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20kV配電電壓等級(jí)的應(yīng)用與節(jié)能減排
摘要：節(jié)能降耗是國家“十一五”規(guī)劃綱要的目標(biāo)之一，應(yīng)積極將節(jié)能的新科技、新措施利用到實(shí)際中去。20kV配電電壓等級(jí)已在一些國家得到應(yīng)用，實(shí)踐證明20kV配電網(wǎng)絡(luò)能夠有效減少線損率，節(jié)能效果明顯。本文從電網(wǎng)遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模、可靠性、電壓質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能方面對(duì)浙江某規(guī)劃區(qū)采用10kV配網(wǎng)模式和20kV配電模式進(jìn)行規(guī)劃比較，并對(duì)采用20kV提出相關(guān)的建議。
　　
關(guān)鍵詞：節(jié)能減排 20kV 節(jié)約型電網(wǎng)
　　
　　1前言
　　
　　國家“十一五”規(guī)劃綱要明確提出，到2010年國內(nèi)單位GDP能耗和主要污染物排放總量分別比2005年降低20％和10％。這是貫徹科學(xué)發(fā)展觀和建設(shè)和諧社會(huì)的重大舉措，也是加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的迫切需要。因此，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展、節(jié)約發(fā)展的工作思路，扎實(shí)做好節(jié)能降耗工作，是義不容辭的社會(huì)責(zé)任。目前，加強(qiáng)線損管理，落實(shí)降損措施，已經(jīng)成為供電企業(yè)經(jīng)營管理的重要內(nèi)容之一。
　　
　　現(xiàn)階段，國際上許多國家采用了20kV等級(jí)的配電網(wǎng)絡(luò)，理論和實(shí)踐均證明在一定負(fù)荷密度的條件下，以采用相同導(dǎo)線輸送相同功率電能，20kV供電線路的有色金屬耗量可減少50％，節(jié)約建設(shè)投資約40％，降低電能損耗50%以上，可為用電容量數(shù)百kV安到幾萬kV安的客戶提供靈活、經(jīng)濟(jì)的接入方案，供電能力和供電可靠性得到提高，有效改善客戶端的電壓質(zhì)量。2007年，根據(jù)國家電網(wǎng)“關(guān)于推廣20kV電壓等級(jí)的通知”的精神，江蘇省率先在省內(nèi)13個(gè)市推廣2OkV電壓等級(jí)試點(diǎn)供電項(xiàng)目。近幾年，其他省份也在積極開展20kV的相關(guān)工作。
　　
　　與傳統(tǒng)的10kV配電網(wǎng)相比，20kV配電網(wǎng)電壓不但可以增加供電能力，有效減少變電站和線路布點(diǎn)密度，方便客戶接入，大用戶效益突出等優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)能降損效益可觀，環(huán)保效益突出。據(jù)測(cè)算，輸送同等功率，2OkV供電線路的有色金屬耗量可減少50％，節(jié)約建設(shè)投資約40％等。然而，針對(duì)于20kV配電電壓等級(jí)的優(yōu)越性來說，目前國內(nèi)20kV電氣設(shè)備生產(chǎn)能力并不完善，存在建設(shè)成本相對(duì)較高、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少、與其他區(qū)域電網(wǎng)配合困難等問題，因此還未得到廣泛應(yīng)用。但是在發(fā)展快速、負(fù)荷密度定位高，而且存在很多新區(qū)和準(zhǔn)新區(qū)的開發(fā)區(qū)域，局部采用20kV是存在可能的，應(yīng)積極進(jìn)行論證分析。在此情況下，選定浙江某城市區(qū)塊，根據(jù)該區(qū)塊發(fā)展的階段和負(fù)荷水平，開展了20kV和10kV規(guī)劃比較研究。

