寧波梅山島20 k V配電網(wǎng)的建設(shè)方案

朱圣盼，金仁云

（寧波電業(yè)局 浙江 寧波 315200）

在電力網(wǎng)中，中壓配電網(wǎng)是連接上游高壓輸電網(wǎng)和廣大終端用戶的重要環(huán)節(jié)，它起著承上啟下的橋梁作用?，F(xiàn)階段我國中壓配電網(wǎng)主要采用10 kV的電壓等級，其適用于較低水平的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和較小的電力負(fù)荷密度[1]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷猛增，特別是在工業(yè)密集的新興工業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有的10 kV供電已經(jīng)不能滿足用戶需求，其供電能力不足、空間資源緊張以及網(wǎng)損較大等制約因素日益凸顯，因此，20 kV配電網(wǎng)就成了解決問題的有效措施。20 kV配電網(wǎng)在國外應(yīng)用的較多，且已有非常成熟的技術(shù)經(jīng)驗。俄羅斯20世紀(jì)初便有了20 kV電壓等級，1960年后，幾乎所有大城市都改成了20 kV等級；法國和德國自20世紀(jì)60年代初就開始使用20 kV配電網(wǎng)，運(yùn)行效果良好。我國20 kV供電電壓等級的提出可以追溯到1980年，1992年以推薦方式列入國家標(biāo)準(zhǔn)，但注明僅在用戶要求時才采用，國家電網(wǎng)公司于2004年在輸配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展及電壓等級優(yōu)化研究中提出“在新發(fā)展電網(wǎng)的地區(qū)宜不失時機(jī)地試點推行20 kV作為中壓配電電壓等級”，但直到2007年國家標(biāo)準(zhǔn)才將20 kV作為標(biāo)準(zhǔn)電壓等級[2]，2007年江蘇省開始試點推廣20 kV配電。目前，全國范圍內(nèi)考慮采用20 kV作為中壓配電電壓等級的地區(qū)層出不窮[3-5]。

海島地區(qū)尤其是部分孤立分散海島的配電網(wǎng)受自身特點的限制，部分節(jié)點10 kV短路容量超標(biāo)，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)可靠性[6]。本文在結(jié)合寧波梅山島電網(wǎng)實際的基礎(chǔ)上，分析了梅山島配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級的優(yōu)點，并針對梅山島的實際情況做了深入分析，可作為電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的參考。

1 20 k V配電網(wǎng)的優(yōu)越性

當(dāng)電壓等級由10 kV提高到20 kV后，電網(wǎng)供電能力、供電距離及損耗等指標(biāo)均有提高與改善，具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性[7]：

1）在線路導(dǎo)線線徑不變的情況下，線路輸送能力提高1倍；

2）配送同樣功率的電力，所需要的出線數(shù)目將減少一半，對線路走廊的要求將有較大幅度的降低；

3）允許電壓損失相同、輸送負(fù)荷電流保持不變的情況下，供電半徑可增加1倍，輸送負(fù)荷功率保持不變的情況下，供電半徑可增加3倍，電網(wǎng)輻射范圍更廣；

4）相同距離內(nèi)傳輸相同的功率，線路壓降與電能損失明顯減小，減小至25%；

5）20 kV設(shè)備的價格雖是10 kV設(shè)備的1.1～1.2倍。但按容量考慮，除配電變壓器外，其他設(shè)備的每千伏安價格，20 kV要比10 kV的低。

2 梅山島的現(xiàn)狀電網(wǎng)

寧波梅山島保稅港區(qū)成立于2008年02月，北靠寧波四期碼頭，西扼象山港，東臨舟山佛渡島、六橫島。梅山島現(xiàn)狀電網(wǎng)只有35 kV箱式變1座，10 kV出線4回且均為架空線，夏季負(fù)荷0.43萬kW。梅山島規(guī)劃目標(biāo)年空間負(fù)荷在21.34～25.43萬kW之間，平均負(fù)荷密度為0.87～1.04萬kW/km2，其中負(fù)荷分布較為集中的梅山島東部沿海地帶 （增值服務(wù)區(qū)）平均負(fù)荷密度接近2萬kW/km2。梅山島保稅港區(qū)作為新興工業(yè)功能區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力負(fù)荷密度的增大，10kV配電網(wǎng)供電的局限性開始表現(xiàn)出來，缺點也越來越突出。為更好的滿足梅山島保稅港區(qū)的功能定位和要求，實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃與港區(qū)規(guī)劃的匹配，有必要跳出10 kV配電網(wǎng)電壓等級的局限性，而采用20 kV配電網(wǎng)電壓等級，以更好的滿足其負(fù)荷、供電可靠性、電壓質(zhì)量等各方面需求。

