寧波梅山島20 k V配電網的建設方案

朱圣盼，金仁云

（寧波電業局 浙江 寧波 315200）

在電力網中，中壓配電網是連接上游高壓輸電網和廣大終端用戶的重要環節，它起著承上啟下的橋梁作用。現階段我國中壓配電網主要采用10 kV的電壓等級，其適用于較低水平的經濟建設和較小的電力負荷密度[1]。隨著國民經濟的快速發展，用電負荷猛增，特別是在工業密集的新興工業園區，現有的10 kV供電已經不能滿足用戶需求，其供電能力不足、空間資源緊張以及網損較大等制約因素日益凸顯，因此，20 kV配電網就成了解決問題的有效措施。20 kV配電網在國外應用的較多，且已有非常成熟的技術經驗。俄羅斯20世紀初便有了20 kV電壓等級，1960年后，幾乎所有大城市都改成了20 kV等級；法國和德國自20世紀60年代初就開始使用20 kV配電網，運行效果良好。我國20 kV供電電壓等級的提出可以追溯到1980年，1992年以推薦方式列入國家標準，但注明僅在用戶要求時才采用，國家電網公司于2004年在輸配電網協調發展及電壓等級優化研究中提出“在新發展電網的地區宜不失時機地試點推行20 kV作為中壓配電電壓等級”，但直到2007年國家標準才將20 kV作為標準電壓等級[2]，2007年江蘇省開始試點推廣20 kV配電。目前，全國范圍內考慮采用20 kV作為中壓配電電壓等級的地區層出不窮[3-5]。

海島地區尤其是部分孤立分散海島的配電網受自身特點的限制，部分節點10 kV短路容量超標，嚴重威脅系統可靠性[6]。本文在結合寧波梅山島電網實際的基礎上，分析了梅山島配電網采用20 kV電壓等級的優點，并針對梅山島的實際情況做了深入分析，可作為電網規劃和建設的參考。

1 20 k V配電網的優越性

當電壓等級由10 kV提高到20 kV后，電網供電能力、供電距離及損耗等指標均有提高與改善，具有明顯的技術和經濟優越性[7]：

1）在線路導線線徑不變的情況下，線路輸送能力提高1倍；

2）配送同樣功率的電力，所需要的出線數目將減少一半，對線路走廊的要求將有較大幅度的降低；

3）允許電壓損失相同、輸送負荷電流保持不變的情況下，供電半徑可增加1倍，輸送負荷功率保持不變的情況下，供電半徑可增加3倍，電網輻射范圍更廣；

4）相同距離內傳輸相同的功率，線路壓降與電能損失明顯減小，減小至25%；

5）20 kV設備的價格雖是10 kV設備的1.1～1.2倍。但按容量考慮，除配電變壓器外，其他設備的每千伏安價格，20 kV要比10 kV的低。

2 梅山島的現狀電網

寧波梅山島保稅港區成立于2008年02月，北靠寧波四期碼頭，西扼象山港，東臨舟山佛渡島、六橫島。梅山島現狀電網只有35 kV箱式變1座，10 kV出線4回且均為架空線，夏季負荷0.43萬kW。梅山島規劃目標年空間負荷在21.34～25.43萬kW之間，平均負荷密度為0.87～1.04萬kW/km2，其中負荷分布較為集中的梅山島東部沿海地帶 （增值服務區）平均負荷密度接近2萬kW/km2。梅山島保稅港區作為新興工業功能區，隨著經濟的發展，電力負荷密度的增大，10kV配電網供電的局限性開始表現出來，缺點也越來越突出。為更好的滿足梅山島保稅港區的功能定位和要求，實現電網規劃與港區規劃的匹配，有必要跳出10 kV配電網電壓等級的局限性，而采用20 kV配電網電壓等級，以更好的滿足其負荷、供電可靠性、電壓質量等各方面需求。

3 梅山島配電網采用20 kV電壓等級優勢分析

梅山島配電網采用20 kV電壓等級，除了常規優勢外，還具有如下優勢：

1）升壓改造對現有電網的影響較小。目前，20 kV電網的建設分兩類：一類是10 kV配電網成熟區域，20 kV電網是在原有10 kV電網基礎上升壓改造而來，通過大范圍建設與改造直接將電網升壓至20 kV；另一類是10 kV配電網空白或薄弱區域，先在一些新開發地區建全新20 kV電網，再以該地區為起點逐步將20 kV電網延伸與拓展。梅山島現狀供電資源薄弱，可不用太多的考慮現狀電網的供電情況以及存量資產的影響。

