我国20kV配电电压等级的历史沿革及应用综述

殷红旭 张建华

（华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

1 我国电压等级的设置原则

为避免各级电压送变电设备容量的过多重复与供电面积的过多叠盖，尽力降低电网线损及无功损失，取得良好的经济性与合理性，国家标准所规定的各电压等级应遵守“求三舍二”的原则，否则不经济、不合理，更谈不上优化。所谓“求三舍二”，指在标准系列或电网电压制中，各相邻级所差的倍数应力求接近、等于或超过 3，同时又要舍弃倍数接近或小于2的两级中的某一级[1]。

2 我国20kV电压等级的历史沿革

新中国成立前及解放初期，我国的山东、东北等地曾有20kV电压等级，作为3～6/0.38kV一次配电与二次配电电压之上的一级供电电压出现，起过很重要的作用。后来随着负荷密度的增长和电网的发展，基于国家当时的用电水平及相当一个时期内的发展打算，1959年交流电压等级标准确定 10kV作为配电电压，摒弃了3kV，将6kV升压到10kV。由于20kV仅为10kV的2倍，不符合电压等级“求三舍二”的原则被淘汰，保留了35kV电压等级。

后来，20kV电压等级在国际上又以新的功能[2-3]出现，目的是提高一次配电电压，仍然是由于负荷密度增长和电网发展的需要。其作用是取代10kV，直接向380V供电，以扩大供电半径，减少线路回数，降低网损。

自1978年起，我国城市及农村中10kV配网供电能力与供电距离严重不足的矛盾就十分突出，变电层次过多、网损率偏高等弊端日益明显。1978年改革开放以来，仅用了10年时间便将发电装机容量与年发电量翻了一番[4]。1990年全国发电装机已达13789万kW，年发电量为6213亿kW·h，均已名列世界第4位；到2005年底，发电装机容量达到5.1亿 kW，发电量24000亿 kW·h，均已名列世界第 2位；到2008年底，全国装机容量达79253万kW，发电量达34334亿kW·h，仅次于美国，均已名列世界第2位，照此速度发展下去，预计在2020年前后全国发电装机总量将超过美国，跃居世界第一位。

20世纪80年代初，我国就提出了对城市配电网进行技术改造和提高配电电压等级的建议，并逐步形成了改造城网的指导思想[5]：“提高输电电压，高压深入城市负荷中心，简化电压等级，减少中间变压层次，提高配电电压”。

1980年3月6日，电力部曾在（80）电技字第14号文“对国标GB156《额定电压（草案）》的意见”中第 5条，提出了“目前东北、华北、华东等地大城市高密度用电地区希望能采用20kV配电电压，这样就能使设备小型化，投资较经济。建议如条件允许，可将20kV电压列入草案中”的意见。

进入90年代初，国家经济建设快速发展，电力负荷也高速增长，各大中城市纷纷要求更高的电压引入，以适应负荷急剧增长的需要。高压配电深入和低压负荷增长都要求配电网具有更强的功率消纳和配出能力，造成城市电网中压侧和低压网过载严重，而出现与供配电能力不相适应的卡脖子态势，与此同时，对20kV系统的思考也进入实践验证阶段。

1991年，能源部武汉高压研究所在“国标《电压标准》内增加20kV电压等级的可行性论证”报告中提出了采用20kV具有明显的经济效益、直供面广，以及根据我国现有制造水平，20kV配变电设备有望在3年内完成批量生产等结论。

1992年全国电压电流等级和频率标准化技术委员会召开过“20kV电压等级论证”专题讨论会。会议认为“采用20kV电压已势在必行。”

1993年，参照国际电工委员会的高压标准电压[IECpub.38(1975)]《标准电压》，制定颁布了《GB156-93标准电压》，确定了我国3kV及以上交流三相系统的标准电压等级分别为（kV）：3、6、10、（20）、35、66、110、220、330、500、（750），正式将 20kV打括号后列入标称电压，并说明“为用户要求时使用”。

2004年国家电网公司指出“输配电网协调发展及电压等级优化研究中提出，在新发展电网的地区宜不失时机地试点推行 20kV作为中压配电的电压等级。”

