智能電網要求下的20 kV配網建設需求分析

陳 燁，李紅日

（嘉興濱海供電分局，浙江 嘉興 314201）

0 智能配電網的背景

智能電網是當今世界能源產業發展變革的最新動向，代表著電網未來發展的方向。智能電網的概念最早是由美國提出來的，2011年，美國電力科學研究院提出了“Intelligrid（智能電網）”的概念，并于2003年提出《智能電網研究框架》，并將其定義為“集成了傳統的現代電力工程技術、高級傳感和監視技術、信息與通信技術的輸配電系統，具有更完善的性能并能為用戶提供一系列的增值服務”。2006年歐盟智能電網技術論壇推出了《歐洲智能電網技術框架》，認為智能電網技術是保證歐盟電能質量的一個關鍵技術和發展方向，主要著重于輸配電過程中的自動化技術。2009年5月國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念，并計劃于2020年基本建成堅強智能電網。

國家的配電網是整個電力系統中的重要組成部分，近年來，隨著電力系統農村網絡與城市網絡改造的結束，如何加強和完善智能配電網的管理，提高供電質量，加強智能配電網的建設，成為了當前值得研究的重要課題。智能配電網從傳統的供方主導、單向供電、基本依賴人工管理的運營模式向用戶參與、潮流雙向流動、高度自動化的方向轉變。智能配電網具有高度的安全性，能夠抵制各種進攻，并能保護重要用戶的供電不停頓。智能配電網可以提供更高的電能質量，使電壓有效值和波形符合不同用戶的要求，保證用戶的設備正常運行。

1 20 kV配電網的發展進程

隨著經濟的飛速發展，城市化進程的不斷加速，人民生活水平的不斷提高，城市的電力需求快速增長，尤其是人口密集、經濟發達的中心城區和新開發區，以10 kV為主的現狀中壓配電系統已明顯出現弊端。為了解決電力需求和城市電網的供電能力與土地資源之間的矛盾，需要從建設節約型社會的戰略高度，抓住智能電網大規模擴展的機遇，利用新技術、新思路合理配置城市電網電壓等級、減少變電層次、提高供電能力。

1.1 20 kV配電網全球發展概況

目前，20 kV電壓等級在中壓配電網中的應用越來越受到人們的關注和重視。世界上已有數十個國家和地區將20 kV電壓等級作為中壓配電網的標準電壓，并已列入國際電工委員標準，具有非常成熟的技術和經驗。美國自1984年開始部分采用20.8～24.9 kV電壓，法國和德國自20 世紀60年代開始統一采用20 kV電壓，近80%的歐洲國家如意大利、波蘭等也大都采用20～25 kV作為中壓配電，近60%的亞洲國家，其中包括日本、新加坡、韓國等均已采用20 kV電壓等級為其城市供電[1]。

1.2 國內20 kV配電網的發展

國內20 kV電壓等級的提出，經歷了一段較為漫長的時期。

（1）20 世紀70年代末，國內基本完成了將眾多、繁雜的中壓配電電壓統一到10 kV的工作。

（2）隨著電力負荷的增加，90年代前后，鄭州工業學院、武漢高壓研究所分別提出了20 kV配電電壓使用的問題。

（3）1992年，國家公布的GB156-93《標準電壓》中，正式將20 kV打括號列入標準電壓，并說明“為用戶要求時使用”。

（4）1993年，蘇州工業園區在全國率先采用了20 kV配電電等級，并于1996年正式投運。

（5）接著北京、上海、浙江、云南等分別對20 kV配電電壓等級進行了論證。

（6）2003年，遼寧省本溪供電公司經論證對南芬地區采用20 kV配電，并已取得經濟效益，是國內首先采用20 kV架空線路的單位。

（7）2007年8月，江蘇省電力公司正式發布推廣應用20 kV電壓等級。

2 20 kV配電網的優越性分析

2.1 配電容量大，傳輸能力提高

隨著經濟的快速發展，用戶負荷密度增大，以往的10 kV配電網容載比不能滿足負荷的增長速度，會嚴重影響到供電可靠性，此時必須增加新的電源點才能滿足負荷需求。但是由于這些地區所處的地理位置均屬于經濟快速發展的重要開發區，使得站點、線路走廊和上級電源點的選取非常困難。

2.2 提高線路末端電壓水平

2.3 降低線損

2.4 減少出線數目，節省線路走廊

20 kV電壓等級提高后，在輸送與10 kV電壓相同的容量時，導線所需截面面積大大縮減，減少了有色金屬的投資，既節省資源又節省線路投資。另外，20 kV電壓等級的引入，可節省線路走廊，減少了電力設備占地資源，這對寸土寸金的城市土地有重要的意義。不同容量主變中壓線路回路見表1。[2-3]

