（工商管理专业论文）配电网供电电压等级优化研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 导师签名：弓灶日 配电网供电电压等级优化研究 研究生：潘勇导师：周勤教授东南大学 摘要 本研究目的是研究适宜于江苏电网未来发展的中压配电网电压等级和配电网序列问 题。 本论文依据对江苏电网和配电网的现状分析，提出了配电网中压配电电压等级选择的 技术经济评价方法，构建了评价指标体系和评价流程，以典型供电区为研究对象，针对中 压配电网可选的电压等级及电压序列配置方案，分别从电网侧、客户侧进行了技术和经济 两个方面的对比分析，并得出有关结论。 本研究在对江苏省电网的l o k v 电网设备和设施的普查的基础上，开展了系列l o k v 设备和设施升压2 0 k v 的试点工程。 关键词：配电网；电压等级；技术经济；研究 t h er e s e a r c ho nt h ed i s t r i bu t i o nv o l t a g e g r a d u a t e ：p a n y o n gs u p e r v i s o r ：z h o uq i n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h ep u r p o s eo ft h i sa u d yi st os t u d yt h es u i t a b i l i t yo fj i a n g s up o w e rg r i di nt h ef u t u r e d e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kv o l t a g el e v e l i nt h i sp a p e r , b a s e do nad i s t r i b u t i o nn e t w o r ki nj i a n g s up o w e rg r i da n dt h es t a t u sq u o a n a l y s i s ，p r o p o s e dd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sv o l t a g el e v e lt e c h n i c a la n d e c o n o m i ce v a l u a t i o nm e t h o d ， e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma n de v a l u a t i o np r o c e s s ，t h et y p i c a lp o w e rs u p p l ya r e aa st h er e s e a r c h o b j e c t , f r o mt h en e t w o r ks i d e ，c l i e n ts i d eo fat e c h n i c a la n de c o n o m i cc o m p a r i s o no fb o t h a n a l y s i sa n dd r a wr e l e v a n tc o n c l u s i o n s i nt h i ss t u d y , t h ee q u i p m e n th a v i n gc a r r i e do u tas e r i e so fp i l o tp r o j e c t k e yw o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；v o l t a g el e v e l ；e c o n o m ya n df e a s i b i l i t y ；r e s e a r c h 目录 摘要一一一”一一一一一一i 第一章绪论 l 1 1 研究背景。1 1 2 江苏电网现状分析”l 1 3 进行研究的必要性6 1 4 此前国内外研究成果综述”7 1 5 研究的基本假设“9 1 6 研究思路和方法9 1 7 论文的构成”9 第二章技术经济理论分析 i i 2 1 电网侧技术经济分析1 l 2 1 1 技术经济分析思路和原则1 l 2 1 2 电网侧技术经济评价指标、模型与方法1 2 2 1 3 技术经济分析依据1 6 2 1 4 技术和社会指标分析1 7 2 1 6 技术经济综合分析一3 0 2 2 客户侧的影响分析3 0 2 2 1 经济评价方法”3 0 2 2 2 典型客户方案的经济分析”3 3 2 2 3 典型客户计算结论与分析3 5 2 2 4 对客户侧影响分析。