35kV電壓層級選擇及變電站建設(shè)形式研究

摘 要：針對D類供區(qū)是否繼續(xù)保留35kV電壓等級問題，如果保留采用何種建設(shè)形式，文章通過供電電壓層級選擇，提出35kV電壓層級應(yīng)用范圍。通過35kV常規(guī)站、配電站技術(shù)特點、可靠性的對比分析，探討35kV變電站建設(shè)形式。通過以上兩個因素的研究，指導(dǎo)D類供區(qū)35kV電網(wǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：供電電壓層級；35kV變電站；35kV配電化站

前言

在C類以上負荷密度較高的城鎮(zhèn)供電區(qū)域，由于35kV電網(wǎng)相比110kV電網(wǎng)供電能力差，單位投資增供電負荷低等弱勢因素，不再發(fā)展或限制發(fā)展的理念已經(jīng)廣為大家接受。但是在農(nóng)村、山區(qū)等負荷密度不高的區(qū)域，如何發(fā)展35kV電網(wǎng)則爭議不斷。

2011年，國家電網(wǎng)公司提出了適用于農(nóng)村電網(wǎng)的35kV配電化建設(shè)模式。2012年8月，國家電網(wǎng)公司下發(fā)了《國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)35kV配電化建設(shè)模式的通知》（農(nóng)技〔2012〕43號）。在同步開展35kV配電化關(guān)鍵技術(shù)研究與試點工程建設(shè)的基礎(chǔ)上，2014年3月，發(fā)布了《農(nóng)網(wǎng)35kV配電化技術(shù)導(dǎo)則》（Q/GDW11109-2013），為35kV電網(wǎng)的發(fā)展方式提供了新方向。

基于以上情況，文章從電壓層級選擇、35kV常規(guī)站、配電化站對比分析來研究鄉(xiāng)村區(qū)域是否還需要發(fā)展35kV電網(wǎng)，35kV常規(guī)變電站與35kV配電化變電站如何選擇。

1 供電電壓層級選擇

1.1 研究思路

以電壓降限值為約束條件計算10kV供電方案的最大供電半徑，以此作為10kV與110kV、35kV供電的分界值。通過供電方案比選，計算分析35kV、110kV電壓層級的選擇。流程圖如圖1所示。

1.2 10kV電壓層級選擇

以10kV線路最大電壓損失ΔU為約束條件，計算不同功率因數(shù)、不同導(dǎo)線截面、不同負荷大小下的線路輸送距離。

目前D類供區(qū)10kV線路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，10kV主干線路導(dǎo)線截面為150mm2，分支線為120、70mm2，本次10kV線路最大供電半徑計算導(dǎo)線截面選擇150mm2。功率因數(shù)取0.95、電壓降為5%。根據(jù)10kV最大供電半徑計算模型計算10kV線路最大輸送距離。計算結(jié)果如表1所示。

從負荷距角度來看，在10kV線路導(dǎo)線截面為150mm2的情況下，負荷距均為24.2MW·km。當(dāng)負荷距小于24.2MW·km時選用10kV供電方案；如果負荷距大于24.2MW·km，則需新建站點解決存在的問題。

對于D類供區(qū)10kV線路平均負荷約為1.2MW左右，在10kV線路導(dǎo)線截面為150mm2的情況下，供電距離約為20.1km。所以建議選取10kV線路最大供電半徑為20km。

1.3 35kV、110kV電壓層級選擇

當(dāng)供電半徑大于10kV線路供電極限時，采用最小費用法對35kV和110kV供電方案進行技術(shù)經(jīng)濟比選。

1.3.1 費用說明

一般情況下，各項費用內(nèi)容分別為初始投資費用、運維費用、線損費用以及可靠性損失費用。考慮到D類供區(qū)負荷密度較小，停電損失也較小，且精確計算難度又很大，可以忽略。所以本次比選僅考慮初始投資費用、運維費用、線損費用。

計算項目投資費用時，采用年費用法。其中初始投資為現(xiàn)值，需轉(zhuǎn)換為年值；運維費用、線損費用均為年值，不需轉(zhuǎn)換。

（2）運維費用。

為簡單計算，35kV常規(guī)站及線路、110kV變電站及線路年運維費用均取初始投資的6%。

（3）線損費用。

線路損耗費用=線路耗電量×售電價

1.3.2 方案比選結(jié)果

根據(jù)35kV主變?nèi)萘恳约白冸娬咀鶖?shù)，考慮2.0的容載比，選取典型負荷值，分別為3.15MW、6.3MW、10MW、12.6MW、15MW、20MW。供電距離為相應(yīng)負荷下35kV最大供電范圍。（如表2所示）