2規(guī)劃比較思路
　　
　　為了尋求中壓10kV和20kV配電網(wǎng)的規(guī)劃比較，對(duì)不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，主要從電網(wǎng)遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模、可靠性、電壓質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能方面進(jìn)行比較。電網(wǎng)遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模主要比較遠(yuǎn)景變電站建設(shè)規(guī)模、占地面積、高中壓線路出線規(guī)模。可靠性分析對(duì)各個(gè)不同方案計(jì)算平均用電有效度指標(biāo)（ASAI）、系統(tǒng)平均斷電頻率指標(biāo)（SAIFI）和系統(tǒng)平均斷電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（SAIDI），用這些指標(biāo)來比較不同方案的可靠性高低。電壓質(zhì)量分析根據(jù)中壓配網(wǎng)線路負(fù)荷情況，通過理論潮流計(jì)算得到中壓線路的*低電壓。經(jīng)濟(jì)性分析是將變電站和高壓線路的綜合投資、中壓線路和配變的投資按等年值法折算到年值，再加上運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算得出年*小單位負(fù)荷總費(fèi)用，然后比較不同方案的投資大小。
　　
　　3 10kV和20kV規(guī)劃比較
　　
　　3.1 比較方案確定
　　
　　為了使規(guī)劃方案具有可比性，考慮到規(guī)劃區(qū)域未來為城市**中心區(qū)域，假設(shè)高中壓均采用電纜線路，變電站布點(diǎn)已在布局規(guī)劃中確定，通道走廊也已有初步設(shè)計(jì)，確定對(duì)以下四個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析：
　　
　　方案一：變比220/110/10kV，主變?nèi)萘?×50MVA，電纜網(wǎng)；
　　
　　方案二：變比220/110/20kV，主變?nèi)萘?×80MVA，電纜網(wǎng)；
　　
　　方案三：變比220/110/20kV，主變?nèi)萘?×63MVA，電纜網(wǎng)；
　　
　　方案四：變比220/110/20kV和220/110/10kV，主變?nèi)萘窟x取3×50MVA、3×63MVA、3×80MVA，電纜網(wǎng)的混供方案。
　　
　　3.2規(guī)劃區(qū)域現(xiàn)狀簡(jiǎn)介
　　
　　該區(qū)域目前公用網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)構(gòu)成為220/110/10kV。至2007年底，共有4座110kV變電站向規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)提供電源，主變共8臺(tái)，主變?nèi)萘靠傆?jì)286MVA；10kV配電線路23條，線路總長(zhǎng)度179.48km。
　　
　　3.3電網(wǎng)遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模比較
　　
　　有關(guān)該區(qū)域遠(yuǎn)景110kV變電站建設(shè)規(guī)模見表3-1。由表中可以看出，方案一為220/110/10kV電網(wǎng)方案，新建6座110/10kV變電站，數(shù)量*多；方案二、方案三均為220//110/20kV電網(wǎng)方案，區(qū)別在于方案二選取了4×80MVA的大容量變電站，故變電站數(shù)量*少；方案四為10kV和20kV混合電網(wǎng)方案，變電站數(shù)量與方案三相同。結(jié)合四個(gè)方案變電站數(shù)量及占地情況進(jìn)行變電站占地估算，見表3-2。從表3-2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，和20kV相關(guān)的二、三、四方案的變電站占地均小于10kV方案一的占地規(guī)模。

表3-1遠(yuǎn)景各方案變電站建設(shè)規(guī)模
　　
方案
電壓等級(jí)
變電站*終規(guī)模
變電站新建
個(gè)數(shù)
變電站總?cè)萘?/span>
（MVA）
方案一
110/10
3×50
6
900
方案二
110/20
4×80
3
960
方案三
110/20
3×63
4
756
方案四
110/10、110/20
3×80、3×63、3×50
4
729

　　表3-2110kV變電站用地規(guī)模
　　
方案
變電站建設(shè)情況
變電站單位占地面積（m2）
合計(jì)占地
面積（m2）
*終規(guī)模
座數(shù)
4×80（MVA）
3×63（MVA）
3×50（MVA）
方案一
3×50
6
--
--
6000
36000
方案二
4×80
3
9000
--
--
27000
方案三
3×63
4
 
7700
--
30800
方案四
3×80、3×63、3×50
4
9000
7700
6000
28700

　　對(duì)于110kV線路遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模見表3-3。從表中可以看出，方案二新建高壓線路6條，線路長(zhǎng)度34.72km，均比其它三個(gè)方案少，主要由于方案二采用大容量變電站，站點(diǎn)*少，故所需高壓線路*少。
　　
　　表3-3遠(yuǎn)景各方案110kV線路規(guī)模
　　
方案
電壓等級(jí)
變電站*終規(guī)模
線路條數(shù)
線路長(zhǎng)度（km）
方案一
110/10
3×50
8
49.59
方案二
110/20
4×80
6
34.72
方案三
110/20
3×63
8
46.33
方案四
110/10、110/20
3×80、3×63、3×50
8
47.45

　　中壓線路遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模見表3-4。從表中可以看出，無論從中壓線路數(shù)量和長(zhǎng)度比較，方案二和方案三均優(yōu)于方案一和方案四，對(duì)于20kV電網(wǎng)方案，隨著變電站容量的增大，變電站的供電范圍加大，中壓線路的總長(zhǎng)基本上也隨之逐漸增大，從而導(dǎo)致了中壓線路投資和網(wǎng)損也逐漸增大，這是采用大容量變電站的一個(gè)不利之處。

