合肥KV電壓配電項目可行性初探鴻業(yè)科技

1、合肥市 20KV 電壓配電項目可行性初探 李迪明作者簡介：合肥市規(guī)劃局，工程師電力網(wǎng)中，配電網(wǎng)擔負著承上啟下的重要作用。發(fā)電廠生產(chǎn)的大量電能以 高壓大功率的形式通過輸電網(wǎng)輸送到各負荷中心，必須經(jīng)配電網(wǎng)再傳輸、分配，以最適當?shù)碾妷旱燃壿斔偷接脩糁?。配電網(wǎng)作為輸電網(wǎng)與電力用戶之間的橋 梁，其結(jié)構(gòu)和變電層次是否合理， 關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)能否安全、可靠、經(jīng)濟運行。目前我市所采用的 220 110100.4 和 220110350.4 兩種變電層次的配 電網(wǎng)無法完全滿足現(xiàn)狀及規(guī)劃城市用電負荷需求， 因此，開展對城市新的配電 網(wǎng)電壓層次研究，尋找輸送容量更高、輸變電網(wǎng)絡(luò)更優(yōu)、工程造價更經(jīng)濟、與 現(xiàn)狀城市電網(wǎng)結(jié)

2、合更好的替代性配電網(wǎng)電壓層次的工作，已成為目前我市所必 需開展研究的課題。在這樣的情況下， 將 220 110100.4 電壓層次升為 22011020 0.4 電壓層次，是解決中壓配電容量不足， 提高供電可靠性， 滿足用戶用電需求的 好方法。二國內(nèi)外 20 KV 配電電壓等級的發(fā)展現(xiàn)狀相關(guān)資料表明，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，負荷的增長，為了尋求最低支出和最高經(jīng)營利潤，美國早在 1948 年就部分采用了 20.8-24.9 KV 電壓；法國和德國在 20 世紀 60 年代初開始發(fā)展 20 KV 電壓等級； 80%的歐洲國家，如意大利、奧 地利、保加利亞、波蘭等，中壓配電均采用 2025 KV;同期，前蘇

3、聯(lián)幾乎將 所有大城市的 10 KV 改造成 20 KV。目前，在 14 個亞洲國家和地區(qū)中， 已有 9 個采用 20 KV 作為中壓配電電壓等級。 在國內(nèi)， 早在 1996年，蘇州電力公 司已經(jīng)在占地面積約 70km2 的中新工業(yè)園區(qū)采用了 20KV 電壓等級供電，目前 已發(fā)展到有 1 座 220KV、3 座 110KV 變電站向園區(qū)提供 20KV 電源。三20 KV 配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性與可行性1 合肥市配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀合肥市配電網(wǎng)目前主要采用 220110100.4KV 四級變電層次，這種變 電層次在過去二、 三十年我國經(jīng)濟由弱至強逐步發(fā)展的時期為電力供應(yīng)提供了 有力的保障。但是，隨著我國工業(yè)

4、化進程的加快以及城市規(guī)劃區(qū)范圍不斷拓展， 現(xiàn)狀老城區(qū)內(nèi)用地日益緊張， 城市各新增組團間距不斷擴大， 導(dǎo)致電力需求旺 盛、負荷增長迅速且分布相對集中，導(dǎo)致區(qū)域負荷密度很高，采用10KV 供電的局限性日趨突出。主要表現(xiàn)在：（1） 由于 110/10KV 變電容量及 10KV 配出負荷有限，在負荷集中區(qū)域所 需的變電站數(shù)量增長很快， 但新建站址選址、 征地困難， 線行進出供電線路通 道難以落實，導(dǎo)致 10KV的電源點建設(shè)不足，變電容載比小，許多 110KV 站 不滿足 N-1 要求（即在變電所內(nèi)任何設(shè)備在停運一臺的情況下，不影響正常供電 ）；（2） 110KV 變電站供電半徑越來越小，布點密度過大；

