相同電壓損失限值的情況下，輸送同等容量的用電負荷，可有效降低輸電線路線徑，節省大量投資。

4 結論

總之，把配電網6kV電壓提升至10kV電壓能夠滿足兗礦駐地城區配電網發展需求。升壓后，在提高電網的容量，降低線路上的電壓損失，增大配電網的供電半徑，促進節能降損等方面都具有顯著優勢。因此，城區配電網升壓改造應根據具體懷況以及不同的范圍因地制宜地制訂實施規劃和方案。

[1]張磊.對城鎮配電風采用20kv電壓等級的探討[J].農村電氣化，2004(2)：18-19.

[2]董振亞.對我國城鄉電網建設和改造中若干技術問題的建議[J].電力設備，2000，1(3-4)：77-18.