20 kV配电网在杭州湾上虞工业园区的应用

孙燕军

（绍兴电力局，浙江 绍兴 312000）

随着电力需求的迅速增长，10 kV配电网已逐渐无法适应高负荷密度区域的发展需求。国内外电网发展经验表明，20 kV比10 kV电压等级在输送容量、输送距离、供电质量、节能降损和节约变电站站点、线路走廊等方面都具有明显优势，已有很多先进国家和地区采用了20 kV的配电网，具有成熟的设备制造和运行经验，国内江苏苏州工业园区也有多年成功试点经验。

杭州湾上虞工业园区处于杭州湾南岸，规划区总面积275 km2，是一个新兴的工业园区，地块相对独立、完整。根据开发区总体规划定位，区内以中小型工业企业为主，具有平均报装容量大、直供负荷比例高、供电可靠性有特殊要求等特点，预计远期负荷密度较高，具备开展20 kV电压等级试点条件。此外，该地区现有10 kV配电网规模小，改造费用少，对形成相对独立的20 kV供电区域非常有利。因而该地区适宜建设20 kV配电网。

1 20 kV配电网规划主要技术原则

1.1 电压等级及主变压器容量

电源电压为220 kV和110 kV，中压配电电压为20 kV，低压配电电压为380/220 kV。

220/110/20 kV主变压器容量宜在240 MVA及以上，20 kV绕组容量不小于50%；110/20 kV主变压器容量一般应选用80 MVA。

变电站初期为2台主变压器，远期3台主变压器。

变电站20 kV配电系统母线短路电流水平应不大于25 kA。

1.2 电气主接线

220 kV变电站20 kV采用单母线四分段环形接线方式。

110 kV变电站初期采用内桥接线，20 kV采用单母线四分段环形接线方式。

110 kV变电站远期采用“内桥+线路变压器组”接线方式，20 kV采用单母线六分段环形接线方式。

1.3 网络结构

110 kV电网初期采用手拉手结构和双侧电源双T结构（见图1，2）。

110 kV电网远期采用四线两变结构（见图3）。

图1 手拉手结构

图2 双侧电源双T结构

图3 四线两变结构

20 kV架空线路采用环网接线开环运行方式。20 kV电缆线路采用单环网和双环网结构。

1.4 中性点接地方式

杭州湾上虞工业园区近期规划方案和远期规划方案线路类型为架空和电缆混合线路。在近期规划方案中，通过对各变电站20 kV系统的电容电流计算得知，各变电站20 kV系统的电容电流均小于150 A。而远期上虞工业园区20 kV配电网有可能采用全电缆，大多数情况下单台主变压器20 kV出线电容电流将大于150 A。因此，中性点近期采取经消弧线圈接地，远期采用经低电阻接地。

1.5 用户接入

用户申请容量在30 MVA及以下者，应采用20 kV电压等级供电。

（1）单回路申请容量为8 000 kVA及以上时，应从变电站新建线路供电。

（2）单回路申请容量为8 000 kVA以下时，可根据用户的申请容量及配电网络的实际情况，通过调整线路负荷，以架空T接或从开关站、环网柜以电缆方式就近接入。

（3）单回路申请容量在 4 000～6 000 kVA， 且满足接入条件的情况下，可优先从开关站或环网柜接入。

用户申请容量在16～30 MVA时，宜采用多回路供电。

2 配电网升压改造策略

2.1 供电侧升压改造策略

在已有的站点内进行扩建。基于负荷发展，需要在已有的变电站内扩建主变压器时，宜将20 kV电压等级引入新增主变压器的低压侧，为20 kV供电区域提供电源。

对于已有区内分布的110/35/10 kV主变压器，可以通过技术手段将中压侧改造为20 kV，即成为110/20/10 kV主变压器，既可为20 kV供电区域提供电源，又能为暂不实施升压的区域继续提供10 kV电压等级供电。

2.2 客户侧升压改造策略

根据周边供电网络的建设情况以及用户的性质，可将用户分为4类，见表1。

表1 用户分类情况

（1）对于A类用户，供电网络与用户满足同时升压的条件，可以同时升压。

（2）对于B类用户，供电网络已经具备升压条件，用户侧设备尚需要以10 kV电压等级供电，此时，可以暂时采用20/10 kV联络变压器为原用户供电，待用户侧的设备使用寿命达到规定年限而需更换时，直接更换为20 kV电压等级的设备。

（3）对于C类用户，供电网络尚不具备升压条件，但用户侧已具备升压条件，此时可通过以下两种方式进行改造。

方式一：用户侧设备按照20 kV等级进行选型，先降压运行，待整个供电网络具备条件时，再按20 kV运行。

方式二：采用10/20 kV联络变压器将10 kV线路升压至20 kV，为用户供电。

（4）对于D类用户，供电网络和用户均不具备升压条件。若用户侧设备使用年限未到规定年限，则暂不升压，维持10 kV等级供电，待条件成熟后再实施升压；若用户设备已经达到或超过规定年限，可先更换为20 kV设备，并降压运行，待整个供电网络升压后再按20 kV运行。

3 杭州湾上虞工业园区20 kV配电网规划

依照上述技术原则进行配电网规划，规划分为2个层次，即针对杭州湾上虞工业园区进行110 kV配电网规划和对区内的拓展区进行20 kV配电网规划。

应从中压配电网角度提出需求，依据需求来规划站点、网架和走廊，根据站点进行中压配电网规划。

3.1 110 kV配电网规划

截至2008年底，该区有220 kV变电站1座，容量360 MVA；110 kV变电站3座，总容量200 MVA。其中110 kV精细变电站由虞北变电站的2回110 kV线路构成双辐射供电，110 kV虞北变电站、盖北变电站由虞北变电站的2回110 kV线路构成“两线两变”供电。