5、（3） 10KV 通道擁擠，難以新建線路，導(dǎo)致部分已有 10kV 線路負載過重， 雖有環(huán)網(wǎng)或聯(lián)絡(luò)，但實際上并不能滿足事故情況下轉(zhuǎn)供負荷的要求，從而達不 到事故備用的目的，供電可靠性低；（4）大量 10KV 架空線路供電半徑較長，線路末端電壓偏低，線損較大，可輸送容量較小，導(dǎo)致出線回路數(shù)增多。（ 5）設(shè)備負載重，網(wǎng)損增高，供電電壓質(zhì)量難以保障；（6）難以滿足高層 建筑特別是大型地塊開發(fā)所配套的賓館、 酒店、商場、商務(wù)辦公樓的供電需求。因此，10KV 配電電壓已越來越不適應(yīng)電力負荷增長的要求，儼然己成為電 網(wǎng)功率傳送的瓶頸電壓層， 且日益加劇配變電設(shè)備急速增長與城市用地緊張之間的矛盾，給配網(wǎng)建設(shè)帶

6、來巨大困難。為解決高負荷密度地區(qū)10kV 配電網(wǎng)輸送容量小、供電半徑短、損耗大、占用大量線行等問題，有必要提高中壓配電 網(wǎng)的電壓等級。2 在濱湖新區(qū)進行 20KV 配電網(wǎng)試點的可行性目前，10KV 配電的局限性已經(jīng)我市現(xiàn)有城區(qū)的配電網(wǎng)中逐漸顯現(xiàn)出來，隨著電力負荷密度的進一步提高，出現(xiàn)類似問題的電網(wǎng)范圍將會越來越大，矛盾 也會更加突出。濱湖新區(qū)是我市“ 141”城市格局中重要的城市組團之一，按 照已核定的規(guī)劃建設(shè)規(guī)模，濱湖新區(qū)平均容積率已達到 2.53.0,現(xiàn)狀采用 220 110100.4KV 變壓層次供電能力不足的問題日益凸顯。如采用220110/20/ 0.4KV 變壓層次供電將可在以下幾

7、個方面有效解決上述矛盾：（1） 110/20 單臺變壓器可選擇更大容量,有利于減少變電站布點；（2） 在導(dǎo)線相同的條件下, 20KV 線路可輸送的容量高于 10KV 線路約一 倍,可有效減少中壓配電線路的出線回路數(shù)；（3） 在輸送容量相同的條件下, 20KV 線路負載電流更小,單位長度的壓 降更小、 損耗更低,有利于保障供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益。四供電能力比較1 供電能力比較供電容量數(shù)值可以通過以下公式計算：配電容量： S=31/2UNIj式中 UN-中壓配電網(wǎng)額定電壓；Ij-線路導(dǎo)線在環(huán)境條件下的持續(xù)載流量。當 20 kV 取代 10 kV 中壓配電電壓，原來線路導(dǎo)線線徑不變，則“S20/

8、S10=(31/2X20X|j)/( 31/2x10X|j)=2”2 電網(wǎng)的電能損耗比較根據(jù)以下電壓損失計算公式如下：電壓損失百分數(shù) (%)為:U%=(PR+QX)/U2NX100%式中 R、X-配電線路的參數(shù)；P、Q-配電線路的有功、無功功率。20 KV 與 10 KV 電壓損失比為 :U20%/ 山 10%= U210 (P20R+Q20X) / U220 ( P10R+Q10X)在負荷不變的情況下 : U20%/ U10%=1/4在負荷升高 1 倍時： U20%/ U10%=1/23 中壓配電網(wǎng)的供電半徑比較根據(jù)以下公式可知： U% U2N= PR+QX二31/2RUN Ij cos +

9、31/2XUN Ij sin L可得供電半徑 :L= U% UN /31/2 Ij(R+XtgcOs) 通過計算可得出以下負荷半徑與負荷密度的關(guān)系圖：圖 1 允許負荷半徑與負荷密度的關(guān)系4降低線損比較功率損耗技術(shù)方法為：由AP=3I2R 可推導(dǎo)出 匸 P/(31/2 UN cos 妨 貝佔=P2R/( U2N cos2 5 供電能力比較結(jié)論表 1 三種配電電壓供電半徑比較表配電電壓負荷密度供電半徑干線線損供電面積供電負荷(KV(KW/KM)(KM率(%(K)(KW1010.94.1968.6686209.63.6953.2106410408.33.1939.81591807.02.6928.3

