海岛地区实施20 kV配电网的思考

郑新龙，李世强

（舟山电力局，浙江 舟山 316000）

随着海岛社会和经济的飞速发展，用电量快速增长，特别是在人口密集区和开发区，负荷密度不断增加，以10 kV为主的中压配电系统供电能力明显不足，迫使变电站布点和出线回路数量增加，这不仅加大了建设投资，还导致了电能损耗的增加。国内外实践证明，局部采用20 kV配电网是可行的，能有效解决上述问题，宜积极开展论证和规划研究。

1 海岛地区电网的特点

1.1 海岛电网的一般性问题

部分海岛电网因孤立分散，经济效益与供电可靠性较差，设备陈旧、能耗大、成本高，影响了海岛的经济发展。

新建变电所选址困难，进线走廊用地困难、征地难、拆迁更难，规划变电所大多位于供区边缘地带，偏离负荷中心，导致供电半径过大。

变电所出线电缆管道、架空走廊有限，架空走廊和市政景观要求存在一定矛盾。

随着海岛电网的不断发展，部分节点10 kV短路容量超标，威胁系统可靠性。

1.2 开展20 kV配电网建设的条件和优势

（1）部分中压配网还不完善，特别是部分新兴开发区的10 kV网络非常薄弱，负荷规模较小，用户数量不多，网络亟需升级改造，适合进行20 kV网络建设。

（2）20 kV配电网的引入可以减少变电所数量，有效缓解变电所出线走廊紧张、电压等级匹配不合理等问题，加速淘汰35 kV电压等级。

（3）大中型用户的供电方案更加科学合理，优化中压网络布局，提高供电可靠性。整体上提高电网建设的经济性，以利于节能降耗。

2 实施20 kV配电网的优势

2.1 供电能力提高

10 kV供电半径短，损耗大，供电负荷小，负荷密度大时上述缺陷更为明显；20 kV供电半径较长，损耗小，供电负荷大。

在同样的供电半径条件下，应用相同截面的导线，20 kV线路的输送功率可比10 kV大1倍；在相同的负荷密度下，20 kV的供电半径约为10 kV供电半径的1.26倍，供电面积约为10 kV的1.6倍。

不同电压等级架空线路和电缆的供电距离及输送容量见表1、表2。

表1 架空线路供电距离及输送容量

表2 电缆线路供电距离及输送容量

2.2 网络损耗减小

假定电网升压前后输送功率不变，有功损耗可按式（1）计算。

20 kV与10 kV相比，在输送同样功率条件下，线路电流可降低50%，则线路电能损耗可降低75%。

3 20 kV配网实施的困难及策略

3.1 区块划分及建设原则

3.1.1 10 kV电网成熟区块

该类区块负荷增长趋于稳定。10 kV中压配电线路主要为电缆，目前已形成手拉手环网接线、开环运行的成熟配电系统，短时间内对其配电网进行大规模升压改造代价太大。

对该类区域的建设原则为：短期内电压等级暂维持10 kV不变，不对已成型的配电网作大规模改变，可采用增容改造等方式以适应负荷的增长。建议在电力设备达到寿命周期后再逐步引入20 kV电压等级。

3.1.2 中压配电网空白或薄弱区块

老城区外的新兴工业园区、开发区、居住区，其地块相对独立、完整，预测负荷密度大，地块内暂无变电站布点，配电网较薄弱。

对该类区域的建设原则为：全面推广应用20 kV电压等级，逐步发展壮大20 kV配电网络。

3.1.3 其余区块

除上述以外的区域，10 kV配电网已具备一定规模，但配电网结构已不能适应负荷发展，可划分为20 kV与10 kV混供区域。

建设原则为：在20 kV与10 kV混供区域，新报装用户原则采用20 kV接入、降压运行的模式，限制10 kV接入。在20 kV和10 kV共存期间，将运行寿命到期的10 kV设备逐步更换成20 kV，通过不断缩小10 kV配电网的供电区域，最终完成20 kV中压配电网的构建。

3.2 新建20 kV配电网的困难

实施20 kV配电网的最有利条件就是在规划110 kV降压变电站时就考虑采用20 kV电压等级供电，需要单独划出特定的区域进行20 kV供电，不与外部10 kV网络发生联系，这在实际电网中往往难以做到。

配电网过渡到20 kV电压等级的主要限制因素有：

（1）由于中压配电网起着承上启下的作用，因此在负荷密集区域引入20 kV电压等级时要对110 kV变电站主变压器和中压配电室进行更换改造，对中压配电网进行全面彻底的改造。

（2）配电网是电网的末端环节，要过渡到20 kV电压等级，必须对用电客户的设备资产进行改造，因此存在一定难度。

（3）一般海岛地区无20 kV电压等级建设运行经验，人员技术力量不足。虽然20 kV电压等级的配电技术已成熟，但仍有一些基础性的技术问题，如变电站中性点运行方式、配电变压器的接线方式等需要进行应用研究。

（4）由于多年来的建设改造，10 kV配电网已形成规模，10 kV用户较多且分布广泛，一次性彻底改造为20 kV配电网的难度较大，且周边区域没有可转供的20 kV电源，不可能将现有变电所全部停运进行改造。因此10 kV配电网过渡到20 kV配电网是一个长期的循序渐进的过程。

3.3 对策

3.3.1 已有变电站的主变压器逐台改造

对同一变电站的2台主变压器可逐台改造升压为20 kV，改造后主变压器采用110/20/10 kV电压序列，同时满足10 kV和20 kV用户的需求，通过10/20 kV联络变实现10 kV用户与20 kV用户的联网。改造步骤如图1所示。

3.3.2 新建站点改造

对目前的10 kV用户仍由10 kV系统供电，近期不做改造，待时机成熟后再改造成20 kV线路供电。对新用户全部由新建的110/20 kV变电站供电。改造步骤如图2所示。

3.3.3 线路改造实例

以10 kV丰行731线路为例，线路示意图见图3，分析线路改造的策略原则和实施步骤。

图3 某10 kV线路示意图

（1）策略原则

对线路进行最优分段，合理选择联络变，如表4所示，每段线路配变容量不宜大于2 500 kVA。

表4 配电容量和联络变容量

（2）实施步骤

先将第四段10 kV线路（图4中虚线部分）升压改造为20 kV，更换配电变压器13台，20 kVA和30 kVA配电变压器采用20 kV单相变。加装20/10 kV联络变1座，容量为630 kVA，与尚未改造的第三段线路连接。

第二步是升压第三段线路，因第三段线路的用户容量较大，可将第三段线路分为两段，逐段升压改造。先将第三段右半部10 kV线路（图5中虚线部分）升压为20 kV后再更换配电变压器，20 kVA和30 kVA配电变压器采用20 kV单相变。将20/10 kV联络变从第四段调整到第三段分段处，与未升压改造段线路连接。

图1 主变压器逐台改造升压

图2 新建站点改造

按此步骤对其他线路从右向左逐步升压改造，直至完毕。

图4 升压第四段线路

图5 升压第三段线路

4 结语

与10 kV配电网相比，20 kV配电网的投资低、网损小，实施配网改造适应性强，可以提高供电能力、扩大供电半径、减少线路走廊，在海岛配电网建设中具有明显优势，可以分区、分步实现20 kV坚强海岛电网的建设。

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