智能电网要求下的20 kV配网建设需求分析

陈 烨，李红日

（嘉兴滨海供电分局，浙江 嘉兴 314201）

0 智能配电网的背景

智能电网是当今世界能源产业发展变革的最新动向，代表着电网未来发展的方向。智能电网的概念最早是由美国提出来的，2011年，美国电力科学研究院提出了“Intelligrid（智能电网）”的概念，并于2003年提出《智能电网研究框架》，并将其定义为“集成了传统的现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统，具有更完善的性能并能为用户提供一系列的增值服务”。2006年欧盟智能电网技术论坛推出了《欧洲智能电网技术框架》，认为智能电网技术是保证欧盟电能质量的一个关键技术和发展方向，主要着重于输配电过程中的自动化技术。2009年5月国家电网公司正式提出“坚强智能电网”的概念，并计划于2020年基本建成坚强智能电网。

国家的配电网是整个电力系统中的重要组成部分，近年来，随着电力系统农村网络与城市网络改造的结束，如何加强和完善智能配电网的管理，提高供电质量，加强智能配电网的建设，成为了当前值得研究的重要课题。智能配电网从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双向流动、高度自动化的方向转变。智能配电网具有高度的安全性，能够抵制各种进攻，并能保护重要用户的供电不停顿。智能配电网可以提供更高的电能质量，使电压有效值和波形符合不同用户的要求，保证用户的设备正常运行。

1 20 kV配电网的发展进程

随着经济的飞速发展，城市化进程的不断加速，人民生活水平的不断提高，城市的电力需求快速增长，尤其是人口密集、经济发达的中心城区和新开发区，以10 kV为主的现状中压配电系统已明显出现弊端。为了解决电力需求和城市电网的供电能力与土地资源之间的矛盾，需要从建设节约型社会的战略高度，抓住智能电网大规模扩展的机遇，利用新技术、新思路合理配置城市电网电压等级、减少变电层次、提高供电能力。

1.1 20 kV配电网全球发展概况

目前，20 kV电压等级在中压配电网中的应用越来越受到人们的关注和重视。世界上已有数十个国家和地区将20 kV电压等级作为中压配电网的标准电压，并已列入国际电工委员标准，具有非常成熟的技术和经验。美国自1984年开始部分采用20.8～24.9 kV电压，法国和德国自20 世纪60年代开始统一采用20 kV电压，近80%的欧洲国家如意大利、波兰等也大都采用20～25 kV作为中压配电，近60%的亚洲国家，其中包括日本、新加坡、韩国等均已采用20 kV电压等级为其城市供电[1]。

1.2 国内20 kV配电网的发展

国内20 kV电压等级的提出，经历了一段较为漫长的时期。

（1）20 世纪70年代末，国内基本完成了将众多、繁杂的中压配电电压统一到10 kV的工作。

（2）随着电力负荷的增加，90年代前后，郑州工业学院、武汉高压研究所分别提出了20 kV配电电压使用的问题。

（3）1992年，国家公布的GB156-93《标准电压》中，正式将20 kV打括号列入标准电压，并说明“为用户要求时使用”。

（4）1993年，苏州工业园区在全国率先采用了20 kV配电电等级，并于1996年正式投运。

（5）接着北京、上海、浙江、云南等分别对20 kV配电电压等级进行了论证。

（6）2003年，辽宁省本溪供电公司经论证对南芬地区采用20 kV配电，并已取得经济效益，是国内首先采用20 kV架空线路的单位。

（7）2007年8月，江苏省电力公司正式发布推广应用20 kV电压等级。

2 20 kV配电网的优越性分析

2.1 配电容量大，传输能力提高

随着经济的快速发展，用户负荷密度增大，以往的10 kV配电网容载比不能满足负荷的增长速度，会严重影响到供电可靠性，此时必须增加新的电源点才能满足负荷需求。但是由于这些地区所处的地理位置均属于经济快速发展的重要开发区，使得站点、线路走廊和上级电源点的选取非常困难。

2.2 提高线路末端电压水平

2.3 降低线损

2.4 减少出线数目，节省线路走廊

20 kV电压等级提高后，在输送与10 kV电压相同的容量时，导线所需截面面积大大缩减，减少了有色金属的投资，既节省资源又节省线路投资。另外，20 kV电压等级的引入，可节省线路走廊，减少了电力设备占地资源，这对寸土寸金的城市土地有重要的意义。不同容量主变中压线路回路见表1。[2-3]