10、22631019.03.67210.621062016.63.1915902.69113.242268011.72.2579.063231029.83.2851351272025.42.803727450354021.22.34259103798017.61.9417914307通過表 1 分析可知各種電壓配置的主要優(yōu)缺點(1)110/35/ 10KV 電壓配置。10KV 供電半徑短；多一級電壓，損耗大， 負荷密度大時問題更顯得突出；小負荷密度時投資有關(guān)的費用較少， 隨著負荷 密度的增加，這項費用增加較快。(2)110/ 10KV 電壓配置。 10KV 供電半徑短，

11、110KV 變電站多， 建設(shè) 投資大； 損耗比 1135/ 10KV 電壓配置低(3)110KV 電壓配置。20KV 供電半徑較長；減小了 110KV 變電站的數(shù)量; 在許多情況下投資最低；損耗比 110/ 10KV 電壓配置低；20KV 目前尚未正式 列入國家電壓等級標準，有些設(shè)備缺乏系列產(chǎn)品。(4)110/35KV 電壓配置。35KV 供電半徑長，110kV 變電站數(shù)量最少，但配電設(shè)備費用高，在負荷密度大時投資最少；損耗最低；五經(jīng)濟比較1 各種電壓配置下單位用電面積年支出費用單位用電面積(1km2)年支出費用 F0,包括送電、變電和配電設(shè)備建設(shè)投 資的等年值 Fd,維修運行費 Fv 和電能

12、損耗費用 Fs 等。單位為元/ km2 年。Fo= Fd + Fv+ Fs式中 Fd=KdZ Fv=KvZ , Z 為單位用電面積設(shè)備建設(shè)投資，單位為元/ km2。Kd 為投資等年值系數(shù)，其值為0.11。用下式計算：KV=i(1+i) n 心+i) n-1式中 i-投資年收益率，取 10%n-投資收益年限，取 25 年KV-設(shè)備年維護率，按表 2 計算表 2 電氣設(shè)備維護率設(shè)備名稱變電站送電線路配電線路和設(shè)備維護率 K/0.1020.030.042 變電所投資自 20 世紀 90 年代以來，城鎮(zhèn)電力負荷增長很快，市區(qū)負荷密度大幅度增 加，一些城鎮(zhèn)的市區(qū)繁華地區(qū)最大負荷密度已達 3050MW/k

13、m2 , 一些城鎮(zhèn)在 進行電網(wǎng)建設(shè)與改造規(guī)劃中，預(yù)計未來城鎮(zhèn)中心地區(qū)負荷密度到 2010 年可達 4050MW/km2，為滿足城鎮(zhèn)的用電需求，必然要修建更多的降壓變電所。a 以蘇州工業(yè)園為例蘇州工業(yè)園區(qū)于 1994 年 2 月經(jīng)國務(wù)院批準設(shè)立， 同年 5 月實施啟動， 行政 區(qū)域面積 288平方公里，其中核心區(qū) 70km2 系中國與新加坡聯(lián)合開發(fā)的新城區(qū)，供電負荷密度較高，現(xiàn)狀達到 30MW/km2，遠期預(yù)計可達 50MW/km2。1993 年經(jīng)中國電機工程學(xué)會城市用電專委會和蘇州市電機工程學(xué)會論證,經(jīng)江蘇省電力局批準 ,在園區(qū)范圍內(nèi)配電電壓采用 20KV 級,1996 年 3 月投入運行 ,

14、迄今已 發(fā)展近 14年。通過在實踐中不斷摸索與總結(jié)經(jīng)驗， 2007 年底江蘇省電力公司 已正式出臺文件， 確定于 2 0 0 9 年起全省推行 20kV 配電等級， 所有新建變電所 均采用 110/20KV 變壓層次，同時逐步取消原有 10KV 及 35KV 配電等級，以 適應(yīng)不斷增長的城市供電需求。目前工業(yè)園 70km2 核心區(qū)范圍內(nèi)已建成并投運了 220KV 變電所三座， 110/20KV 變電所十七座，如采用 110/10KV 變電所則需 32 座，采用 20KV 配 電電壓可節(jié)約變電所用地近40%。2007 年蘇州市供電公司開始對超大裝機容 量主變應(yīng)用的探索，對新建 110KV 變電所

