城市电网规划中20kV配电网接线模式研究

摘要：随着我国社会经济的快速发展，负荷密度的增大，中压配电网采用 10kV 电压等级难于满足现在供电的要求。本文主要就城市电网规划中20kv配电网接线模式进行研究，同时也探讨了 10kV 升压改造技术。

关键词:城市电网规划；20 kV电压等级；10kV电压等级

中图分类号：TU984 文献标识码：A

近年来，随着社会的不断进步，城市的不断发展，我国一些城市的负荷增长十分迅速，城市电网规划和建设的外部环境发生了较大变化，快速发展的城市电网在规划、建设环节也出现不少新的问题。再加上由于城网负荷密度及用电量的快速增长，如何提升现有城市电网的供电能力已是当务之急。而提高配电网电压等级是提升城市电网供电能力的最有效途径。而并且原有 10kV 配电网的局限性逐步显现，比如说不能满足密度较低的农村地区长距离送电的电压质量问题等。因此，20kV 电压必然是中压配电网的发展趋势，因为20kV 电压无论是高负荷密度地区还是低负荷密度地区，中压配电网采用 20kV 电压适应性较强。

1、20kV 电压等级的发展现状

我国中压电网目前仍然以10kV为主，基本上还能满足我国大部分地区地供电要求。但是随着我国经济社会和电力行业的快速发展，负荷密度不断增大，10kV中压配电网供电能力明显显示出不足，10kV中压配电网也越来越难于满足现在的供电要求。而在一些发达国家，逐渐以20kV电压等级为主作为中压配电网。但是这些国家的20kV电压等级发展也大多经历了一个较漫长的升压改造过程。比如法国，法国 EDF 是应用20kV的先驱，在20世纪70时年代，巴黎地区就开始应用了20kV电压等级，而且成功运行了几十年，这个系统成功应用被认为是具有远见地选择。而在我国，自上世纪 80 年代以来，国内电力系统的许多专家学者一直致力于 20kV 电压等级的相关理论研究和论证工作。20kV 列入国家标准经历了一系列发展过程（见表一 ）

表1我国20kV列入国家标准的发展过程 （注：1984~2007为例）

国外越来越多的国家和地区不采用 10kV 以下作为中压配电电压，逐渐从 10～15kV 向 20～25kV 升压，并以 20kV 作为中压配电网电压。而针对我国，局部升压就比较简单，而全面实施升压就相对比较困难。如果要进行大规模升压则要选择最佳时机，否则就难于进行升压改造。就目前我国提升中压配电电压是电网发展总体趋势，而政府支持和电价政策是重要推动力，在此过程，要注意充分利用现状资产，避免重复建设的同时，还要遵循两种典型升压方式，即全部新建和以点及面，逐步扩张，逐步蚕食的方式。

我国研究与采用 20kV 作为中压配电网的时间较短，理论知识和运行经验也少，采用20kV 电压时，还有相关技术没有充分得到解决，比如20kV配电网接线模式问题。而配电网在电力系统中是直接或降压后将电能送到用户环节的，配电网在整个电力系统中的定界如图1。因此，为了实现电网的安全、经济运行，并达到接线模式的标准化、统一化要求，有必要对配电网规划时目标年网架所采用的接线模式进行分析，尤其是20kV配电网接线模式可靠性分析。

2、20kV配电网接线模式可靠性分析

2.1、配网接线模式选择

目前，在国外配网接线模式较多，但是可以直接借鉴的并不多。这是因为这些配网接线模式是依据20kV的特点，结合本国国情及当地的人口分布来布置的。比如：美国针对负荷密度相对均匀而采用4*6接线模式，而新加坡和法国配网接线模式，前者比较适合闭环运行的地区，后者比较适合高负荷密度的地区。而我国，所面对的国情与国策，都与西方国家有较大差别。因此，针对我国的配网接线模式选择，既要实现该地区的短期目标的实现，同时还要满足长远战略发展的需求。为了能更好的探讨20kV配电网接线模式，结合我国目前的战略，现就以某县显著的农网特点为例。该县以农村架空方式为主，负荷以农村居民的分散用户和各乡镇的企业点负荷为主，这也是我国目前最主要的人口分布状况，而针对这一状况，所以选择类似于日本的配电网接线模式，即多分段多联络方式（东京电网3分段4连接接线模式见图1）：