3 5 2 2 5 对客户电费总体支出的影响分析3 5 2 3 技术经济分析小结3 6 第三章配电网电压等级优化工程实证 3 12 0 k v 架空绝缘线路工程3 8 3 21 0 k v 配电网升压改造工程4 0 第四章主要研究成果及相关建议 4 i 主要研究成果4 3 4 2 相关建议4 3 致谢 参考文献 作者在学期间发表的论文 附录 4 5 4 6 4 7 4 8 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着江苏省经济社会的快速发展，江苏配电网建设的外部环境发生了深刻变化，传统 以l o k y 为主干的江苏中压配电网面临着一系列的发展瓶颈，引发了诸如变电站站站址选 择和线路走廊出线困难等一系列问题。如何解决自身的限制不足，不断适应负荷发展需求， 需要开展深层次的研究和实践。 根据江苏省经济社会发展规划，到2 0 2 0 年全省总体上基本实现现代化。“十一五 至 “十三五”期间将是江苏电网发展的关键时期。“经济发展、电力先行，江苏电网建设的 进程将直接影响江苏能否顺利实现经济发展目标，而电网建设中配电网发展采用何种模式 对江苏电网的健康发展具有深远的影响。 供电电压等级的建立和发展主要是随着发电量、用电量的增长及输电距离的增加而相 应提高，同时还受技术水平、设计制造水平等限制。电压等级的确定直接影响电网发展和 国家建设，若选择不当，不仅影响电网结构和布局，而且影响电器设备、电力设施的设计 与制造及电力系统的运行和管理，同时决定电力系统的运行费用和经济效益，直接影响各 类用电项目的电力投资和电费支出。 本论文通过了解和借鉴国内外在中压配电网，研究论证电压等级优化的必要性和可实 现的技术、经济手段，有利于缓解当前配电网建设与站点、线路走廊资源之间的矛盾，能 够提高配电网的供电能力和客户接入适应范围，降低电网运行损耗，从而实现企业社会效 益和经济效益的和谐统一，对指导电网建设将具有十分重要的现实意义。 1 2 江苏电网现状分析 电网规模、地区负荷密度等直接影响了供电电压等级选择和确定，不同的电网规模需 要选择不同的电压等级配置，以实现最大的全社会经济效益。本文对江苏电网、配电网进 行了统计分析，了解其现状和存在问题。 l 、江苏电网概况 江苏电网是华东区域电网的重要组成部分，地处华东电网的东北部，目前通过多条 5 0 0 k v 联络线实现与外省间互联。到2 0 0 8 年底，江苏电网已形成5 0 0 k v 电网“四纵四横 l 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 的格局，2 2 0 k v 电网分成9 片运行，基本完成了从2 2 0 k v 主网架向5 0 0 k v 主网架的过渡， 较好地适应了江苏“北电南送”、“西电东送的要求。 江苏电网现已发展成为全国规模最大的省级电网之一。截至2 0 0 8 年底，全网共计有 5 0 0 k y 变电站( 含开关站) 2 5 座、变电容量3 1 7 5 万k v a ，5 0 0 k v 线路7 4 9 2 k m ( 含省际联络 线) ：2 2 0 k v 变电站( 含开关站) 2 6 4 座、变电容量7 0 7 4 万k v a ，2 2 0 k v 线路1 4 9 2 6 k m ；1 l o k y 及以下变( 配) 电容量1 3 3 4 4 万k v a 、线路2 4 1 2 6 3 k m 。 江苏电网目前应用的电压序列主要为5 级和6 级。其中，苏南大部分地区和苏北、苏 中城区以5 0 0 2 2 0 11 0 1 0 0 4 k v 电压序列为主，5 0 0 2 2 0 1 1 0 3 5 1 0 0 4 k v 电压序列在苏 北和苏中农村地区应用较多，部分工业负荷集中的地区采用5 0 0 2 2 0 3 5 1 0 o 4 k v 电压序 列。此外，在苏州工业园区还存在5 0 0 2 2 0 1 1 0 2 0 o 4 k v 电压序列。 2 、江苏配电网现状 在电力网中起分配电能作用的网络就称为配电网，配电网按电压等级来分类，可分为 高压配电网( 3 5 1 1 0 i ( v ) ，中压配电网( 卜2 0 k v ) ，低压配电网( 2 2 0 3 8 0 v ) 。了解江苏 省配电网现状是本研究的基础工作，研究中经济评价计算的基本假设、评价依据和方法等 都将以此统计数据来分析确定。 江苏配电网目前主要由1 l o k v 和3 5 k v 电网、2 0 k v 和l o k v 电网以及0 4 k v 电网组成。 2 0 0 8 年以前，1 l o k v 电网和l o k v 电网是配电网发展的重点，3 5 k v 电网维持现状并逐步缩 减。 ( 1 ) 配电网规模 截至2 0 0 8 年底，江苏电网共有1 l o k v 及以下公用变压器容量1 3 3 4 4 万k v a ，线路长度 2 4 1 2 6 3 k m ( 含架空线路2 2 2 9 6 6 k m 、电缆线路1 8 2 9 7 k m ) 。