15、采用標準裝機容量為 3X8MVA 的主 變（合肥 110KV 變電所為 2X6.3MVA 的主變），并試點單臺裝機容量為 10MVA 主變。根據(jù)實踐成果，單臺 8MVA 主變可出 10 回路 20 KV 線路，而單臺 10MVA 主變可出達 12 回路 20 KV 線路，單回路可供電 15000kVA（ 10KV 單回路僅可 供電 7500KVA），大幅提高了單座 110 KV 變電所供電能力。蘇州工業(yè)園核心區(qū)內(nèi)規(guī)劃起點較高 , 除 220KV 線路按照規(guī)定走廊架空建設(shè)外, 20、110KV 全部采用入地電纜據(jù)蘇州供電公司及蘇州工業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)局介紹， 20KV 配電網(wǎng)絡(luò)特別適合 城市新區(qū)及容

16、積率大的地區(qū)運用。通過在核心區(qū)近 14 年運用經(jīng)驗來看， 20KV 配電網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢：1 可有效提高供電網(wǎng)絡(luò)省地節(jié)能效率。 110/10KV 變電所的實際運用， 不僅 可大量減少變電所布點及用地， 還可減少進出線走廊， 節(jié)省市政設(shè)施用地及建 設(shè)單位配套用地。 通過配電網(wǎng)升壓改造可有效提高節(jié)能效率， 據(jù)統(tǒng)計， 蘇州工 業(yè)園核心區(qū)采用 20KV 配電方式，可減少電網(wǎng)線損率 0.723，每年節(jié)約用電 4826 千瓦時，折合標準煤約 1.9 萬噸。2 可以節(jié)約供電網(wǎng)絡(luò)投資。無論是供電公司承擔的變電所和供配電網(wǎng)，還 是用電客戶還是承擔的配電房投資均可減少， 從而減輕投資者負擔， 改善投資 環(huán)境；3

17、符合國際慣例。 由于 20KV 電壓是歐美等發(fā)達國家廣泛采用的供電方式， 所以在國內(nèi)采用 20KV 電壓受到外資企業(yè)及招商部門普遍歡迎；4、20KV 供配電產(chǎn)品無論是在技術(shù)，還是相關(guān)設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈均已形成，且 多數(shù)已實現(xiàn)國產(chǎn)化，具備立即試點的可行性。b、以濱湖世紀城項目為例濱湖世紀城項目位于合肥市濱湖新區(qū)內(nèi)，共 10 個地塊，該小區(qū)的用電負荷 約 22 萬千伏安，根據(jù)合肥供電公司計企部提供的供電規(guī)劃可知，該小區(qū)需 30 路 10KV 專用線路（電纜路徑）送至各配電所，小區(qū)需建 18 個公用配電所。 現(xiàn)如果按 20KV 網(wǎng)絡(luò)供電，在不改變原有線路導(dǎo)線規(guī)格的情況下 20KV 配電網(wǎng) 絡(luò)分配電能能力是

18、 10KV 配電網(wǎng)絡(luò)的 2 倍。預(yù)測整個小區(qū)需 14 路 20KV 專用 線路（電纜路徑）送至各配電所，小區(qū)需建 11 個公用配電所。1 線路比較分析在相同導(dǎo)線截面規(guī)格情況下， 一回路 20KV 供電線路相對于一回路 10KV 供電線路每公里造價(包含安裝費)增加 10%15% ;但是綜合考慮供電線路 總數(shù)量，整體配電線路 20KV 供電線路相對于 10KV 供電線路每公里綜合造價 (包含安裝費)可降低約 54%。2 配電設(shè)備及配電房比較分析雖然 20KV 比 10KV 配電設(shè)備造價高約 1.11.15 倍，但 20KV 配電房與 10KV 配電房占地面積基本相當， 因供電能力提高使得配電房總