3 梅山島配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級優(yōu)勢分析

梅山島配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級，除了常規(guī)優(yōu)勢外，還具有如下優(yōu)勢：

1）升壓改造對現(xiàn)有電網(wǎng)的影響較小。目前，20 kV電網(wǎng)的建設(shè)分兩類：一類是10 kV配電網(wǎng)成熟區(qū)域，20 kV電網(wǎng)是在原有10 kV電網(wǎng)基礎(chǔ)上升壓改造而來，通過大范圍建設(shè)與改造直接將電網(wǎng)升壓至20 kV；另一類是10 kV配電網(wǎng)空白或薄弱區(qū)域，先在一些新開發(fā)地區(qū)建全新20 kV電網(wǎng)，再以該地區(qū)為起點逐步將20 kV電網(wǎng)延伸與拓展。梅山島現(xiàn)狀供電資源薄弱，可不用太多的考慮現(xiàn)狀電網(wǎng)的供電情況以及存量資產(chǎn)的影響。

2）20 kV電壓等級適用于梅山島建設(shè)的始終。梅山島的建設(shè)是一個長期的過程。在建設(shè)初期，電源點較少，采用20 kV電壓等級在增加中壓線路的傳輸容量、擴(kuò)大供電半徑、提高電壓質(zhì)量等方面優(yōu)勢明顯；在梅山島發(fā)展成熟以后，地區(qū)負(fù)荷密度較大，單體用戶用電需求高，用地比較緊張，采用20 kV電壓等級供電可以減少變電站的密度，節(jié)省線路走廊和管線資源。故在梅山島建設(shè)的初期直至成熟，采用20 kV電壓等級供電都有較大優(yōu)勢。

4 20 kV配電網(wǎng)建設(shè)方案

4.1 升壓改造的總體原則

根據(jù)梅山島的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、電網(wǎng)實際情況以及負(fù)荷發(fā)展情況，參考國內(nèi)外20 kV配電網(wǎng)改造經(jīng)驗，制定20 kV配電網(wǎng)升壓改造的總體原則。

1）必須清醒地認(rèn)識到升壓改造是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)制定發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，在統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下有序開展工作；

2）原有線路和設(shè)備均按正常壽命周期使用，如用戶自身沒有增容改造需求，不強(qiáng)制性進(jìn)行升壓改造，升壓換下但未達(dá)到壽命周期的10 kV設(shè)備可再次使用，最大限度地利用原有10 kV存量資產(chǎn)，充分保護(hù)供電企業(yè)和用戶的利益；

3）原10 kV供電區(qū)域內(nèi)所有新建線路和設(shè)備以及使用壽命到期的10 kV設(shè)備，都按20 kV標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)和更換，采用降壓運(yùn)行模式，待條件成熟時再升壓到20 kV；

4）新開發(fā)區(qū)域統(tǒng)一采用20 kV供電方式，原則上不再拓展新的10 kV供電區(qū)域，以保證最終能夠全面實施20 kV供電方式；

5）20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)須得到政府部門的支持，相關(guān)的建設(shè)方案應(yīng)及時納入城市改造和建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃當(dāng)中。

4.2 升壓改造期間主要設(shè)備的選型

中壓配電網(wǎng)設(shè)備類型主要包括主變壓器、配電變壓器、開關(guān)、線路、環(huán)網(wǎng)柜、熔斷器及電壓互感器等[8]。在改造期間，除雙電壓三相變壓器、20 kV/10 kV聯(lián)絡(luò)變壓器、帶抽頭電壓互感器外，電纜、導(dǎo)線、開關(guān)等設(shè)備均直接按20 kV標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，從而達(dá)到在改造過程中節(jié)省投資、平穩(wěn)過渡的目的。