区域内主要存在变电容量不足、220 kV电源点单一、110 kV网络结构不够坚强、变电站负载重等问题。

在对国内成熟工业园区负荷调查的基础上开展了空间负荷预测，预测杭州湾上虞工业园区远景最大负荷约为3 009 MW，负荷密度为18.8 MW/km2。

至远景年，杭州湾上虞工业园区共需220 kV变电站8座，110 kV变电站24座，全部形成四线两变结构，如图4所示，构建坚强可靠的110 kV配电网。

图4 远景年110 kV规划方案

3.2 拓展区20 kV配电网规划

拓展区内共计4回10 kV线路，即纬一线、展望线、秦燕线和世丘线。在确定采用20 kV电压等级后，需考虑已有10 kV供电网络的升压改造和用户接入问题。

采用用户报装与空间负荷预测相结合的方法，预测拓展区2012年负荷约223 MW，远景负荷约615.15 MW，负荷密度为18 MW/km2。

拓展区配电网规划近期应着重解决10 kV网络向20 kV网络过渡及报装用户供电问题，远景侧重于20 kV网架的构建。

远景年，杭州湾上虞工业园拓展区将拥有20 kV线路共94回，公用线路70回，用户专线24回，开关站35座，最大供电能力达到1 022 MW，20 kV能够满足负荷发展需要。

4 10 kV升压至20 kV方案

拓展区内110 kV杭湾变电站于2010年12月底投产，而据园区管委会提供的资料，阳光集团、颐禾光电和金盾集团用户将先于110 kV杭湾变投产，为C类用户，因此需要对该类用户制定过渡方案。制定了2种过渡方案，在技术经济比较后给出了推荐方案。

4.1 过渡方式一

利用已有的4回10 kV线路，用户侧设备按照20 kV等级选型、设计，先降压运行，待20 kV电源（杭湾变电站）建成时，再按20 kV运行。

方式一时，用户需采用20/10 kV双电压变压器及相应设备，用户投资增加约10%，维护量相对增加，但供电企业投资少。为构建20 kV标准化配电网，不推荐方式一。

4.2 过渡方式二

利用已有的10 kV韦一线、展望线，设置10 kV/20 kV变压器，将已有10 kV线路升压至20 kV，然后接入用户，用户侧设备按照20 kV等级选型、设计。此外，在杭湾变电站投产前约有20 MW负荷，韦一线、展望线供电能力有限，需从盖北变电站、精细变电站新出线路，设置10/20 kV变压器，将线路升压至20 kV，线路按照20 kV设计，接入用户。

在方式二下，用户完全按照20 kV标准设计，一次到位，不增加用户投资，供电企业有一定投资，主要为联络变压器，但联络变压器在该区110/20 kV变电站投产后可轮换至其他区域使用。为构建20 kV标准化配电网、减少用户投资，推荐方式二。

在纬一路、经一路交叉口处设置10/20 kV变压器，将10 kV纬一线、展望线升压至20 kV，沿用原10 kV纬一线走廊。

杭湾变电站投运后，20 kV网架实现平滑过渡，避免了重复、无序建设。

5 20 kV电压等级应用成效分析

（1）提高供电能力和供电范围。20 kV供电能力比10 kV增大100%，在同等条件下供电距离可较10 kV延长一倍。

（2）提高电压质量。当电压由10 kV升至20 kV后，在负荷不变的条件下，电压降可比10 kV减少75%；当负荷增加一倍后，电压降可比10 kV减少50%。

（3）降低线损。通过线路损耗计算可知，电压由10 kV升至20 kV后，在负荷不变的条件下，功率损耗可降低75%。

（4）节约有色金属。经济电流密度为常量，电压由10 kV升至20 kV后，在输送容量不变的情况下，有色金属消耗量可减少50%。

（5）减少投资。由于20 kV供电容量相对较大，可以比采用10 kV供电时减少电缆、开关站、变配电房等配电设施和电气设备，从而减少投资，减少征地，减少运行维护费用，降低运行成本。

（6）节约土地。当采用10 kV作为中压电压等级、主变容量为50 MVA时，需建设39座110 kV变电站；而采用20 kV作为中压电压等级、主变容量为80 MVA时，需建设24座110 kV变电站。可减少15座变电站，节约了大量的土地资源和线路廊道。参照相关典型设计，可减少110 kV变电站占地面积63 000 m2，减少110 kV线路廊道占地面积2 250 000 m2。

另外，110/10 kV方案需要10 kV中压出线间隔772～993个，而110/20 kV方案只需20 kV中压出线间隔386～490个，可节省约50%的中压出线间隔和通道资源。

（7）提高用户接入的灵活性和经济性。20 kV用户报装容量可以达到30 MVA，为大客户提供了更加灵活和经济的接入方式。

（8）在电网投资方面，采用20 kV电压等级时，中压配电网建设投资大约可减少5.97亿元，约占10 kV配电网投资的9.35%。

6 结论

杭州湾上虞工业园区采用20 kV供电是经济、必要和可行的，园区将继续遵循“积极、稳妥、适度超前”的指导意见和“总体规划、分步实施、逐步实现”的推进原则，在现有20 kV配网建设成果基础上，加快园区275 km2的20 kV配电建设与改造工作，为园区经济社会发展奠定坚实基础。

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