2）20 kV電壓等級適用于梅山島建設的始終。梅山島的建設是一個長期的過程。在建設初期，電源點較少，采用20 kV電壓等級在增加中壓線路的傳輸容量、擴大供電半徑、提高電壓質量等方面優勢明顯；在梅山島發展成熟以后，地區負荷密度較大，單體用戶用電需求高，用地比較緊張，采用20 kV電壓等級供電可以減少變電站的密度，節省線路走廊和管線資源。故在梅山島建設的初期直至成熟，采用20 kV電壓等級供電都有較大優勢。

4 20 kV配電網建設方案

4.1 升壓改造的總體原則

根據梅山島的經濟發展情況、電網實際情況以及負荷發展情況，參考國內外20 kV配電網改造經驗，制定20 kV配電網升壓改造的總體原則。

1）必須清醒地認識到升壓改造是一項復雜的系統工程，應制定發展戰略規劃，在統一領導下有序開展工作；

2）原有線路和設備均按正常壽命周期使用，如用戶自身沒有增容改造需求，不強制性進行升壓改造，升壓換下但未達到壽命周期的10 kV設備可再次使用，最大限度地利用原有10 kV存量資產，充分保護供電企業和用戶的利益；

3）原10 kV供電區域內所有新建線路和設備以及使用壽命到期的10 kV設備，都按20 kV標準進行建設和更換，采用降壓運行模式，待條件成熟時再升壓到20 kV；

4）新開發區域統一采用20 kV供電方式，原則上不再拓展新的10 kV供電區域，以保證最終能夠全面實施20 kV供電方式；

5）20 kV配電網的建設須得到政府部門的支持，相關的建設方案應及時納入城市改造和建設的統一規劃當中。

4.2 升壓改造期間主要設備的選型

中壓配電網設備類型主要包括主變壓器、配電變壓器、開關、線路、環網柜、熔斷器及電壓互感器等[8]。在改造期間，除雙電壓三相變壓器、20 kV/10 kV聯絡變壓器、帶抽頭電壓互感器外，電纜、導線、開關等設備均直接按20 kV標準進行建設，從而達到在改造過程中節省投資、平穩過渡的目的。

4.2.1 雙電壓三相配電變壓器

升壓改造過程必定是個長期的過程，在這一過程中，新用戶有可能暫時使用10 kV配變，不久后使用20 kV配變，為避免現在投資的變壓器在日后遭淘汰，造成資源的極大浪費。最好的方法是采用10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器。目前，10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器主要有油浸式雙電壓配變和環氧樹脂干式雙電壓配變兩種。

1）油浸式雙電壓配電變壓器

國內目前所生產的油浸式10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器為S11-M型，容量范圍在50~2 500 kVA。10 kV與20 kV轉換后聯接組別不變，分接電壓不變。該系列變壓器的主要優點有：變壓器繞組安匝排列合理，抗短路能力強；兩種電壓運行狀態下無閑置匝數，變壓器負載損耗低；只需轉換設置在箱蓋上的兩個位置開關就能完成電壓轉換，使用方便。

2）環氧樹脂干式雙電壓配電變壓器

國內生產的環氧樹脂干式雙電壓配電變壓器有SDC（B）系列，容量范圍在400~3150 kVA。高壓繞組為結構相同的兩部分，進、出線端子引到高壓線圈外部，串聯時作為20 kV級、并聯時作為10 kV級配電變壓器使用。該系列變壓器具有低噪聲、低損耗、體積小、操作方便等性能。

4.2.2 20 k V/10 kV聯絡變壓器

在升壓改造過程中，10 kV和20 kV配電網勢必會共存，10 kV配電網和20 kV配電網需互聯，以便在緊急情況下進行相互轉供操作。行之有效的方法是采用20 kV/10 kV聯絡變壓器將10 kV和20 kV配電網互聯，從而減少線路上的損耗，提高經濟性。聯絡變壓器自身具有主接線簡單、占地面積小等優點。

4.2.3 帶抽頭電壓互感器

在升壓改造過程中，使用帶抽頭電壓互感器能極大的提高利用率。國內生產的同時適用于10 kV和20 kV配電網的電壓互感器有JDZX系列，該系列產品為全封閉結構，所有繞組完全澆注在環氧樹脂中，具有體積小、重量輕等優點，其二次側帶中間抽頭，通過二次抽頭改變一、二次電壓比。

