城鄉配電網由10kV改為20kV供電的方案研究

魏慶海

摘要：新中國成立以來，特別是改革開放后，我國電力系統發展迅速，截至2020年，全國發電總裝機容量已高達16億千瓦，居世界首位。輸電電壓等級不斷提高，已建成投產的±1100千伏直流和1000千伏交流輸變電網絡也創造了全球之最，在全國區域范圍內實現了西電東送、北電南送、南北互供的合理格局，為節約能源、減少排放、治理污染、構建人居環境的綠水青山做出了貢獻。

40年來，全國用電年均增速在10%左右，隨著城鄉供電負荷密度的增加，可比口徑的供電半徑在縮短，電能質量難以保證，配電損失越來越大，嚴重影響了向城鄉居民和工商用戶的可靠供電。

本文就全國10kV配電網絡與快速負荷增加的不適應問題，提出提高配電網電壓等級，在改造和建設資金不會大幅增加的前提下，將現10kV配電網改為由20kV電壓再降壓向用戶供電，從而增加了供電半徑，降低了損失，減少了110kV（66kV）變電所的密度和數量，優化了城鄉供電環境，提高了向用戶供電的可靠性和安全性。

一、全國電網輸配電壓等級現狀

建國70年來，城鄉配電網的電壓等級一直延續10kV/0.4kV未變，而輸電網電壓等級逐步提高，最高電壓已由60年代的220kV（154kV），提高到±1100kV（直流）和1000kV（交流），致使最高輸電電壓與配電網之間多達5-6個電壓等級【特高壓±1100kV（±800kV）和1000kV;超高壓（750kV和500kV）;330kV（220kV）輸電網;154kV（110kV）輸電網，66kV（35kV）輸電網以及10kV配電網】，見圖1。

±1100kV（±800kV）特高壓電網是跨區輸電的主通道。從規劃的角度，區域電網和省級電網正向～1000kV（交流）同步電網的方向發展，～500kV至66kV（35kV）正呈現開環輸電運行的趨勢。

10kV/0.4kV配電模式在全國基本是一致的，這與歷史沿革（10kV）及國家用電側電器標準有關，所以0.4kV（0.22kV）的用電電壓標準不會輕易改變。歐美國家的用電電器標準，決定了這些國家的用電電壓為0.11kV。

二、存在的主要問題

（一）1000kV與500kV交流電磁環網運行問題突出，如不能提前做到規劃、設計、建設的三統一，未來將因解開500kV電磁環網付出更大的經濟代價，造成不必要的浪費。

（二）500kV至10kV配電網之間（本文即將提出20kV配電網電壓等級）的電壓等級應進一步簡化，以降低輸變電損失和電網建設費用。

（三）針對前文提及的配電網負荷密度大的諸多問題，亟待將配電網供電電壓由10kV改升至20kV供電，這也是本文研究的核心。

三、10kV配電網改由20kV供電的意義

（一）擴大配網供電半徑。由于電壓等級提高一倍，同一輸送容量的供電半徑擴大一倍（功率是電壓與電流的乘積，電壓提高一倍，電流減小一倍）。

（二）減少變電站數量，節約城市土地占用。由于供電半徑的擴大，輸送容量的提高，可使城市變電站的密度適當減少，從而節約了占地面積，提高了土地使用效率。

（三）充分利用現有線路，提高輸送能力。配網電壓升高為20kV供電，現有配電桿塔和導線均不需更換，配電和變電所的變壓器也只需改造。因此，在輸送能力提高的前提下，投資并沒有成比例上升，產出大于投入。

（四）有利于城鄉環境，形成輸電與景觀的協調。20kV城鄉配網供電方案，對于居民來說，會覺得新的配電設施給人們帶來了美感。這是因為線路上20kV瓷瓶與原桿塔的形狀、長度、體積配合十分融洽，只有電力系統的專業人士，才知道這是為現代電網的安全穩定而施行的舉措。

四、升壓方案的有關研究

城鄉10kV配網升壓20kV供電的技術方案與實施研究表明，這種供電系統形成后，能夠解決目前經濟發展與電力供應的諸多矛盾，是一個投資少、見效大，深受行業和用戶歡迎的舉措。但是，由于全國配電網目前都是10kV供電體系，而且該配電網又是直接與用戶相聯的主體，要全部實現20kV供電確實是一個龐大的系統工程，必須用統一規劃、分區管理、逐步實施的原則才能得以實現。

（一）實施城鄉變電站由110（66、35）kV/10kV通過改造或輪替更換的方法，使二次電壓升高到20kV，變壓器二次線圈的△接線方式不變，20kV配電網仍采用無中性點或配電變壓器中性點不接地方式運行。

（二）更換或改造城鄉變電站二次側的開關柜，由10kV升壓至20kV，實施開關設備改造與更換并舉即可實現這一目的。

（三）完全利用原有10kV桿塔，通過更換瓷瓶的方式，便形成了20kV配電的格局，利用原有導線，輸送能力提高一倍。隨著負荷的發展調整導線截面。

（四）現有10kV配電臺（箱柜）需升壓成20kV/0.4kV電壓等級。技術和經濟分析表明這不是一件難事，將現有10kV/0.4kV變壓器改造成20kV/0.4kV變壓器，其造價基本不變。原10kV配電臺（箱柜）的其他金具等設備還能夠得到充分的利用。

五、城鄉10kV配網升壓20kV供電的組織方案與實施

根據我國10kV配網現狀，欲升壓20kV供電，既是一個技術課題、經濟問題，又是一個組織和管理問題，必須引起國家、省、市、縣、鄉各級政府部門以及電力行業的足夠重視，將其列入國家電網系統重點改造項目，經過幾年的努力，才能得以實現。

（一）堅持統一規劃、系統設計、分步分區實施的基本原則。由國家電網行業層面統一組織，地方政府大力支持，形成設計、制造、施工企業的相互協調，充分利用市場機制，調動各級主體的積極性。

（二）堅持改造與新建相結合，輪換與更換相結合，變電與配電系統相結合。形成上下一體、橫向貫通的技術改造機制和組織實施機制，完成這個全球領先的20kV配電網絡格局。

（三）充分考慮和估計形成20kV配電網絡中的其他技術問題。研究表明，20kV與10kV配電網不同的是電容電流不能忽視，這也與即將形成的大規模配電網電纜線路有關。因此小電流接地系統的單相接地消弧問題必須在設計施工中一并納入，采取相應的補償措施。

（四）大膽引用歐美國家家庭用電方案。目前我國城鄉居民用電已由過去的單一照明向現在的全家用電器化方向發展，高峰時，每個家庭用電容量在6-8kw左右，未來也許會更高。因此，在配用電網絡中，對家庭來說采用20kV/0.22kV單向變壓的供電是一個發展的趨勢，應納入20kV配電網改造和形成過程中。

六、結論

經過研究，結合我國電網結構現狀和用電負荷增長水平，得出結論。

（一）在全國范圍內，實施建設20kV配電網絡，對用戶采取20kV/0.4kV三相和20kV/0.22kV單相供電方案，切實可行，非常必要，應盡早實施。

（二）附帶結論。我國在大力發展區域1000kV交流同步電網建設的過程中，應同步考慮500kV及以下電網開環運行問題。

（三）附帶結論。未來的電網電壓等級應在目前500kV、330（220）kV、110（66kV）、35kV的基礎上做進一步的簡化。