表3-4遠(yuǎn)景各方案中壓線路規(guī)模
　　
方案
電壓等級(jí)
導(dǎo)線型號(hào)
線路條數(shù)
線路長(zhǎng)度（km）
方案一
110/10
YJV22-3×400
190
205.41
方案二
110/20
YJV22-3×400
78
164.47
方案三
110/20
YJV22-3×400
80
136.35
方案四
110/10、110/20
YJV22-3×400
101
176.93

　　對(duì)四個(gè)方案的高、中壓配網(wǎng)線路通道規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別見表3-5和表3-6。從表中可知，選用20kV供電的方案二、三、四所需的高中壓電纜通道資源均小于10kV供電的方案一。其中高壓通道中后三個(gè)方案的平均電纜通道長(zhǎng)度為42.83km，方案一通道長(zhǎng)度為49.59km；中壓通道后三個(gè)方案的平均電纜通道長(zhǎng)度為38.62km，比方案一的43.65km減少5.03km。
　　
　　表3-5110kV電纜的通道選擇及規(guī)模統(tǒng)計(jì)
　　
方案
電壓等級(jí)(kV)
變電站
座數(shù)
高壓線路總長(zhǎng)度(km)
電纜通道總長(zhǎng)度(km)
2×110kV
3×110kV
4×110kV
方案一
110/10
6
49.59
20.17
11.55
7.12
1.50
方案二
110/20
3
34.72
16.84
16.84
--
--
方案三
110/20
4
46.33
20.17
17.10
1.58
1.50
方案四
110/10、110/20
4
47.45
20.17
15.47
3.20
1.50

　　表3-610kV電纜的通道選擇及規(guī)模統(tǒng)計(jì)
　　
方案
電壓等級(jí)(kV)
電纜通道
總長(zhǎng)(km)
纜溝
6孔排管
8孔排管
12孔排管
24孔排管
條
數(shù)
長(zhǎng)度
(km)
條
數(shù)
長(zhǎng)度
(km)
條
數(shù)
長(zhǎng)度
(km)
條
數(shù)
長(zhǎng)度
(km)
條
數(shù)
長(zhǎng)度
(km)
方案一
110/10
43.65
6
5.80
1
1.75
5
10.49
5
15.87
4
9.75
方案二
110/20
37.13
3
3.46
6
10.47
3
4.16
6
19.04
--
--
方案三
110/20
39.27
4
3.80
7
12.80
2
3.35
6
19.32
--
--
方案四
110/10、110/20
39.47
6
5.28
5
9.57
4
6.59
6
18.03
--
--

　　綜上分析，采用20kV配電電壓等級(jí)，對(duì)于相同區(qū)塊的規(guī)劃，遠(yuǎn)景規(guī)?？梢杂行p少變電站和線路布點(diǎn)密度，大大節(jié)約土地資源占用。針對(duì)于目前我國城市化水平的快速提高，土地資源日益緊張，電網(wǎng)建設(shè)與城市土地資源之間的矛盾日趨突出，變電站站址和線路走廊的獲得非常困難，拆遷等政策處理困難而言，20kV的應(yīng)用能夠在一定程度上緩解這些矛盾。

3.4供電可靠性和電壓水平比較
　　
　　對(duì)各個(gè)不同方案考慮每個(gè)元件出現(xiàn)的平均年故障率及其故障時(shí)受影響的用戶數(shù)和平均修復(fù)時(shí)間，同時(shí)考慮到某些方案可以轉(zhuǎn)移負(fù)荷的情況，然后算出平均用電有效度指標(biāo)（ASAI）、系統(tǒng)平均斷電頻率指標(biāo)（SAIFI）和系統(tǒng)平均斷電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（SAIDI），計(jì)算結(jié)果如表3-7所示。從供電可靠性指標(biāo)可以看出，各方案的可靠性指標(biāo)均可達(dá)到99.995%以上，其中方案二優(yōu)于方案三、方案一和方案四。
　　
　　表3-7遠(yuǎn)景四個(gè)方案在正常運(yùn)行方式下系統(tǒng)可靠性指標(biāo)
　　
分類
單位
方案一
方案二
方案三
方案四
平均斷電頻率指標(biāo):（SAIPI）
（次/年）
0.530
0.521
0.524
0.529
平均斷電持續(xù)時(shí)間（SAIDI）
（小時(shí)/年）
3.096
3.032
3.045
3.072
用戶平均斷電持續(xù)時(shí)間（CAIDI）
（小時(shí)/次）
5.978
5.047
5.481
5.702
平均用電有效度指標(biāo)（ASAI）
--
0.999954
0.999964
0.999962
0.999957
平均用電無效度指標(biāo)（ASUI）
--
0.000046
0.000036
0.000038
0.000043