详细情况如表1 2 - 1 所示。 表1 2 1 江苏1 1 0 k v 及以下电网规模统计 公用变压器 线路 电压等级 变电站变压器台数铭牌容量合计长度架空线路长度电缆线路长度 ( 座)( 台)( k v a )( 1 m 1 )( k m )( k m ) l l o k v 9 7 11 6 1 06 1 6 5 8 0 0 01 8 5 2 6 1 7 6 8 l 8 4 5 3 5 l ( v9 6 01 7 9 91 7 2 4 2 9 1 02 1 0 0 22 0 2 7 47 2 8 2 0 k v5 2 84 3 3 1 6 06 8 ll o6 7 2 l o l 3 0 5 0 2 35 4 1 0 2 9 7 42 0 1 0 5 31 8 5 0 0 11 6 0 5 2 合计3 0 8 9 6 0l3 3 4 3 7 0 4 42 4 1 2 6 22 2 2 9 6 61 8 2 9 7 2 东南大学硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 配电网设备运行年限 江苏l l o k v 及以下配电网( 供电侧) 设备的投运时间普遍较短，变压器运行5 年及以 下的设备容量约占总容量的5 2 4 1 ；运行年限在5 年及以下的架空线路和电缆线路长度 的比例分别为3 7 2 8 和5 8 9 9 。江苏配电网各电压等级设备运行年限详细分布情况如 表2 2 2 所示。 表1 2 2 江苏配电网各电压等级设备运行年限详细分布情况 单位： 电压等级运行年限变电容量比例电缆线路长度比例架空线路长度比例 o 5 年5 1 5 84 4 3 56 2 7 9 1 1 0 k v6 1 5 年4 4 1 14 4 8 22 3 9 8 1 5 年以上 4 3 11 0 8 31 3 2 2 0 - - - 5 年5 7 4 23 6 2 13 6 3 5 3 5 k v 6 1 5 年 4 0 5 9 9 3 l 3 6 9 8 1 5 年以上 1 9 85 4 4 82 6 6 7 0 - 5 年 5 1 3 97 2 4 73 2 2 9 l o k v 6 1 5 年 4 5 6 42 6 4 65 3 9 3 1 5 年以上 2 9 71 0 81 3 7 7 o 5 年5 2 4 15 8 9 9 3 7 2 8 合计6 1 5 年 4 4 0 42 1 o o4 7 4 0 1 5 年以上 3 5 52 0 0 11 5 3 2 ( 3 ) 配变容量序列分布情况 江苏电网公用配变的容量序列主要有1 0 0 0 k v h 、8 0 0 k v h 、6 3 0 k y h 、5 0 0 k r a 、4 0 0 k r a 、 3 1 5 k v h 及以下。统计数据显示，江苏电网现有配电容量大多较小，3 1 5 k v h 以下配变容量 系列约占到全部配变容量6 1 5 ，而1 0 0 0 k v h 和8 0 0 k r a 的配变容量分别仅占0 2 4 和0 2 9 。详细情况如图1 2 - 1 所示。 图1 2 1 江苏电网配电变压器容量分别情况 3 东南大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 客户侧配电资产及分布情况 截至2 0 0 8 年底，江苏电网共有l o k v 、2 0 k v 和3 5 k v 专用变客户数1 7 1 7 3 8 户，约占全 部专用变客户数的9 9 3 4 ；变压器容量8 9 9 7 万k v a ，约占全部专用变客户容量的7 2 5 3 。2 0 0 8 年江苏电网客户专用变统计结果如表2 2 3 所示。 表1 2 32 0 0 7 年江苏电网客户专用变情况统计 电压等级总客户数变压器总容量 变压器台数( 台) 用电量 ( 千伏)( 户) ( k v a ) ( 亿k 、h ) 1 01 6 9 0 2 27 0 3 7 5 5 7 21 9 2 3 5 61 0 6 8 6 2 0 7 2 7 2 3 6 7 5 8 0 1 6 1 4 3 3 3 1 3 51 9 8 9l7 2 2 7 3 5 25 5 8 83 4 4 9 4 1 l o k v 及以上 3 8 33 3 9 9 4 8 5l8 8 34 3 5 2 6 合计 1 7 2 8 7 212 4 0 4 6 7 0 72 0 1 2 1 6 18 8 2 5 5 8 从各电压等级专用变容量与公用变容量对比情况看，3 5 k v 专用变容量与公用变容量基 本相当，2 0 k v 和l o k v 的专用变容量分别约相当于公用变容量的5 4 7 倍和1 3 倍，详细对 比情况如图1 2 - 2 所示。 