谈20kV电压等级在配电网中的应用

谈20kV电压等级在配电网中的应用

作者：厦门ABB电器控制设备有限公司 陈通 来源：输配电产品应用开关卷 总第80期

摘要：文章论述了城镇配电网电压等级推广采用20kV这一电压等级，逐步代替10kV电压等级，对两个电压等级的使用进行了经济、技术比较，以及如何选择中性点运行方式和如何选择设备。

关键词：20kV 电压等级

1． 概述

目前我国的中压配电网电压等级基本上为10kV以下的电压等级，包括3kV级、6.6kV级和10kV级，但随着经济的发展，生产、生活电气化程度的提高，地区负荷密度也随之上升，现在的配电网已经逐渐不能满足安全、稳定、经济的用电要求，为了满足不断增加的负荷，电力系统的电压也在不断地提高，这已经成为电力工业发展的规律。世界上一些国家的经验：城市用电增大后，由于原有配电电压等级不经济等原因，而采用对原有配电网进行升压改造。20kV电压等级在国际上出现其目的是为了提高一次配电电压，它的作用是取代10kV，直接向380V供电；同时取消35kV，直接从110kV取得电源，从而形成110/20/0.38kV的供电体系。

2． 20kV电压等级的优越性

（1） 增强供电能力

20kV电压等级与10kV电压等级相比，在同等导线截面积及电流密度的条件下，在输送相同电功率时，20kV有效供电半径可增加近1倍。如果供电半径不变，采用相同截面的导线，其输送功率可增加1倍。

（2） 降低电网损耗

在传送相同距离和相同功率电能的前提下，20kV电压等级的线路电流为10kV的50％，则线路的电能损耗为原先的25％。近几年我国电网的线损率呈逐年上升趋势，据有关部门分析，线损升高主要是10kV及以下配电网络的线损的增加。

（3） 降低建设费用

采用20kV电压等级，可以减少变电站配电出线回路数的一半，对负荷密集地区可以避免由于出线过多带来的通道路径困难等问题。在额定电流与短路电流分别相同的情况下，采用20kV比10kV可扩大变电站容量1倍，在同一地区可使设置降压变电站的数量减少一半。

推行110/20/0.38kV供电体系，取消35、10kV电压等级，虽然在同等距离、负荷和功率情况下，新建一座110kV变电站比新建一座35kV变电站多增加投资数百万元，但电能损耗减少近75％，并且保证了供电质量。

3． 国内外20kV电压等级供电推广及运行概况

在IEC标准电压中规定有24kV等级。将24kV电压等级列为国家标准国家有：美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大、德国、保加利亚、匈牙利等，在亚洲和拉丁美洲的19个国家中有12个采用24kV电压等级，如新加坡、马来西亚、泰国、印度尼西亚、韩国、巴西、阿根廷等。

早在60年代初期韩国城网的线损率高达29.4%，经采取提高输电电压、加强监测、防盗电等活动之后，并进一步采取提高一次配电电压的措施，将原有3.3、6.6kV配电线升高维22.9kV之后，线损降到了5.9%。新加坡、日本等城市也将电压升至20kV，并将低压线路采用单相三线制配电，目前线损已降到5.7%，这主要是因为20kV与10kV相比，其供电半径与容量几乎比后者增加一倍，降低了损耗和单位容量建设资金和维修费用。国外的技术经济比较均证明20kV方案比10kV方案优越。

在我国，20kV配电电压是以带括号的形式列入GB156-1993，并注明当用户需要时可以使用，目前，苏州新加坡工业园已采用20kV电缆网经小电阻接地的运行方式。采用20kV配电电压可以简化电网的变压层次，例如将110/35/10/0.38kV系列改造为110/20/0.38kV系列。苏州工业园区论证采用20kV配电电压，它比采用10kV配电的建设投资节约15.7%，比35、10kV配电节约27.2%；年运行费用分别节约16.39%和27.48%。采用20kV配电电压对一些大城市的高新开发区具有巨大经济意义。