为了解决在分支线上的故障隔离，该县20kV配电网接线模式通过配电自动化实现故障隔离，从而提高主干网的供电可靠性，远景电网对大分支线实现联络。20 kV接线模式见图3。图中K1—K8为分段开关(包含重合器)；D1—D6。为跌落式熔断器；R1—R4为联络开关(常开)；P1—P6为负荷点。

图320kV接线模式

在配网接线模式选择中，还要注重对低压开关站数量的计算、高压变电站数量的计算及变电站供电半径估算。

2.1.1、估算低压开关站数量方法：

根据该县在规划区域内负荷分配比例、接线方式以及进线型号已知的情况下，可求得开关站的数量，计算公式如下所示：

（式1）

注：式中 S 为变电站经济容量，α为区域负荷分配比例，Sk为单个开关站的总容量，β为利用率。

2.1.2、估算高压变电站数量方法

该县在配网规划中，预测得出区域的负荷，区域所需的 110kV 变个数为 Ns ，计算公式如下：

（式2）

注：S 表示单座变电站的总容量；ceil{}为向上取整；L 表示区域负荷预测值；β 表示容载比。由式2可知，该县在其他条件不变的情况下，配电网采用 20kV 电压时，新建的变电站采用的变压器容量更大，这样 110kV 变电站的数量将减少，可以在多出来的规划站址新建 20kV 中压开闭所，这样中压配电网 20kV 出线间隔更加充足，网络接线得到了优化。

2.2.3、变电站供电半径估算方法

根据图2可知，变电站的供电区域为圆形，变电站置于圆心，可根据以下公式计算平均供电半径R。

（式3）；（式4）

由式3、式4可知：

（式5）

注：Nb为供电区上变电站的平均个数；A为供电区面积；S为变电站的供电容量；KC为区域容载比；nb为单位供电面积上变电站的个数；σ为平均负荷密度即单位供电面积内有功计算负荷；A为供电区面积。

2.2、可靠性计算方法

目前，评估该县配电网供电可靠性的主要指标有：用户停电频率、每次停电持续时间、用户平均年停运时间及供电可靠率等。配电自动化投运后，将缩短停电持续时间、用户平均年停运时间，从而提高供电可靠率。

2.2.1、系统供电可靠率

供电可靠率是指在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，记为：Rx：

2.2.2、系统平均停运率

设系统元件i设备故障停运率为( 次l年) ，设备检修停运率为 ( 次 l 年) ，系统平均停运率为；即

（式7）

2.2.3、系统平均年停运时间

（式8）

式中，和——元件i的平均故障修复时间（h/次）及平均检修持续时间（h/次）

中压配电网接线模式分析

一般情况下，城市的配电网由架空线和电缆线混合组成。但考虑到网架发展的总体趋势是辐射向环网接线过渡，架空向电缆线路过渡。中压配电网架空线接线模式，建设方便，投资比较小，主要应用于经济发展水平一般、负荷密度比较低的城区以及城郊。这种模式在我国应用比较广泛，在一般的城市以及广大农村地区均采用架空线路。而中压配电网电缆接线模式，在经济比较发达%、负荷密度较大、供电可靠性要求较高的区域，考虑到架空线对市容的影响以及供电能力不足等因素，在经济条件允许的情况下，一般采用电缆供电。相比之下，电缆的可靠性要比架空线高。因此，针对不同地区的经济发展情况，采用不同的中压配电网接线模式，要因地制宜，不能盲目的去采用电网接线模式。另外，在做城市电网规划时，中压网架建设初期就应参照目标年网架一次建设完毕，避免以后的重复建设。

结束语

当前，城市电网规划和建设中出现了许多新的问题，这些问题在发展迅速的城市中更加突出。在充分结合城市的发展与规划，将变电站与输电线路规划统一考虑、统筹规划。同时加快20kV配电网的建设，并且加大对20kV配电网接线模式的研究，从而确保电网内部结构更合理，满足城市电网规划的可持续性发展。

参考文献：

[1]孙立峰.城市电网规划中10kV配电网接线模式研究[J].电力科学与工程,2009,12:69-72.

[2]刘丽伟.20kV配电网的规划及其在大连长兴岛地区的应用[D].大连理工大学,2013.

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