3 5 千伏2 0 千伏l o 千伏 ， 图1 2 2 江苏配电网公用变与专用变容量对比情况 从客户用电量情况看，l o k v 用电量主要为报装容量1 0 0 0 0 k v a 及以下的客户，而3 5 k v 用电量则主要为报装容量2 0 0 0 k v a 及以上的客户。2 0 0 8 年江苏电网l o k v 和3 5 k v 客户用电 量分布情况如图1 2 - 3 所示。 4 o 加卯如加如加 东南大学硕士学位论文第一章绪论 。( ) 3 6 4 3 l 旰伏3 5 千伏 3 6 2 7 2 73 0 | 1 8 2 _ 2 7 6 l i 聪 13 2 o i 1 0 圈 3 2 1 b i 隔 翻觚 = 2 0 0 0 0 ( 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 ( 2 0 0 0 , 1 0 0 0 0 ( 6 3 0 , 2 0 0 0 ( 1 0 0 , 6 3 0 1ov a ) 图1 2 - 32 0 0 7 年江苏电网l o k v 和3 5 k v 客户用电量分布情况 3 、江苏配电网存在的主要问题 ( 1 ) l o k v 配电网供电能力有限，客户接入面临瓶颈 由于江苏城市化发展迅速，电力需求旺盛、负荷密度越趋集中，现有l o k v 配电系统 逐渐出现了容量小、损耗大等供应瓶颈，“高不成，低不就 的局限性日趋突出。以无锡 等地为例，近年来集中出现了一批单体建筑用电需求超过3 万k v a 的超高建筑，采用l o k v 供电，需要提供6 8 回专门的l o k v 线路，占用过多的公用电网资源。对于此类负荷，现 状电网的开放能力有限，已无法适应高负荷密度片区的发展需求。在城市的新拓展区，特 别是各类工业园区和大规模居住区负荷发展迅速，现状配电网以及配备常规配电电压等级 和序列的新建项目的供电能力都难以满足高速增长的用电需求。 ( 2 ) 配电设备容量偏小，城市空间资源得不到充分合理利用 江苏配电网的配变容量规格普遍较小，大多在3 1 5 k v a 以下，配电网特别是l o k v 中压 配电网供电相对布点密、通道多。但当前可供电网发展建设的线路走廊，变电设施用地等 外部资源日趋紧张。常规的1 l o l o k v 变电所只配备1 2 1 5 万k v a 的供电容量，但l o k v 出线就要占用3 0 条以上的通道资源。同时，由于单条l o k v 的供电容量有限，某些较大容 量的客户需要在小区域里占用多条线路通道，城市的空间资源得不到充分合理的利用，与 目前国家推行的节约型社会的发展要求也不相适应。 ( 3 ) 配电网损耗较大，不利于降低综合供电成本 2 0 0 8 年江苏全省电网综合线损率为8 0 2 ，其中2 2 0 k v 电网和l l o k v 电网的线损率 分别为1 4 1 和1 0 4 ，3 5 k v 电网和l o k v 及以下电网的线损率分别为2 4 7 和7 7 4 。 分析显示，全省l o k v 及以下配电网线损对电网综合线损率的贡献大多都在一半左右。配 电网线损率过高势必导致地区全网损耗居高不下，不利于降低电网的综合供电成本和提高 供电企业的经营效益。 5 柏努：q坞m 5 o 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 进行研究的必要性 配电电压等级对整个电力系统的经济性有直接影响，这包括对供电给配电系统的输电 系统、二次翰电、配变及馈线部分，选择不经济的配电电压会导致上述因素的低效配置。 面对江苏省电力需求的持续增长，常规的l o k v 配电网在供用电运营中逐渐显现不足， 其创新发展也面临新的要求和机遇。为了切实解决江苏配电网目前和今后发展过程中存在 的问题，无论从电网企业的角度还是从全社会的角度看，开展对江苏配电网尤其是中压配 电网的电压等级优化研究都是十分必要的。 ( 1 ) 满足电网长远发展的需要 根据负荷预测，到2 0 1 0 年江苏全社会用电量将达到3 7 0 0 亿k w h ，全网最高负荷达到 6 4 0 0 万k w ：到2 0 2 0 年江苏全社会用电量和全网最高负荷将进一步提高至6 6 0 0 亿k w h 和 1 2 5 0 0 万k w 。若按现有的电网电压等级和配置方式，到2 0 2 0 年江苏配电网的建设规模将 在2 0 0 7 年的基础上再翻一番以上，电网的建设规模和建设强度将十分巨大。同时，如果 仍维持现有的l l o 、3 5 、2 0 、1 0 、0 4 k v 的配电电压序列，一方面电网重复降压、供电效 率不高，另一方面也不符合国家电网标准化建设的要求。 ( 2 ) 保证电网合理供电范围的需要 江苏经济南北差异较大，发展不均衡，用电负荷密度差别较大。