辽宁省本溪市南芬地区是本溪市管辖的一个区，距市区约30km。南芬地区是本溪钢铁公司露天铁矿、选矿厂、机修厂所在地，其原有电网电压为3kV，容量超过15000kVA，从供电能力、供电距离及线路损耗等方面已经难以适应负荷发展的要求，在经过慎重调研、分析后，确定采用20kV电压等级对南芬地区电网进行改造。南芬二次变电所重建后于2003年3月27日投入运行，有6条20kV配电线路。该系统运行以来未发生单相接地故障，相间故障两次，均为线路过流三段动作保护跳闸，重合成功。其2台主变压器及199台配电变压器全部采用低损耗型，年减少损失23万kWh，线路减少损失396万kWh。两项合计创造效益2035万元，其社会效益更为可观。该项目于2003年12月23日通过了辽宁省科技厅组织的专家鉴定，鉴定委员会认为：该系统设计合理、规范，运行稳定、可靠，实用性强，增供降损效果明显，整体技术达到国内领先水平，具有广泛的推广应用前景。

4． 中性点运行方式的选择及设备选择。

（1） 中性点运行方式的选择：

我国城市配电网中性点一直以来大都采用不接地或经消弧线圈接地的运行方式，提高了城市配电网的供电可靠性。实践证明：这种运行方式对以架空线路为主的配电网是十分适宜的，因为架空线路发生故障后，可借助自动重合闸的功能，实再对用户的不间断供电。但对于电缆线路而言，情况就大不相同了，因为不论是发生单相或是相间故障，都必须停电查找故障点并进行检修，所以当电缆线路发生故障跳闸后一般是不允许重合闸的，主要是依靠环网或是双电源来保证对用户的不间断供电。

近几年来，城市配电网电缆线路的比例大幅度上升，使得系统的电容电流也大幅度增加，配电网中揩振过电压频繁出现，甚至导致电气设备绝缘损坏和避雷器爆炸等事故。所以过去一律采用的不接地或经消弧线圈接地的运行方式，已经不能满足电力工业发展的需要，尤其是城网中电缆线路大量增加，单相接地故障时电容电流很大时，给补偿工作带来困难，所以目前已经有些城市将部分配电网（包括10、20、35kV以电缆为主）中性点改为小电阻接地的运行方式。

所以，城网中性点采用不同接地方式时，应考虑对各方面的影响，如用户供电可靠性、通讯系统、人身安全、故障检修工作量和电气设备保护要求等。对这些问题都应该进行综合考虑，才能保证整个配电网的安全运行。

（2） 设备选择：

根据《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB/T11022-1999）中4.4.1节中的规定，当额定电压为24kV时，其隔离断口的额定短时工频耐压应为60kV，断口的额定雷电冲击耐压为145kV。目前ABB公司的一系列产品的技术参数均可满足该要求，并已经应用于实际运行的20kV线路中。以辽宁本溪的配电网改造为例，其20kV开关柜为金属铠装中置式开关柜，真空断路器为阿尔斯通生产的25kA断路器。线路上使用的柱上重合器、负荷开关、跌落开关均为ABB生产。真空重合器VR-3S的系统电压为27kV，额定电流为800A，短路开断电流为16kA（有效值）；负荷开关NXB为SF6型，额定电流电流为630A，短路关合电流为50kA，并同时具备手动和电动两种操作方式。

5． 结语

（1） 目前一些外资厂商或中外合资厂商已经引进了20kV电压等级的电气设备和配电装置，具备了20kV电压等级电气设备和装置的生产条件和能力，且已有产品供应，但这些设备的技术条件、绝缘水平、测试标准等均引用国外产品标准，还没有适应我国具体条件的相关标准。

（2） 解决城镇用电负荷高而造成的供电困难的出路，只能是提高中压配电网的电压等级。配电网选用20kV电压等级，具有较高的经济优势，并且在技术上也是合理的。对采用20kV电压等级应根据各个地区的具体情况，因地制宜，逐步实施。

6． 参考文献：

（1） 中华人民共和国国家标准。GB1984-2003高压交流断路器。

（2） 王世阁，崔广富，鲍利，赵景德。20kV供电系统在电网改造中的应用。

（3） 姜祥生。城网配电电压等级研究。