3 20kV电压等级的应用现状及前景

3.1 目前在运行的20kV中压配电系统

（1）1994年建设的苏州工业园区青秋浦以东45km工业园区全部采用20kV中压配电电压等级，已成功运行15年[6]。

（2）上海轨道交通、地铁和轻轨均采用20kV中压配电电压等级，实际运行情况良好。

（3）昆山的南亚公司(台湾独资塑胶企业)使用的是20kV配电电压等级。

（4）2003年3月27日，辽宁省本溪市供电公司南芬地区二次变电所重建后投入运行，有 6条20kV配电线路运行，2台主变压器及199台配电变压器。20kV系统运行以来未发生单相接地故障。

（5）2007年，江苏省电力公司建议全省主要城市在未来1～2年至少建立一个20kV实验区，其后，全省 13个主要城市均已开展该项改造工作。2008年迎峰度夏前，苏州、无锡、淮安、南京等地区已有部分项目建成投产并顺利接入电网，实现了可靠运行。

3.2 即将采用20kV的中压配电网

（1）南方电网公司2004年确定对20kV配网调研和论证立项。

（2）天津滨海新区、哈尔滨群力开发区确定对20kV配网调研和论证立项。

（3）苏州工业园区预计今年完成6座20kV开闭所及相关电缆的建设。

（4）苏州轻轨正在初级设计阶段，在园区中央公园和新区苏州乐园各建1座110kV变电站，其中压配电电压等级也将采用20kV。

（5）2008年3月28日，《20kV客户变电站典型设计图集》在苏州全部完成，标志着江苏省20kV客户变电站设计正式进入标准化时代。预计2010年后，江苏省20kV的配电网络将开始“蚕食”10kV配电网络，而35kV配电网络将会逐步消失。

（6）2009年5月11日，《合肥晚报》刊登“安徽省第一座 110/20kV变电站可行性研究已经通过安徽省电力公司审核，将建在合肥滨湖新区，预计2010年上半年投运”。

据预测[7]，到2020年北京、上海、天津等城市中心区的负荷密度都将在20MW/km2以上，与国外发达城市的现有负荷密度水平较为接近。为进一步适应地方经济社会和电网发展的需要，实现“增容、换代、升压、优化通道”的发展思路，应认真考虑城市中压配电网20kV电压等级的选取应用。

4 20kV中压配电的优势

4.1 从建设、运行角度分析

众所周知，20kV与10kV供电相比，由于提高了中压配电电压等级，可有效地提高中压网络的传输能力、改善电能质量、扩大供电范围、降低线损及变压器损耗，同时在同等传输容量时，还可以减小导线面积，节约有色金属。

采用110/20kV供电比采用110/35/10kV供电，不仅减少了变电层次，降低了损耗，同时也降低了变压器的投资，从110/35/10kV的三绕组变压器转变为110/20kV的双绕组变压器；同时，采用20kV供电时，在额定电流与短路电流分别相等的条件下，采用20kV比10kV可扩大变电所的主变压器容量约一倍，使同一地区设置的降压站数量减少一半[4]。

直接从35kV变为0.4kV的110/35kV电压制不宜用在城市电网。因为35kV架空配电网必须保证导线与建筑物之间的安全距离而难于通过大多数城市的街道；若用35kV电缆，则需将电缆配电网的电压提高到 35kV，这不但不会促成经济性的提高，反倒会过多的消耗有色金属。

4.2 从用户角度分析

（1）从电价角度

2007年9月9日，国家发展和改革委员会办公厅批复了江苏省增设 20kV电压等级销售电价的有关问题，即同意江苏省在销售电价表中增设 20kV电压等级销售电价。20～35kV电压等级销售电价按照1～10kV和35～110kV电压等级销售电价的平均值确定。对于负荷密度较大地区，采用20kV比采用10kV供电可以节省电费开支，特别是对于大用户而言，这将节省不小的数目。

（2）从大用户投资角度

对于大容量用户，采用10kV供电已经不能满足要求，需要采用更高电压等级供电，而35kV无论从变电站建设还是线路电缆造价来讲，都高于20kV电压等级[8]。

（3）从用户节约用地的角度

相比35kV变电站，20kV可以有效地节约站内用地。据统计[8]，每座35kV变电站占地约2000m2,而一座20kV配电所的用地仅200m2，一座变电站用地节约1800m2。相比10kV变电站及线路，采用20kV可以有效地减少变电站和线路布点的密度，大大节约了土地资源，同时也在征地方面节省了一大笔开支。

