中压配电网电压序列优化改造及应用

朱重希

（浙江省嘉兴桐乡市供电局，浙江 桐乡 314500）

1 引言

电压序列就是电压等级的排列。电压序列优化就是把各个电压等级进行整合。中压配电网是高压输电网和亿万终端用户之间的桥梁，目前我国中压配电网主要采用的是10kV和35kV两个电压等级，其中最多的是10kV配电网络。2008年，国家电网公司将20kV电压等级纳入了电网系统输配电序列。当前，对中压配电网电压序列优化改造已迫在眉睫。桐乡市为浙江省惟一一个全境改造的县，桐乡市供电局肩负着重大的改造任务。基于此，本文结合桐乡市供电局中压配电网改造的经验进行探讨。

2 改造的意义

2.1 经济效益

（1）节约损耗。10kV升压至20kV后，电压上升一倍，电流下降一倍，而线路损耗下降至原来的1/4。

所以，在相同线路输送相同的功率时，线路损耗 Δp与电压成反比。

单就桐乡市来讲，按2009年电量计算，约有1.27亿kW·h的损耗，改造后可下降到约0.95亿kW·h损耗，这意味着可以减少大量的煤耗（炭排放），起到了节能减排的良好作用。

（2）节约土地资源。近年来，桐乡市的用电需求急剧增长， 2010年的负荷较2000年增加了5倍。改造前，10kV线路有400多条，分布密度为8.6km/ km2。根据规划，到2030年负荷将达到饱和状态，最高负荷约为300万kW。若仍以10kW为配网供电电压，到时将需新增110kV变电所26座，10kV线路分布密度将达13.8km/km2。

而采用 20kV供电后，若满足相同的电压损失限值，在输送容量增加1倍的情况下，其供电半径还可以再扩大1倍。

这样以来，根据计划，到2012年的电源布点完成后，现有的 10kV线路升压改造后即能满足用电的需求。如果计算上线路的通道的话，可节约土地约10km2。

2.2 社会效益

（1）供电方式灵活、可靠性提高。改造前，客户用电容量大于2000kVA后，就要架设专线供电。采用20kV供电后，增加了供电容量。

在原来线路导线线径不变的情况下，导线在环境条件下的持续载流量I20=I10，这样使供电容量增加1倍，用户的用电容量在6000kVA后才需要架设专线。从而，降低了用户的用电投资成本。同时，供电的可靠性有了很大提高，得到了用户认可。

（2）电价降低，让用户满意。

采用 20kV供电后，除居民生活用电外，其他四大类用电客户（大工业、一般工商业、非工业、农业）均下降了2分钱，这样用户的电费支出下降，生产成本也下降了，提高了企业的竞争力，客户更加实惠、满意。

3 电压序列的优化及网架结构改造

3.1 电压序列的优化

根据论证，中压配电网电压序列优化方案是将10kV升压为20kV，逐步取消35kV电压等级。最终就是取消35kV与10kV两个电压等级，合并成20kV一个电压等级。

3.2 网架结构改造

桐乡市原来的的电网通过双电源手拉手建设，保证线路之间的联络供电。在10kV供电时，由于供电能力的限制（线路已重载、超载），即使在联络后，线路末端的用户用电也得不到保证。如图1所示。

改造后的供电方案是：采用 20kV供电改造，在原有网架结构的基础上，再加装分断开关，这样，以后的线路检修就可以分段进行，同时，大大提高了用户的供电可靠性。如图2所示。

图1 双电源手拉手供电方式

图2 加装分断开关的改造方案

根据文献[1]的计算结论，双电源手拉手环网（电缆）接线方式其供电半径与线路最优分段数的对应关系如表1所示。

表1 双电源手拉手环网接线供电半径与线路最优分段数的对应关系

基于此，结合桐乡市手拉手环网接线方式的实际情况，按照等距离、等负荷、等用户的原则，对20kV线路进行分段，因为平均每条线路长度不大于3.6km，线路分段平均2～3段/条。

