城市电网中压配电电压选择探析

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局临河供电分局 015000摘要：20kV中压配电电压，适应负荷密度增长和电网发展需要。从提高配电网容量，降低线路上电压损失，增大配电网供电半径，降低线损等方面分析，都比10kV等级具有更大优势。本文概述了城市电网中压配电现状，并重点分析了城市电网中压配电电压选择20kV的正确性。

关键词：中压配电；电压选择；20kV

【分类号】：TM73

一、城市电网中压配电现状分析

目前我国中压配电网普遍采用10kV电压等级供电，这是在我国电力负荷水平较低背景下逐步形成的，多年运行实践表明在特定发展阶段是适合我国国情的，对促进电力工业发展、保障安全供电起到了较大作用。随着我国经济高速发展，电力负荷呈迅猛增长态势，经济发达地区及城市工业区附近的负荷密度迅速增高，原有10kV配电网络的种种弊端逐步呈现出来，主要表现为以下方面。

（1）部分地区原有配电网络供电能力不足，亟待扩建配电变电站。在电力负荷增长较快地区，负荷的增加导致扩建配电变电站成为必须，然而，城区扩建配电装置存在场地、线路走廊等条件制约，困难重重、代价高昂。（2）配电网损耗过高。网络损耗表达式为ΔP=P2r/（UN2cos2α），可看出损耗与送出功率平方成正比。因此随负荷的迅速增加，损耗呈快速增加态势。随着经济飞速发展带来的城市用电水平高速增长，越来越明显地暴露出我国中压配电网的种种弊端；此外城乡电网的不断扩大及密度的迅猛增加，逐渐暴露电网配网等级、变电层次、布局结构等方面的不适应与不合理性。现行配电系统从供电能力、供电距离及线路损耗等方面均难以适应负荷发展需求。

二、采用20kV电压等级供电的分析

对配电网由10kV升至20kV电压等级进行技术分析，在以下各物理量中，下标10和20分别表示10kV和20kV电压等级供电。

（一）提高中压电网络的供电能力

当20kV取代10kV中压配电电压后，在不更换原有线路导线规格的前提下，根据传输功率S=3UNIN（其中UN、IN分别为额定线电压和额定线电流），得到S20/S10=2，则升压后的配电容量及配电网的容载比提高了1倍。

（二）降低电能损耗

输电线路中有功功率损耗ΔP=3I2NR=P2R/（U2Ncos2φ）（其中cosφ为功率因数），在负荷不变的前提下，有

. （2）

由式（2）可知，电压由10kV升至20kV后，有功功率损耗为原来的25%，即在负荷不变条件下，有功功率损耗减少了75%，为系统节约了大量电能。

（三）提高配电网络的供电半径

根据L=（PR+QX）/[ UNIN（R′cosφ+X′sinφ）]（其中L、R′、X′分别为供电线路的长度、单位长度线路的电阻和电抗），则在电压损失要求一致的条件下，得到L20/L10=2，即在电压损耗和负荷相同的条件下，20kV的供电半径比10kV的增加了1倍。

（四）节约配电网的耗材

导线的截面面积A=S/{ UNIJ}，其中IJ为经济电流密度，则在传送功率S不变的情况下有A20/A10=1/2，即在传输功率不变的前提下，电压升高至20kV后，配电网络耗材的用量减少了50%，节约了金属资源。

（五）供电质量和可靠性高

在相同供电条件下，采用20kV比10kV，不但降低了电压损失，而且20kV比10kV电网的接线方式简单而清晰。20kV单回线路负荷裕度大，易于实现对用户的双电源供电，有利于提高供电可靠性。

（六）配电容量大

在相同规格导线，相同供电距离的条件下：

20kV的配电容量P20= ・U20・I20・cosφ20（kW）

10kV的配电容量P10= ・U10・I10・cosφ10（kW）

导线最大允许长期电流相同时，I20=I10，补偿至cosφ20=cosφ10

因为U20=2U10则P20=2P10，即20kV为10kV配送容量的2倍。因此，单回20kV线路相当于10kV单回线路供电容量二倍，20kV线路回路数比10kV少，可解决线路路径难度大的问题，可用于城市配电网高密度负荷区供电。