4.3 改造期間的供電方式

4.3.1 改造前期的供電方式

具有20 kV出線間隔的高壓電源點尚未建成前稱為改造前期，改造前期的供電方式示意圖如圖1所示，為使新用戶能夠直接采用20 kV配電網供電，對35 kV梅山變的4個備用出線間隔進行升壓改造，從而為供電區域提供20 kV電源。為保證供電可靠性，梅山變I、II段10 kV出線都進行改造，形成聯絡，便于實現負荷轉移。

圖1 改造前期的供電方式Fig.1 Power supply mode in the prophase period of the reformation

4.3.2 改造中后期的供電方式

從建成第一個具有20 kV出線間隔的高壓電源點至升壓改造全部完成稱為改造中后期，主要任務是實現10 kV電網的完全退出，建成一個供電能力強、供電可靠性高的20 kV電網。改造中后期的供電方式如圖2所示，其將經歷雙射和單環、同一電源點雙環以及不同電源點雙環3個階段。改造中期由雙射和單環及同一電源點雙環兩個階段構成，當具有20 kV出線間隔的高壓電源點建成后，首先采用雙射或單環方式構建起具有一定供電能力的20 kV中壓配電網，然后通過聯絡進一步提高配電網的供電可靠性和供電能力，最終形成全面覆蓋的20 kV中壓配電網網架。

圖2 改造中后期的供電方式Fig.2 Power supply mode in the middle and later periods of the reformation

考慮到梅山島20 kV電網電源點相對較少，部分區域環網結構可能相對簡單，網絡運行靈活性不高。因此，為保障用戶供電可靠性，可采用開閉所的形式來實現目標網架。在兩座不同電源點間預留部分20 kV聯絡線路，在主供電源點退出運行時，由聯絡線路轉供重要負荷，實現在網絡拓撲結構不發生重大改變時，短時內轉移區域重要負荷。

4.3.3 10 kV與20 kV配電網的共存

在20 kV配電網的建設工程中，現有10 kV用戶的升壓改造不能同步完成；此外，隨著10 kV配電網的逐漸削弱，使得原有的10 kV線路不再具備環網開環運行的形式。為使現有10 kV用戶的供電不受影響并保證供電可靠性，提出了10 kV與20 kV配電網的共存方式，如圖3所示。在共存區采用20 kV/10 kV聯絡變壓器，新用戶直接接入20 kV配電系統，10 kV用戶經過升壓改造逐步接入20 kV配電系統。當10 kV用戶完全具備升壓改造條件后，聯絡變壓器即可退出運行。該方式有利于充分利用原有資源，緩解20 kV配電網建設與原10 kV用戶供電的矛盾。

圖3 10kV與20kV配電網的共存方式Fig.3 Coexistence of 10kV and 20kV distribution networks

4.4 升壓改造的配合政策

升壓改造過程中，對需要改造的線路和設備進行技術經濟論證和安全可靠性評估，確定改造時機和改造方案，供電部門還要認真做好宣傳工作，讓用戶充分認識到20 kV電壓的優勢所在[9]。無論是改造時機的選擇，還是改造方案的制定，都要充分考慮用戶的利益，讓用戶成為升壓改造的助推器。只有在原10 kV用戶的報裝容量發生變化，或10 kV用戶側設備的運行時間達到規定年限時，才對原有10 kV設備實施升壓改造。升壓改造是一項長期艱巨的工程，必須結合社會經濟的發展和用戶對供電需求的新變化，對改造方案進行反復論證，避免重復建設；隨著物質生活水平的提高，人們對生活環境的要求也越來越高，在改造方案的制定中，要減少升壓改造帶來的電磁污染和噪聲污染，還應使線路和設備與周圍環境相協調以滿足美觀要求。升壓改造完成后，須對電價問題、用戶接入問題等方面的政策進行長期的追蹤調查，力爭達到供電企業和客戶的雙贏，促進經濟社會持續健康發展。

5 結 論

寧波梅山島的實例表明，中壓配電網采用20 kV電壓等級在社會資源方面比10 kV電壓等級有很大優勢，所提出的建設方案充分考慮到梅山島電網的實際情況，保證了供電可靠性，達到了經濟上和技術上的雙重最優。從分析可知：在土地資源日益緊缺的新興工業區，可以不失時機地建設和發展20 kV配電網，但在10 kV供電成熟區要合理利用好現有10 kV設備，應分區、分步向20 kV過渡。

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