19、體數(shù)量減少， 故綜合 分析， 總用地面積減少約 40% 50%，綜合造價減少約 40%。3 110KV 電源比較分析如采用 110/20KV 等級變電所，可以整體提升變電所供電能力，其供電能力相當于 110/10KV 等級變電所供電能力的 1.51.8 倍；110/20KV 等級變電所 相對于110/10KV 等級變電所所占地面積每千伏安可減少 35%的用地。結(jié)合整個投資比較，濱湖新區(qū)規(guī)劃區(qū)內(nèi)選擇 110/20KV 配電網(wǎng)絡(luò)具有可行 性，且與110/10KV 配電網(wǎng)絡(luò)相比可以減少上一級變電站的占地面積、減少中 壓開閉所的布點、同時減少出線通道、降低造價等諸多優(yōu)勢。3 經(jīng)濟比較結(jié)論(I)在四種供

20、電方式中，110/35/ 10KV 電壓配置損耗電能費用最高。其 它幾種供電電壓配置，隨著配電電壓的提高，損耗電能費用相對減少。11035KV 比 11020KV 的電能損耗費用降低的幅值很小。( 2 )在較大的區(qū)城面積情況下，在一定負荷密度范圍內(nèi)， 1103510KV 電壓配置與投資有關(guān)的費用最低， 從而使整個年支出費用最低。 當負荷密度為 20kWkm2 及以下時，大致可以維持這種狀態(tài)。這也就是該電壓配置的適用條件范圍(3) 在負荷密度大于 20KW/km2 時， 110/20KV 電壓配置年支出費用最 低(小區(qū)城面積時幾乎不受負荷密度限制) ；只有當負荷密度達 70KW/km2 時， 1

21、10/35KV 電壓配置的年支出費用才接近或略低于 110/20KV 電壓配置。 這些表明： 110/20KV 電壓配置具有優(yōu)越性，要創(chuàng)造條件予以倡導(dǎo)和推廣。(4) 在四種供電方式中，在任何情況下 110/10KV 的電壓配置年支出費 用都最高。在許多情況下， 其年支出費用大大超過 110/20 或 110/35KV 兩種 電壓配置，說明這種電壓配置在經(jīng)濟上是最差方案，在濱湖新區(qū)建設(shè)過程中， 采用時要應(yīng)取慎重態(tài)度。六 20KV 配電電壓的優(yōu)勢與目前存在問題1 20KV 配電電壓的優(yōu)勢( 1 )增加供電能力 輸送相同的功率，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，在保證電壓質(zhì)量條件下，輸送距離可以遠 1 倍，即供電

22、半徑大 1 倍，供電范圍 (面積)可增加 4 倍。如果在同樣的供電半徑條件下，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，可以增加輸送功率1 倍。( 2)保證電壓質(zhì)量目前我市成片開發(fā)項目、重大基礎(chǔ)性工業(yè)企業(yè)及高科技企業(yè)等用戶對電壓 質(zhì)量有著嚴格的要求，保證電壓質(zhì)量是電力部門對用戶服務(wù)的基本條件之一。電壓損耗，在同樣輸送功率條件下，應(yīng)用 20KV 電 壓比 10KV 電壓等級可 保證電壓質(zhì)量。(3)降低電網(wǎng)的電能損耗全國電網(wǎng)的線損率 (線路電能損耗占輸送容量的百分比 )最近幾年呈上升趨 勢，據(jù)有關(guān)部門研究分析，線損升高主要是 10KV 及以下配電網(wǎng)線損的增加。 據(jù)計算我國中壓配電網(wǎng)年損耗達 180 億 KW/h 。如將中壓配電網(wǎng)電壓由 10KV 升為 20KV,在輸送同樣功率條件下， 線路電 流可減少 50，則線路電能損耗可降低 75。（4）從經(jīng)濟效益分析結(jié)果1電網(wǎng)總的建設(shè)費用在地區(qū)負荷密度為 5MW/km2 時，采用 10kV 電壓等級 與采用20KV 電壓等級的配電網(wǎng)， 其總建設(shè)費用相差不大，當負荷密度逐漸加 大時，兩者的建設(shè)費用相應(yīng)逐漸加大，當負荷密度增至 50MW/km2 ，總建設(shè) 費用相差達 20。2年運行費的計算結(jié)果與建設(shè)費用的情況相似。當負荷密度為 50MW/km2 時，電網(wǎng)年運行費用采用 20KV 電壓等級比采用 10KV 電壓等級要低 20，負 荷密度到達 50M