我国电网电压序列及其评价指标

崔凯，宋毅，李敬如，赵娟

(国网北京经济技术研究院，北京市，100052)

0 引言

电压序列是电网发展过程中逐渐形成的电压等级分层系列。电压序列的确定与选用直接关系到电网的发展和国家建设，不仅会影响电网结构和布局，而且会影响电气设备和电力设施的设计与制造以及电力系统的运行和管理，同时在相当程度上决定着电力系统的运行费用及经济效益［1］。合理的电压序列，不仅有利于电力系统的发展、技术改造，而且对国家的现代化建设和民族工业的振兴均具有相当重要的意义［2］。电压序列评价指标是指导电压序列选择和改造的重要依据，是评价电网建设和改造方案优劣的重要内容。开展电压序列评价指标的研究工作，一方面有助于发现和解决制约电网发展的问题和瓶颈，梳理和形成电网健康发展的正确思路;另一方面有助于提高电网规划设计水平，增强电网规划方案的前瞻性、科学性和合理性。

1 电压序列选择的基本要求

1.1 电压等级标准

电压等级标准是电气技术中最基本的标准之一，与电力系统和电气设备的设计、制造和使用密切相关［3］。根据国家标准 GB 156-2007《标准电压》［4］的规定，标称电压1 kV以上的交流三相系统及相关设备的标准电压共有12种，分别为1 000、750、500、330、220、110、66、35、20、10、6、3 kV。

国家电压标准为规范和统一电力行业、电力设备制造企业以及用电工业和电力用户之间的电压等级发挥了重要作用，合理的电压序列应在此范围内选择组合。

1.2 电压等级级差

国家电压标准规定了电网可以采用的标称电压，但由于不同地区经济社会发展的差异性，同时考虑到不同电压等级的特点和适应范围，实际应用中没有必要完全依次采用，可以根据不同地区电网的特点越级使用，从而产生了电压等级级差。电压等级级差是指电网相邻电压间的比值，对电网实际运行有着非常重要的影响［2］。电压等级级差选择过大，将造成变电设备制造困难和低压送出困难，导致出线回路数多且低压送电距离过长，损耗增大，还可能造成供电范围不能联合;电压等级级差选择过小，电网变电层次太多，将造成不必要的重复变电，增加电网运行费用，同时也会造成供电范围重叠，不能充分发挥电压等级应有的功能。

国际电工委员会在《IEC标准电压》中对电压等级级差的选择提出如下2点建议［1］。(1)任一国家内，相邻2级电压之比不应小于2;(2)任一地区内，对下列括号内的各种电压等级只能选择其中1种:(245、300、363 kV)、(363、420 kV)和(420、525 kV)。

国际大电网会议(international council on large electric systems，CIGRE)与国际供电会议(international conference and exhibition on electricity distribution，CIRED)所组成的联合工作组，经研究后推荐，电网相邻2级电压之比宜满足以下条件［1］:超高压(220～500 kV)以下的大于3、高压(50～150 kV)以下的大于5。

1.3 其他影响要求

国内外电网发展历程表明，电压序列的选择涉及的影响因素众多［5］，不仅受资源分布、地域环境以及国家方针和能源政策等诸多因素的制约，而且还受原有基础的制约(如输电距离、技术水平、财力物力、材料材质、试验条件、各类电气设备的设计技术与制造工艺等)及其他国家的影响。因此，电压序列的优化选择，需要科学决策，统筹规划，因地制宜，稳步推进，避免不必要的重复投资。

2 电压序列配置方案

2.1 方案组合

根据我国电网电压等级的分布，结合国内外电网实际应用情况，我国电网电压序列各种可能的配置组合如图1所示。

图1 我国电网电压序列配置方案Fig.1 Voltage sequence configuration scheme in China's power grid

图1中电压序列配置方案可大致分成2类，分别是以500 kV为电源点的电压序列和以750 kV为电源点的电压序列。根据电压等级配置的基础理论［6］，/220/10/0.4 kV电压序列由于不能使220 kV输电容量得到充分释放应限制使用;/35/20/0.4 kV电压序列由于35 kV和20 kV电压等级级差较小，不满足技术合理性的要求，也不推荐使用。

2.2 我国电压序列发展概况

2.2.1 区域分布

我国电网经过大规模的建设和改造，电压序列得到逐步规范和简化，现有电压序列大多数为5～6级，详细分布如表1所示。

表1 我国电网主要电压序列分布情况Tab.1 Distribution of main voltage sequences in China's power grid

2.2.2 优化重点

从表1中不难发现，我国局部地区电网电压序列变电层次相对较多，导致运行损耗较大。在电网建设和改造过程中，应结合经济社会发展需要适时而有计划地开展电压序列的改造工作，简化电压等级，提高电网的经济效益。

根据输电距离和输电容量的需要，我国220 kV及以上电网电压等级的功能定位已较为明确，而低压采用0.4 kV也已成为普遍的事实，用户设备数量极其庞大，调整也不太现实［7］。因此，电压序列的优化重点应在电网高、中压配电电压的选取以及电网变电层级的配置上。综合考虑我国电网发展现状和技术经济合理性要求，电压序列优化配置的目标方案一般有如下5种:(1)500/220/110/10(20)/0.4 kV;(2)500/220/66/10(20)/0.4 kV;(3)500/220/35/10/0.4 kV;(4)500/220/20/0.4 kV;(5)750/330/110/10(20)/0.4 kV。

3 电压序列评价指标的构建

根据我国电网电压序列发展客观情况，结合电力系统规划设计的有关规定和电力系统分析的技术原理，本文提出的电压序列评价指标主要由基础指标、技术指标、经济指标、社会指标构成。