4 设备的改造

改造前，中压电网均以中置柜为主。为了降低用户的改造投资，改造中进行了重新的设计，包含了环网柜（负荷开关柜、真空断路器柜）供电方式、中置柜供电等方式。

4.1 总体改造措施

对设备的改造，经过论证和试验，按照表2所示的措施完成。

4.2 变压器的等容量升压改造

通过更换高压线圈、高压套管、主绝缘材料等措施实现10kV配变的等容量升压改造。

表2 设备改造的总体措施

①更换高压线圈，且线圈间采用新绝缘材料，以增加线圈间的空间，减少绝缘材料数量；线圈的端绝缘采用阶梯况结构设计，用以增加线圈之间的绝缘距离。

②增加高低压线圈间纸筒的高度来增加爬距。

③更换分接开关，满足20kV等级的要求。

④套管采用全绝缘连接组件方式，以解决套管间距离可能不够的问题。

⑤高低压线圈端部增加正反双向小角环，高低压线圈做角环，这样在不增加距离的情况下，减小了高低压之间的电场强度，使高低压之间不会产生爬电现象，提高了变压器的主绝缘。

⑥在线圈外径包上新绝缘材料，降低线圈离油箱之间的电场强度，满足主绝缘的要求，

⑦更换绝缘油。

4.3 GAE环网柜的改造

（1）负荷开关柜(K柜) 的改造

1）带电显示器及电压传感器为 10kV/20kV通用，不需要调换。

2）调换避雷器。

3）调换电缆头附件。不管采用新电缆或是原电缆升压运行，原电缆头附件均需更换。

4）改造不调整原CT变比；若原CT有缺陷，则应更换所有CT，CT的型号、变比同原安装CT；在增加 CT的情况下，需增加的二次接线及二次端子。其中二次线应从CT到柜内端子再到电流表。

5）如果开关柜原来为电动操作的，操作电压为DC 24V。已满足要求，不需更换；如果原开关柜为手动操作，则需加装电动操作机构。

（2）负荷开关－熔断器组合单元（TS单元）

调换熔断器，由原SFLDJ-12改为SFLDJ-24，安装在熔断器室。其他改造内容同负荷开关柜(K柜)的改造。

4.4 中置柜的改造

用户侧存在大量KYN系列型的12kV金属封闭移开式开关设备，针对这种柜子作以下改造：

（1）对柜子进行灰尘清除，对紧固件进行检查处理。

（2）去除接触面处的氧化层，先用酒精清除，再用沙布的背面擦拭；检查各触头，清除污渍后涂上中性工业用凡士林。

（3）检查各导电部件上有无尖角，进行圆角处理，尽量规整导体部件均匀电场。

（4）在空气净距≤180mm带电部件和导电部件之间安装厚度为 5mmSMC绝缘隔板。考虑到电场中不同介质的场强梯度，在安装时注意高压导体与该绝缘板间保持不小于45mm的空气间隙。安装SMC绝缘隔板位置主要有：①接地开关JN15相间及A、C相对地的壳体上；②电压互感器小车的电压互感器高压端相间及对地；③其他带电体间及到壳体间小于180mm以上者。

（5）KYN柜静触头盒更换成10kV大爬距；增大静触头至金属安装板的爬电距离，上下活门在原金属表面加封耐高压的热缩护套，保证断路器在试验位置时隔离断口间的及静触头对金属活门的耐压值。

（6）在安全距离达不到 180mm又无法安装SMC绝缘板的带电部件上安装高压绝缘护罩，如母线室的主母排、主母线与分支母线及搭接处、左右联络母排与分支母排及搭接处、电缆与母排搭接处。

4.5 电缆的改造

10kV电缆的升压改造，目前国家尚没有类似的标准，针对 8.7/15kV及以上绝缘水平的10kV电缆可以进行如下升压改造：

（1）经评估、试验确定可以升压的电缆线路，升压前应更换所有10kV电缆附件。改造后应进行有关绝缘耐压试验，且电缆升压线路应避免过负荷运行。

（2）对于整体更换的电缆线路，应按照 20kV电缆线路标准选用。

5 建议

（1）针对每一种改造，应抽样进行型式试验（包括例行试验(出厂试验)和现场试验），以确保改造方案的可行性。

（2）配网自动化的实施的发展，改造完后，设备应具有遥测（电流、电压、功率等）、遥控（进出线单元），遥信（负荷开关状态、地刀状态、熔断器状态等）回路，以方便今后配网自动化的实施。

（3）改造完后，至少环进、环出单元需具备电动操作功能，且操动电源要求为直流110V电源驱动。

（4）改造完后，设备电气参数应达到电源中性点经小电阻接地系统的 24kV环网柜的要求，同时必须通过现场试验的检验。

6 结论

中压配电网电压序列优化改造在桐乡市得到了实施，从而有效的降低了电网损耗，促进电力工业实现节能减排的目标。相信，未来其他地区也必将主网10kV升压至20kV，中压配电网电压序列优化改造将会成为成就绿色电网的一种非常重要的技术手段。

[1] 葛少云，张国良，申刚等.中压配电网各种接线模式的最优分段[J].电网技术,2006,30(4):87-91.