4.2.1 雙電壓三相配電變壓器

升壓改造過程必定是個長期的過程，在這一過程中，新用戶有可能暫時使用10 kV配變，不久后使用20 kV配變，為避免現(xiàn)在投資的變壓器在日后遭淘汰，造成資源的極大浪費。最好的方法是采用10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器。目前，10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器主要有油浸式雙電壓配變和環(huán)氧樹脂干式雙電壓配變兩種。

1）油浸式雙電壓配電變壓器

國內(nèi)目前所生產(chǎn)的油浸式10 kV/20 kV雙電壓配電變壓器為S11-M型，容量范圍在50~2 500 kVA。10 kV與20 kV轉(zhuǎn)換后聯(lián)接組別不變，分接電壓不變。該系列變壓器的主要優(yōu)點有：變壓器繞組安匝排列合理，抗短路能力強(qiáng)；兩種電壓運(yùn)行狀態(tài)下無閑置匝數(shù)，變壓器負(fù)載損耗低；只需轉(zhuǎn)換設(shè)置在箱蓋上的兩個位置開關(guān)就能完成電壓轉(zhuǎn)換，使用方便。

2）環(huán)氧樹脂干式雙電壓配電變壓器

國內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂干式雙電壓配電變壓器有SDC（B）系列，容量范圍在400~3150 kVA。高壓繞組為結(jié)構(gòu)相同的兩部分，進(jìn)、出線端子引到高壓線圈外部，串聯(lián)時作為20 kV級、并聯(lián)時作為10 kV級配電變壓器使用。該系列變壓器具有低噪聲、低損耗、體積小、操作方便等性能。

4.2.2 20 k V/10 kV聯(lián)絡(luò)變壓器

在升壓改造過程中，10 kV和20 kV配電網(wǎng)勢必會共存，10 kV配電網(wǎng)和20 kV配電網(wǎng)需互聯(lián)，以便在緊急情況下進(jìn)行相互轉(zhuǎn)供操作。行之有效的方法是采用20 kV/10 kV聯(lián)絡(luò)變壓器將10 kV和20 kV配電網(wǎng)互聯(lián)，從而減少線路上的損耗，提高經(jīng)濟(jì)性。聯(lián)絡(luò)變壓器自身具有主接線簡單、占地面積小等優(yōu)點。

4.2.3 帶抽頭電壓互感器

在升壓改造過程中，使用帶抽頭電壓互感器能極大的提高利用率。國內(nèi)生產(chǎn)的同時適用于10 kV和20 kV配電網(wǎng)的電壓互感器有JDZX系列，該系列產(chǎn)品為全封閉結(jié)構(gòu)，所有繞組完全澆注在環(huán)氧樹脂中，具有體積小、重量輕等優(yōu)點，其二次側(cè)帶中間抽頭，通過二次抽頭改變一、二次電壓比。

4.3 改造期間的供電方式

4.3.1 改造前期的供電方式

具有20 kV出線間隔的高壓電源點尚未建成前稱為改造前期，改造前期的供電方式示意圖如圖1所示，為使新用戶能夠直接采用20 kV配電網(wǎng)供電，對35 kV梅山變的4個備用出線間隔進(jìn)行升壓改造，從而為供電區(qū)域提供20 kV電源。為保證供電可靠性，梅山變I、II段10 kV出線都進(jìn)行改造，形成聯(lián)絡(luò)，便于實現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

圖1 改造前期的供電方式Fig.1 Power supply mode in the prophase period of the reformation

4.3.2 改造中后期的供電方式

從建成第一個具有20 kV出線間隔的高壓電源點至升壓改造全部完成稱為改造中后期，主要任務(wù)是實現(xiàn)10 kV電網(wǎng)的完全退出，建成一個供電能力強(qiáng)、供電可靠性高的20 kV電網(wǎng)。改造中后期的供電方式如圖2所示，其將經(jīng)歷雙射和單環(huán)、同一電源點雙環(huán)以及不同電源點雙環(huán)3個階段。改造中期由雙射和單環(huán)及同一電源點雙環(huán)兩個階段構(gòu)成，當(dāng)具有20 kV出線間隔的高壓電源點建成后，首先采用雙射或單環(huán)方式構(gòu)建起具有一定供電能力的20 kV中壓配電網(wǎng)，然后通過聯(lián)絡(luò)進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的供電可靠性和供電能力，最終形成全面覆蓋的20 kV中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架。