　　在中壓配網(wǎng)的*低電壓計(jì)算中，假設(shè)變電站母線電壓為10.5kV或21kV，結(jié)合中壓線路負(fù)荷情況，通過理論潮流計(jì)算得到中壓線路的*低電壓。分析中，針對(duì)不同長(zhǎng)度（1.0，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，5.0km）線路下，按照全網(wǎng)線路平均所帶負(fù)荷來計(jì)算各方案的電壓偏差，結(jié)果見表3-8。從供電電壓水平來看，均能滿足要求。
　　
　　表3-8中壓線路*低電壓及電壓偏差
　　
分類
1km
2 km
2.5 km
3 km
3.5 km
4 km
5 km
方案一
110/10kV
10.48
10.46
10.44
10.41
10.38
10.33
10.26
(50MVA)
0.19
0.38
0.57
0.86
1.14
1.62
2.29
方案二
110/20kV
20.96
20.94
20.92
20.89
20.88
20.83
20.74
(63MVA)
0.19
0.29
0.38
0.52
0.57
0.81
1.24
方案三
110/20kV
20.94
20.92
20.9
20.86
20.84
20.78
20.55
(80MVA)
0.29
0.38
0.48
0.67
0.76
1.05
2.14
方案四
110/10kV
（110/20kV）
20.95
20.93
20.92
20.88
20.87
20.81
20.64
(80MVA)
0.24
0.33
0.38
0.57
0.62
0.90
1.71

　　通過對(duì)供電可靠性和電壓水平的比較分析可知，20kV和10kV的方案均能滿足供電的需求，但采用20kV電壓水平要優(yōu)于10kV電壓水平。

3.5動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析
　　
　　遠(yuǎn)景該區(qū)塊各方案動(dòng)態(tài)投資結(jié)果如表3-9所示。由表可見，從綜合投資、年運(yùn)行費(fèi)用、*小年費(fèi)用、*小單位負(fù)荷年費(fèi)用四個(gè)方面來看，均是方案二*優(yōu)，方案一*差，介于二者中間的方案三略優(yōu)于方案四。
　　
　　表3-9遠(yuǎn)景各方案動(dòng)態(tài)投資比較結(jié)果單位：萬元，萬元/MW
　　
分類
變電站
高壓線路
中壓線路
配變
綜合
投資
年運(yùn)行費(fèi)用
*小年費(fèi)用
*小單位負(fù)荷年費(fèi)用
綜合
投資
運(yùn)行
費(fèi)用
綜合
投資
運(yùn)行
費(fèi)用
綜合
投資
運(yùn)行
費(fèi)用
綜合
投資
運(yùn)行
費(fèi)用
方案一
30000
3000
13886
1095
32865
863
18576
774
95327
5732
16234
37.00
方案二
25500
2550
9723
1003
29605
841
21672
759
86499
5153
14683
33.46
方案三
28500
2850
12974
980
24543
693
21672
759
87689
5282
14942
34.05
方案四
26500
2650
13287
959
30228
920
20708
764
90723
5293
15288
34.84