3.1 基础指标

基础指标是电压序列计算的原始指标，可由其进一步计算或派生出其他指标。基础指标分为基本信息和基础参数，如图2所示。

图2 基础指标的构成Fig.2 Structure of basic indexes

(1)基本信息。与基本信息相关的指标旨在定量描述规划区的基本情况，主要包括供电面积、供电人口、负荷密度(最大负荷)、用电量等指标。

(2)基础参数。与基础参数相关的指标一般事先给定，指标的数值或来自于电力系统的相关规定，或来自于规划、运行人员的经验积累。

3.2 技术指标

技术指标是电压序列配置方案技术合理性的重要反映，主要用来描述输配电网的协调匹配关系和高、中压配电网的总体规模，并论证说明电压序列配置方案对技术约束的满足程度。技术指标分为描述性指标和评价性指标，如图3所示。

(1)描述性指标。描述性指标在反映输配电网协调匹配特性的同时，着重说明不同配置方案在工程规模(工程量)上的差异。指标数量的大小原则上并不能反映不同方案的优劣，但可间接反映配置方案技术性能的特点。描述性指标由输配电网协调类指标、高压配电网规模类指标和中压配电网规模类指标构成。

图3 技术指标的构成Fig.3 Structure of technical indexes

(2)评价性指标。评价性指标是电压序列配置方案选择重点考察的指标。按照技术上要求满足的程度不同，评价性指标分为约束性指标和预期性指标。约束性指标是指根据技术规程的规定必须满足的指标，主要由短路容量和电压降2个指标构成。预期性指标反映了不同电压序列配置方案在技术上的差别，是供电部门力争改善的指标，主要由结构类指标(高压配电设备N-1通过率、中压线路联络率)以及线损率、供电可靠率等综合性指标构成。

3.3 经济指标

经济指标包括建设费用、运行维护费用和线损费用，其和可用工程总费用表示。由于电压序列优化选择既可能出现在电网的新建区，也有可能出现在电网的建成区，对于后者，工程总费用中还需要反映电网过渡改造成本。

为了进一步体现资金的时间价值，在经济评价指标中引入年费用的概念［8］，将各方案的投资和运行成本费用按照等支出的方法折算为年费用进行比较。

式中:Za为年费用;Zt为投资年值;Zm为年运行维护费用;Zc为年线损费用。

式中:Im为总建设费用;i为折现率;n为运营期。

式中:I0为固定资产原值;R为运行维护费率。

式中:ΔP为线损功率;h为年最大损耗小时数;f为购电价。

3.4 社会指标

电压序列评价的社会指标主要为线路走廊、变电站、配变等设备的占地面积。其中，线路走廊占地面积可近似表示为线路走廊宽度与线路条数的乘积。

3.5 电压序列评价指标体系

电压序列评价指标由基础指标、技术指标、经济指标和社会指标构成，指标数量较多，为方便对电压序列配置方案的合理性做出正确评价，需要进一步研究筛选出关键性指标。鉴于基础指标和描述性技术指标并不直接参与电压配置方案的评价，因此电压序列评价指标体系原则上可由评价性技术指标以及经济指标、社会指标组成，如图3所示。考虑到设备N-1通过率、中压线路联络率与配电网的供电可靠性密切相关，为减少指标评价内容的相互交叉和重叠，评价性指标仅选择综合线损率、供电可靠率等综合性指标作为关键性指标。

图4 电压序列评价指标体系Fig.4 Evaluation index system of voltage sequence

3.6 电压序列优化选择的综合评价

电压序列优化选择涉及面广。单一的评价指标由于侧重点不一，对评价对象难以做出全面、合理的评价。利用多个评价指标对评价对象进行综合评价，可以在电压序列不同的配置方案中寻求整体最优。考虑到电压序列评价指标体系中各指标都是对客观数据的分析，并且评价体系采用的是分级构建的组织模型结构，因此可选用层次分析法进行评价［9-10］。首先对各个评价指标进行无量纲化处理并确定相应的权重系数，然后采用综合评价模型逐层向上计算，直到计算得到评价对象的综合评估值，以此作为对不同电压序列配置方案进行排序和评价的依据。

4 结语

电压序列的选择关系到电网发展的整体布局和长远战略，意义重大，影响深远。本文基于电网发展客观规律的认识，提出了覆盖技术经济内容的电压序列评价指标，建立了可用于指导实际工作的评价指标体系。由于不同的评价指标侧重点不一，为便于对被评价对象进行全面、综合考察，可通过层次分析法等综合评价方法进一步建立反映各种指标内涵的综合评价指标来定量说明不同配置方案的优劣，从而为决策者提供更为全面、客观的决策信息。

［1］《中国电力百科全书》编辑委员会.中国电力大百科全书输电与配电卷［M］.2版.北京:中国电力出版社，2004.

［2］崔凯，聂端，张昊昱，等.重庆电网输配电压序列优化研究［J］.能源技术经济，2010，22(7):46-48.

［3］俞莘民.GB 156—93《标准电压》简介［J］.机械工业标准化，1993(4):7-9.

［4］GB/T 156—2007标准电压［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［5］彭冬.影响电压序列配置的主要因素［J］.电气应用，2010，29(9):22-24.

［6］中国电力科学研究院系统所.20 kV中压配电理论研究与工程实践［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［7］范明天，张祖平.中国配电网发展战略相关问题研究［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［8］国家发展和改革委员会，中华人民共和国建设部.建设项目经济评价方法与参数［M］.3版.北京:中国计划出版社，2006.

［9］周任军，万天林，杨宇，等.基于AHP的电网公司综合评价体系的研究［J］. 中国电力，2002，35(9):39-43.

［10］肖峻，王成山，周敏.基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策［J］.中国电机工程学报，2004，24(4):51-57.