圖2 改造中后期的供電方式Fig.2 Power supply mode in the middle and later periods of the reformation

考慮到梅山島20 kV電網(wǎng)電源點相對較少，部分區(qū)域環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可能相對簡單，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活性不高。因此，為保障用戶供電可靠性，可采用開閉所的形式來實現(xiàn)目標(biāo)網(wǎng)架。在兩座不同電源點間預(yù)留部分20 kV聯(lián)絡(luò)線路，在主供電源點退出運(yùn)行時，由聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供重要負(fù)荷，實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不發(fā)生重大改變時，短時內(nèi)轉(zhuǎn)移區(qū)域重要負(fù)荷。

4.3.3 10 kV與20 kV配電網(wǎng)的共存

在20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)工程中，現(xiàn)有10 kV用戶的升壓改造不能同步完成；此外，隨著10 kV配電網(wǎng)的逐漸削弱，使得原有的10 kV線路不再具備環(huán)網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行的形式。為使現(xiàn)有10 kV用戶的供電不受影響并保證供電可靠性，提出了10 kV與20 kV配電網(wǎng)的共存方式，如圖3所示。在共存區(qū)采用20 kV/10 kV聯(lián)絡(luò)變壓器，新用戶直接接入20 kV配電系統(tǒng)，10 kV用戶經(jīng)過升壓改造逐步接入20 kV配電系統(tǒng)。當(dāng)10 kV用戶完全具備升壓改造條件后，聯(lián)絡(luò)變壓器即可退出運(yùn)行。該方式有利于充分利用原有資源，緩解20 kV配電網(wǎng)建設(shè)與原10 kV用戶供電的矛盾。

圖3 10kV與20kV配電網(wǎng)的共存方式Fig.3 Coexistence of 10kV and 20kV distribution networks

4.4 升壓改造的配合政策

升壓改造過程中，對需要改造的線路和設(shè)備進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證和安全可靠性評估，確定改造時機(jī)和改造方案，供電部門還要認(rèn)真做好宣傳工作，讓用戶充分認(rèn)識到20 kV電壓的優(yōu)勢所在[9]。無論是改造時機(jī)的選擇，還是改造方案的制定，都要充分考慮用戶的利益，讓用戶成為升壓改造的助推器。只有在原10 kV用戶的報裝容量發(fā)生變化，或10 kV用戶側(cè)設(shè)備的運(yùn)行時間達(dá)到規(guī)定年限時，才對原有10 kV設(shè)備實施升壓改造。升壓改造是一項長期艱巨的工程，必須結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用戶對供電需求的新變化，對改造方案進(jìn)行反復(fù)論證，避免重復(fù)建設(shè)；隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，在改造方案的制定中，要減少升壓改造帶來的電磁污染和噪聲污染，還應(yīng)使線路和設(shè)備與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)以滿足美觀要求。升壓改造完成后，須對電價問題、用戶接入問題等方面的政策進(jìn)行長期的追蹤調(diào)查，力爭達(dá)到供電企業(yè)和客戶的雙贏，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展。

5 結(jié) 論

寧波梅山島的實例表明，中壓配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級在社會資源方面比10 kV電壓等級有很大優(yōu)勢，所提出的建設(shè)方案充分考慮到梅山島電網(wǎng)的實際情況，保證了供電可靠性，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的雙重最優(yōu)。從分析可知：在土地資源日益緊缺的新興工業(yè)區(qū)，可以不失時機(jī)地建設(shè)和發(fā)展20 kV配電網(wǎng)，但在10 kV供電成熟區(qū)要合理利用好現(xiàn)有10 kV設(shè)備，應(yīng)分區(qū)、分步向20 kV過渡。

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