表1 不同容量主變中壓線路回路數

3 20 kV配電網的建設

3.1 實施思路

目前20 kV配電網建設從供電區域上劃分大體可以分為以下3 類。

（1）10 kV配電網成熟區域

該類區域電力需求增大趨于穩定。10 kV中壓配電線路主要為電纜，目前已形成手拉手環網接線、開環運行的成熟配電系統，短時間內對其進行大規模升壓改造是不經濟的。建議短期內暫維持10 kV不變，可采用增容改造等方式以適應負荷的增長。在10 kV電力設備達到壽命周期后再逐步引入20 kV電壓等級。

（2）中壓配電網空白或薄弱區域

老城區外新興的工業園區、開發區、居住區，其他塊相對獨立、完整，預測負荷密度大的區域，區域內暫無變電站布點或配電網相對薄弱。該區域可以全面推廣應用20 kV電壓等級，逐步發展壯大20 kV配電網絡。

（3）其余區域

除上述以外的區域，10 kV配電網已具備一定規模，但配電網結構已不能適應負荷發展。該區域可以劃分為20 kV與10 kV混供區域，對新包裝用戶原則采用20 kV接入，降低運行的模式，限制10 kV接入。在20 kV、10 kV共存期間，將運行壽命到期的10 kV設備逐步更換成20 kV，通過不斷減少10 kV配電網的供電區域，最終完成20 kV配電網的建設。

圖1 配電網改造總體框架

3.2 實施步驟

由于20 kV配電網的實施受該區域的配電網現狀、電力需求增長、土地資源等因素的制約，需要綜合考慮各種因素。20 kV配電網的實施一般分為以下兩種：

（1）逐臺主變升壓改造

在現有配電網已經比較成熟，但不能滿足電力需求的增長，并且土地資源不足，難以找到新的站點。通過對變電所主變逐臺升壓改造，最終實現20 kV配電網的建成。在不同電壓等級的饋線間加裝聯絡變壓器以提高供電可靠性。

（2）新建站點過渡

在現有中壓配電網相對薄弱，負荷增長較快，變電站落點較容易的區域，比如新開發區。可以新建110/20 kV變電站，供新報裝用戶，10 kV用戶的設備達到使用壽命后升壓為20 kV。通過在不同電壓等級的饋線之間加裝聯絡變壓器，來增強變電站間的負荷轉移能力，提高供電可靠性[4]。

3.3 現實建設中存在的問題

新建的110 kV變電站主要是對其區域不斷增加的負荷進行供電。新建的配網線路需要與現有的10 kV相聯系，以便對負荷可靠供電。在這種情況下，若采用20 kV則需要在已用10 kV配電網的區域單獨劃出一個區域進行20 kV供電。由于沒有現行20 kV電源點、更換改造設備較多、時間較長，因此不可能停電改造。

此外，用戶側的配電設備如：變壓器、電壓互感器、電流互感器等都需要改造和更換。若涉及用戶側數目較多，則很難統一協調。結果就是雖然不少的110 kV變電站在規劃和建設，但20 kV電壓等級卻受到很大限制。同時配網電壓升級到20 kV需要改造方面較多，如架空線更換絕緣子，增大線間距，電纜可能由于絕緣水平不足需要更換，斷路器和隔離開關需要重新選擇，電流互感器和避雷器必須更換，用戶側變壓器需要改造。

4 結論

對于20 kV配電網的建設，由于各地區的經濟和社會發展情況差異很大，電網結構也有所不同，所以20 kV配網建設和推廣要根據城市規劃發展趨勢和電力需求，并結合區域內負荷增長趨勢和現狀、電網結構等因素綜合考慮，做好前期的可行性論證，科學編制中壓配網長期規劃，并分步、分片實施。雖然20 kV配電網相比10 kV配電網具有明顯的優越性，但從10 kV配網過渡到20 kV配網，依然是一個長期的循序漸進的過程。

[1]方旭東，李 智.20 kV配電網優越性及現實建設中存在問題的探討[J].電氣開關，2010，48（5）：13-14.

[2]劉 平，馬新明，戴 迪.20 kV電壓等級應用的探討[J].電氣開關，2010，48（6）：14-15

[3]劉令富.電網電壓等級序列研究[D].北京：華北電力大學.2009.

[4]高亦南.10 kV與20 kV混供電網中配電變壓器的選型[J].電力設備，2008（9）：105.