由此可见，高负荷密度地区采用20kV供电，不但能满足供电要求，而且运行维护费用基本与10kV相当。20kV电压等级不仅降低了供电公司的运行成本，也降低了用户的使用成本，这是20kV电压的一个重要优势。

5 对20kV电网提出以下建议

（1）电压序列设置

鉴于220/110/35/10kV和220/66/10kV两种电压制在我国已成为既成事实，立足当前，对于前者，可以考虑将35kV和10kV两级简化为20kV一级，确定20kV为国标等级，形成220/110/20/0.4kV电压系列；对于后者，宜将10kV升压至20kV。并明确66kV为国标等级，形成220/66/20/0.4kV电压序列[1]。

（2）20kV试点地区的选择

鉴于 20kV电网建设时间较长且布线与 10kV相差较大，现有 10kV电网不可能短期内升压至20kV，所以初期宜选择新兴区域或现状电网基础比较薄弱，但未来发展负荷密度高、电力需求增长迅猛的区域开展 20kV试点[9]。而对老城区等电网已经成熟的且不易重新布线的地区暂不改造为20kV。这样既可以节省资金，又可以确保老城区已有规划不必因此修改。

（3）20kV设备使用

鉴于 20kV配电设备与 10kV设备价格相差不大，如果有大规模10kV升压为20kV的配电网改造计划，建议在新建10kV配网时变电设备和线路采用 20kV的标准进行设计建设，同时用户侧也选用20kV设备，用户变压器选用20(10)kV通用的变压器，以便满足未来升压需求，节约改造投资[4]。20kV电压等级供电的建设，应按照集约资源、节约建设的原则，充分利用原有电网资源设备，力争用最低的成本，达到供电能力的大幅增加。

（4）20kV供电可靠性

为避免 20kV电网成为孤岛，应配合采取必要措施，确保电网安全、可靠供电。要加强其与上一级电压110kV的联系，即与多个110kV变电站建立联系，以保证20kV电网的供电可靠性。

6 对我国高负荷密度新区采用20kV的展望

我国华东及东北等地原有过 20kV电网，至1988年哈尔滨地区尚有22kV（供电）线路6条共130km，含22kV等级的变电站9座计72MVA[10]。故对20kV等级线路和其他电气设备，无论从设计制造到运行检修都有过明确要求并具备一定经验。

“实践是检验真理的惟一标准”。而实践并无国内与国外之分。国外电网多年来的建设经验与运行实践证明 20kV配电电压等级的优势所在，而我国近年来对 20kV作为中压配电的探索已有了初步成果，在我国高负荷密度新区采用20kV已势在必行，并必将硕果累累。

[1] 谈文华. 关于我国电压等级和电网电压制的研究[J].电工技术, 1987(5).

[2] 陈瑾,李宏伟,王建兴.中压配电采用20kV 电压等级的可行性分析[J]. 云南水力发电,2006,22(5): 91-94.

[3] 牛永奎,牛凤凯,邹轶.10kV配电网络升压至20kV运行的可行性探讨[J].电网技术,2008,32(增刊1):191-192.

[4] 谈文华,孔庆云. 再论提高我国城乡配网电压的必要性与紧迫性[J]. 电工技术,1996(10,11,12).

[5] 唐小波.20kV与 10kV配电电压的比较[J].电力设备,2008,9(9): 6-9.

[6] 周月. 沧州市渤海新区采用 20kV电压等级配电网的研究[D]. 华北电力大学,北京. 2008.3

[7] 钱云,王洋.发展中压 20kV 电压等级必要性的探讨[A]. 华东六省一市电机(电力)工程学会输配电技术研讨会2006年年会论文集[C],2006.

[8] 饶莹,郭炜,徐鑫乾.110/20kV变电站电气一次部分设计[J].电力设备, 2008,9(9): 11-13.

[9] 赵波. 20kV配电电压等级的应用与节能减排[J]. 输配电产品应用开关卷,总第80期.

[10] 谈文华.我国电网采用 110/20kV电压制的可行性研究[J].电网技术, 1988(2).