通過模型計算可知，在負荷小于等于10MW時，供電半徑小于等于35kV線路最大供電距離，選用35kV常規(guī)站供電方案；供電半徑大于35kV線路最大供電距離，選用110kV常規(guī)站供電方案。在負荷大于10MW時，選用110kV變電站供電方案。具體內(nèi)容如表3所示。

1.4 電壓層級選擇原則

結(jié)合10kV最大供電半徑計算以及110kV、35kV電網(wǎng)比選分析的結(jié)果，總結(jié)10kV、35kV以及110kV電壓層級的一般性選用原則。（如圖3所示）。

（1）在供電半徑小于20km時，選用10kV供電。

（2）在半徑大于20km、負荷小于10MW時，供電半徑在35kV最大供電距離內(nèi)，選用35kV電壓供電，超出35kV最大供電距離則選擇110kV電壓供電。

（3）在半徑大于20km、負荷大于10MW時，選用110kV電壓供電。

2 35kV配電化站與常規(guī)站對比

從35kV常規(guī)站、配電站從技術(shù)、經(jīng)濟、可靠性等方面進行比較。

2.1 技術(shù)、經(jīng)濟比較

35kV常規(guī)站、配電站重要指標(biāo)如表4所示。

由此可知，35kV配電站配置簡單，占地面積小；投資成本低，建設(shè)周期短。

2.2 可靠性比較

可靠性通過戶均停電時間指標(biāo)來衡量，計算公式如下所示[3]：

戶均停電時間=

導(dǎo)則中常規(guī)站主變?nèi)萘恳话闳?.15、6.3、10MVA，配電站主變?nèi)萘坎怀^4MVA。為了便于對比，常規(guī)站、配電站主變?nèi)萘烤x擇3.15MVA。因此，選取區(qū)域容量為3.15MVA、6.3MVA對應(yīng)的變電站、配電站規(guī)模進行可靠性分析。戶均停電時間計算結(jié)果如表5所示。

由此可知，常規(guī)站戶均停電時間較配電化站約縮短一半，縮短時間約為10分鐘。相對于鄉(xiāng)村戶均停電時間目標(biāo)24個小時[4]提升并不明顯，投資效益不大；配電站經(jīng)濟性好，而且對于可靠性影響并不大。

從經(jīng)濟性、可靠性角度建議未來重點發(fā)展35kV配電站。但受配電化站進出線間隔所限，配電化站主要以終端模式為主，在滿足負荷需求的同時，兼顧電源支撐及網(wǎng)架完善作用的變電站建議采用常規(guī)站，總結(jié)建議采用35kV常規(guī)站的幾種情況：

（1）區(qū)域負荷容量超過一座35kV配電站供電能力，采用常規(guī)站建設(shè)，為滿足“負荷需求”。

（2）除滿足負荷需求外，起“電源支撐”作用的新建35kV站，采用常規(guī)站。新建常規(guī)站為新建配電站提供電源支撐。

（3）除滿足負荷需求外，起“完善網(wǎng)架”作用的新建35kV站，采用常規(guī)站。包括如下情況：

通過新建站點可以將原單輻射變電站形成環(huán)網(wǎng)等加強35kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

新出10kV線路較多，超過一座35kV配電站最多出2回10kV線路情況，可以通過新建常規(guī)站加強中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

3 算例

某一農(nóng)村供電區(qū)域負荷約為1.5MW，由一條10kV線路供電。該線路全長51.1km，導(dǎo)線截面為LGJ-35，供電半徑達44km。10kV電壓質(zhì)量差，導(dǎo)致所屬臺區(qū)供電可靠性無法滿足該地區(qū)供電需求。

3.1 供電電壓層級選擇

10kV供電半徑44km，超過20km，10kV供電方案不能滿足供電質(zhì)量要求；此區(qū)域未來負荷預(yù)測為2MW，可采用35kV供電。

3.2 變電站建設(shè)模式

負荷在1座35kV配電站主變?nèi)萘抗╇娔芰?nèi)，且其供電范圍為偏遠農(nóng)村，建議采用35kV配電站供電。

4 結(jié)束語

文章形成了電壓層級選擇、35kV變電站建設(shè)形式選擇的一般性流程和原則。為D類供區(qū)35kV電網(wǎng)的發(fā)展提供了一定的參考依據(jù)。

（1）在半徑大于20km、負荷小于10MW時，供電半徑在35kV最大供電距離內(nèi)，選用35kV電壓等級供電。

（2）選用35kV電壓等級供電，除滿足負荷需求、起電源支撐和完善網(wǎng)架作用選用35kV常規(guī)站外，重點建議采用35kV配電化站。

作者簡介：劉馮剛（1965-），男，江蘇江陰，助理工程師，從事電力規(guī)劃、前期管理工作。