（七）空间资源占用少

20kV配电设备的体积和占地面积与10kV相比基本相当，与35kV相比占有明显优势。每座35kV配电站（2台，500～1000kV・A/台）的占地面积为1000m2，而每座20kV配电站（2台，500～1000kV・A/台）的占地面积仅为96m2；35kV电缆线路走廊宽度与20kV差不多，大约都为1m，但35kV架空线路走廊宽度比20kV大得多，大约为10m，而20kV架空线路走廊宽度仅为2.5m。

（八）电设备总造价的估算

1、电力变压器

按国内报价估算20kV与10kV配电变压器（三相）造价比大体在1.02～1.20之间。按国内报价估算20kV开关柜与10kV开关柜造价比为1.2～1.4之间。

2、电缆

铜芯电缆价格比为1.15～1.17。可见如按同样的输送功率进行比较，则20kV的电缆造价仅为10kV的0.5～0.6。

3、架空输电线路

一般认为，在相同的导线截面积下，20kV与10kV架空线路的造价比在1.05～1.1之间。因此按相同输送功率计算，则20kV线路造价可低于10kV的造价。

依据前苏联“电气设备安装规程”（1985年版）规定，10、20kV架空配电线路对地面、水面的允许高度是相同的。因此现有10kV杆塔可用于20kV电压等级，有利于城乡电网升压改造。总之，在具有相同供电能力的条件下，新建变电所110/20kV与110/10kV供电电压模式相比，其设备总造价可降低15%左右，而其20kV用户设备总造价基本上与10kV用户设备总造价持平。

三、20kV中压配电电压具体实施

根据技术经济比较，20kV中压配电电压等级在技术上的合理性和经济上的优越性都被国内外认可。但是，10kV电压等级长期存在和发展，如果全部升到20kV困难非常大。参考国外经验，通常在负荷密度高的地区，采用20kV电压等级。其他地区可根据情况和规划，因地制宜，10kV和20kV配电电压等级同时存在。

从具体实施过程中经济角度考虑，由于减少了配电单元、电缆长度、变电站数量及征地费用等，因而采用110kV/20kV电压供电能减少总投资和运行费用。天津地区也曾对3种供电方式进行了比较，同样证明采用20kV供电的方案最为优越。所以，担心采用20kV会加大建设投资的问题事实上并不存在。

应用20kV电压等级中压配电网的一些技术政策问题，在推广应用20kV电压等级的过程中，无论是新建20kV中压配电网或在10kV配电网基础上改造，一些基础性的技术政策应认真对待。

中性点运行方式：电力电缆网的建设和绝缘导线的应用，中压配电网的中性点运行方式已逐步趋向于中性点直接接地或经小电阻接地。中性点运行方式的确定，相应地确定了中压配电网的保护方案。

配电变压器的结线方式：在20kV电压等级的中压配电网的配电变压器联结组别方式应确定为20/0.4kV-/Y即D，yn11。

配电体制：在20kV电压等级的中压配电网中应尽量减少照明和动力用电混合型配电制式，实行照明和动力用电分开，对居民用电采用单相制供电，同时减少配电变压器单台容量，缩短低压配电线供电半径，提高电压质量。

推行箱式配电站：在市区繁华街道或住宅街区推广使用箱式配电站。

结束语

城镇中压配电网选用20kV电压等级，在技术上是合理的，经济上是优越的。根据目前国际上大部分发达国家选择的中压配电电压等级和我国电压升级改造实践，证明20kV作为较高的中压配电电压等级具有明显优势。我国在进行城镇中压配电网优化改造时，应考虑对10kV中压配电网进行升压，取消35kV电压等级，直接采用110/20/0.4kV的供电电压模式。

参考文献

[1]谢映崇.城市电网改造和中压配电电压选择探析[J].科技创新与应用，2013年34期.

[2]夏勇涛，王建兴.城市电网改造和中压配电电压选择[J].云南水力发电，2007年1期.