　　3.6 節(jié)能分析
　　
　　從變電站布點(diǎn)來看，在采用20kV電壓等級(jí)時(shí)，根據(jù)負(fù)荷密度選取了大容量變電站，簡(jiǎn)化規(guī)劃區(qū)內(nèi)的變電所布點(diǎn)、優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)，減少變電站在電網(wǎng)中的損耗。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，通過電力網(wǎng)進(jìn)行升壓，簡(jiǎn)化了電壓等級(jí)，進(jìn)而在負(fù)荷密度較高的地區(qū)，更可以將高壓引入負(fù)荷中心，*大可能地避免了迂回供電。通過前面的技術(shù)方案對(duì)比分析可知，在遠(yuǎn)景電網(wǎng)中，采用20kV電網(wǎng)進(jìn)行供電的二、三、四方案的網(wǎng)絡(luò)綜合網(wǎng)損均比10kV電網(wǎng)方案一線損降低50%以上。
　　
　　通過以上綜合對(duì)比后，各方面比較結(jié)果也較為明顯，20kV的方案要優(yōu)于10kV的方案。但通過綜合理論比較可以看出，高中壓配網(wǎng)均采用電纜線路供電時(shí)，在負(fù)荷密度低于15MW/km2時(shí)，建議采用110/10kV方案；在負(fù)荷密度高于15MW/km2及以上時(shí)，建議采用110/20kV方案。
　　
　　4 20kV供電的適用范圍建議
　　
　　20kV供電的適應(yīng)范圍應(yīng)結(jié)合地區(qū)電力發(fā)展、現(xiàn)狀電網(wǎng)條件以及上級(jí)電源規(guī)劃，按照新建區(qū)域、混供區(qū)域的不同需求和特點(diǎn)，規(guī)劃20kV配電網(wǎng)。
　　
　　（1）新建工業(yè)園區(qū)、開發(fā)區(qū)、新城區(qū)等新興區(qū)域或現(xiàn)狀電網(wǎng)非常薄弱，未來電力需求增長(zhǎng)迅速的區(qū)域，結(jié)合自身情況可以考慮直接引用20kV電壓等級(jí)。
　　
　　（2）現(xiàn)狀電網(wǎng)具有一定規(guī)模，但供電能力和設(shè)備狀況需進(jìn)一步提高以滿足發(fā)展需求的區(qū)域，視建設(shè)改造時(shí)機(jī)結(jié)合自身實(shí)際需要可考慮適時(shí)引入20kV電壓等級(jí)。
　　
　　（3）對(duì)于10kV供電系統(tǒng)相對(duì)成熟穩(wěn)定，在一定時(shí)期內(nèi)可以滿足電力需求進(jìn)一步發(fā)展需要的區(qū)域，研究該區(qū)域引入20kV供電的時(shí)機(jī)和條件。

5 20kV供電的規(guī)劃建議
　　
　　在對(duì)20kV試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，除需滿足一般規(guī)劃原則外，進(jìn)一步提出以下建議，供參考。
　　
　?。?）20kV系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)本著實(shí)事**、遠(yuǎn)近結(jié)合的原則，根據(jù)城市規(guī)劃和電力需求，結(jié)合區(qū)域內(nèi)負(fù)荷性質(zhì)和發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)狀電網(wǎng)條件綜合考慮。
　　
　　（2）20kV供電應(yīng)用初期，應(yīng)考慮與現(xiàn)狀電網(wǎng)的銜接性。針對(duì)20kV配電網(wǎng)建設(shè)初期，電源相對(duì)孤立的情況，應(yīng)配**取必要措施，確保電網(wǎng)**、可靠供電。
　　
　?。?）20kV供電應(yīng)用，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性，初期宜選擇新興區(qū)域或現(xiàn)狀電網(wǎng)基礎(chǔ)比較薄弱，但未來發(fā)展負(fù)荷密度高、電力需求增長(zhǎng)迅猛的區(qū)域開展。若對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)進(jìn)行較大規(guī)模的改造和重構(gòu)，應(yīng)作充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、比較和評(píng)估。
　　
　?。?）20kV電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)與大容量變壓器的應(yīng)用相聯(lián)系和銜接。應(yīng)用初期，20kV的上級(jí)電源原則上引自110kV變電站。
　　
　?。?）20kV電壓等級(jí)供電的建設(shè)，應(yīng)按照集約資源、節(jié)約建設(shè)的原則，充分利用原有電網(wǎng)資源設(shè)備，力爭(zhēng)用*低的成本，達(dá)到供電能力的大幅增加。
　　
　　6結(jié)論
　　
　　在國家節(jié)能減排政策下，以提高能源利用效率和效益為中心，按照因地制宜、因網(wǎng)制宜的方針，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，積極將節(jié)能的新科技、新措施利用到實(shí)際中去。20kV配電網(wǎng)絡(luò)已在國際上許多國家得到應(yīng)用，實(shí)踐證明，在合適的條件下，20kV配電網(wǎng)絡(luò)能夠有效提高經(jīng)濟(jì)供電容量，增加經(jīng)濟(jì)輸送距離，節(jié)約土地資源占用，有效減少線損率，節(jié)能效果明顯。現(xiàn)階段，20kV系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)本著實(shí)事**、遠(yuǎn)近結(jié)合的原則，根據(jù)城市規(guī)劃和電力需求，結(jié)合區(qū)域內(nèi)負(fù)荷性質(zhì)和發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)狀電網(wǎng)條件綜合考慮。20kV供電應(yīng)用，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性，初期宜選擇新興區(qū)域或現(xiàn)狀電網(wǎng)基礎(chǔ)比較薄弱，但未來發(fā)展負(fù)荷密度高、電力需求增長(zhǎng)迅猛的區(qū)域開展。若對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)進(jìn)行較大規(guī)模的改造和重構(gòu)，應(yīng)作充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、比較和評(píng)估。