表1 不同容量主变中压线路回路数

3 20 kV配电网的建设

3.1 实施思路

目前20 kV配电网建设从供电区域上划分大体可以分为以下3 类。

（1）10 kV配电网成熟区域

该类区域电力需求增大趋于稳定。10 kV中压配电线路主要为电缆，目前已形成手拉手环网接线、开环运行的成熟配电系统，短时间内对其进行大规模升压改造是不经济的。建议短期内暂维持10 kV不变，可采用增容改造等方式以适应负荷的增长。在10 kV电力设备达到寿命周期后再逐步引入20 kV电压等级。

（2）中压配电网空白或薄弱区域

老城区外新兴的工业园区、开发区、居住区，其他块相对独立、完整，预测负荷密度大的区域，区域内暂无变电站布点或配电网相对薄弱。该区域可以全面推广应用20 kV电压等级，逐步发展壮大20 kV配电网络。

（3）其余区域

除上述以外的区域，10 kV配电网已具备一定规模，但配电网结构已不能适应负荷发展。该区域可以划分为20 kV与10 kV混供区域，对新包装用户原则采用20 kV接入，降低运行的模式，限制10 kV接入。在20 kV、10 kV共存期间，将运行寿命到期的10 kV设备逐步更换成20 kV，通过不断减少10 kV配电网的供电区域，最终完成20 kV配电网的建设。

图1 配电网改造总体框架

3.2 实施步骤

由于20 kV配电网的实施受该区域的配电网现状、电力需求增长、土地资源等因素的制约，需要综合考虑各种因素。20 kV配电网的实施一般分为以下两种：

（1）逐台主变升压改造

在现有配电网已经比较成熟，但不能满足电力需求的增长，并且土地资源不足，难以找到新的站点。通过对变电所主变逐台升压改造，最终实现20 kV配电网的建成。在不同电压等级的馈线间加装联络变压器以提高供电可靠性。

（2）新建站点过渡

在现有中压配电网相对薄弱，负荷增长较快，变电站落点较容易的区域，比如新开发区。可以新建110/20 kV变电站，供新报装用户，10 kV用户的设备达到使用寿命后升压为20 kV。通过在不同电压等级的馈线之间加装联络变压器，来增强变电站间的负荷转移能力，提高供电可靠性[4]。

3.3 现实建设中存在的问题

新建的110 kV变电站主要是对其区域不断增加的负荷进行供电。新建的配网线路需要与现有的10 kV相联系，以便对负荷可靠供电。在这种情况下，若采用20 kV则需要在已用10 kV配电网的区域单独划出一个区域进行20 kV供电。由于没有现行20 kV电源点、更换改造设备较多、时间较长，因此不可能停电改造。

此外，用户侧的配电设备如：变压器、电压互感器、电流互感器等都需要改造和更换。若涉及用户侧数目较多，则很难统一协调。结果就是虽然不少的110 kV变电站在规划和建设，但20 kV电压等级却受到很大限制。同时配网电压升级到20 kV需要改造方面较多，如架空线更换绝缘子，增大线间距，电缆可能由于绝缘水平不足需要更换，断路器和隔离开关需要重新选择，电流互感器和避雷器必须更换，用户侧变压器需要改造。

4 结论

对于20 kV配电网的建设，由于各地区的经济和社会发展情况差异很大，电网结构也有所不同，所以20 kV配网建设和推广要根据城市规划发展趋势和电力需求，并结合区域内负荷增长趋势和现状、电网结构等因素综合考虑，做好前期的可行性论证，科学编制中压配网长期规划，并分步、分片实施。虽然20 kV配电网相比10 kV配电网具有明显的优越性，但从10 kV配网过渡到20 kV配网，依然是一个长期的循序渐进的过程。

[1]方旭东，李 智.20 kV配电网优越性及现实建设中存在问题的探讨[J].电气开关，2010，48（5）：13-14.

[2]刘 平，马新明，戴 迪.20 kV电压等级应用的探讨[J].电气开关，2010，48（6）：14-15

[3]刘令富.电网电压等级序列研究[D].北京：华北电力大学.2009.

[4]高亦南.10 kV与20 kV混供电网中配电变压器的选型[J].电力设备，2008（9）：105.