以苏南地区为例，中 心城( s t 市主城区) 规划水平年平均负荷密度接近2 万k w k m 2 ；城市中心城商务区规划水 平年负荷密度达到3 5 万k w k m 2 以上；国家级高新技术开发区( 如苏州新加坡工业园区 和高新区、无锡新区等) 规划水平年负荷密度达到2 5 3 万k w k m 2 、省市级工业开发区 规划水平年负荷密度达到1 - 5 - - 2 5 万k w k l i l 2 、乡镇工业园规划水平年负荷密度约1 1 5 万k w k i i l 2 ；乡村区域规划远景年平均负荷密度约0 5 - 1 万k w k m 2 。随着江苏省“率先全 面建成小康社会、率先基本实现现代化 战略的实施，苏中、苏北地区快速崛起，其远景 负荷密度将向苏南进一步靠拢。也就是说，随着用电负荷密度的加大，江苏现有中压配电 网的供电半径将大为缩小，供电损耗急剧增大，供电效率明显降低，现有l o k v 配电网难 以适应发展需求。 ( 3 ) 增强电网供电能力的需要 l o k v 线路正常输电功率约在4 0 0 0 k w 左右，江苏电网采用l o k v 供电能力不足的局限性 日益突出。一方面在城市的高负荷密度地区变电站出线回路数较多，通道拥挤，线路重载 运行严重；另一方面在广大农村地区供电半径偏小，线损较高，电能质量及供电可靠性难 6 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 以得到保证。 ( 4 ) 降低电网运行损耗的需要 2 0 0 8 年江苏全网综合线损率8 0 2 ，其中1 0 k v 及以下电网线损率7 7 4 ，1 0 k v 及 以下电网线损电量约占全网的3 0 左右。因此，提高中压配电电压可以使江苏电网摆脱中 压线损率居高不下的局面，同时也能为简化江苏电网的变电层次创造有利条件，可以进一 步的降低电网运行损耗。 ( 5 ) 提高城市空间资源利用效率的需要 目前，江苏省城区的用地资源越来越紧张，站点和线路走廊资源的获取越来越困难。 2 0 0 8 年，江苏省城镇人口比例为5 3 9 ，远远超过中国城市3 0 的平均水平，部分城市甚 至达到了经济发达国家和地区的平均水平( 一般为7 0 以上) ，预计2 0 2 0 年城镇人口比例 将达到6 3 2 。江苏省份的人口密度也高于全国主要省份，2 0 0 7 年为7 4 4 人k m 2 ，预计 到2 0 2 0 年将达到7 7 2 人k m 2 。城镇人i = 1 比例和人口密度的提高，将使得城市中心地区变 电站站址和线路走廊资源的获取更加困难。 1 4 此前国内外研究成果综述 l 、国外配电电压等级优化情况 经济发达国家在面对区域经济飞速发展带来的城市供电负荷密度不断增加时，也同样 需要面对城市电网改造严苛的外部环境。为了寻求最低支出和最高经营利润，上世纪5 0 - 6 0 年代，很多国家已经着手供电电压的优化并陆续完成改造工作。 法国：1 9 4 6 年，国有化法国电力公司( e d f ) 成立后，第一次提出在法国中压电网中 实行标准化，按地区统一实行了五种电压等级，即5 5 千伏、1 0 k v 、1 5 k v 、2 0 k v 和3 0 k v 。 1 9 6 1 年法国电力公司对中压电网又一次进行了标准化研讨，最终决定进行中压配电网 2 0 k v 改造。 自2 0 世纪6 0 年代开始，法国开始了新一轮的输配电网升压改造，直到2 0 世纪9 0 年 代中期基本结束，配电电压等级由2 0 k v 、1 5 k v 、1 0 k v 简化为2 0 k v ，低压仍采用0 4 k v 。 意大利：意大利目前的输配电压等级有3 8 0 k v 、2 2 0 k v 、1 2 0 ( 1 5 0 ) k y 、4 0 ( 8 0 ) k v 、 2 0 k y 、3 8 0 2 2 0 k v ，未来电压等级序列将进一步简化，其中中压电压等级统一为2 0 k v 左右。 罗马城市电网改造计划中将中压配电电压统- - n2 0 k y ，改造后的电压等级序列简化为 3 8 0 1 5 0 ( 1 2 0 ) 2 0 0 4 k v 。 日本：日本标准的高压配电网由辐射状6 6 k v 线路组成，但是在人口稠密的城市和新 7 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 发展区，为确保足够的配电容量，采用了多回路2 0 k v 的中压电缆网。 东京地区两种并存的电压等级序列：5 0 0 2 7 5 6 6 2 2 ( 6 6 ) o 1 ( 0 4 ) k v ； 5 0 0 1 5 4 2 2 6 6 0 1 ( o 4 ) k v 。 韩国：韩国的输配电业务全部由韩国电力公司经营管理。全国电网的输电电压等级为 7 6 5 k v 及3 5 4 k v ，地方电网的电压等级为1 5 4 k v 和6 6 k v ，配电电压等级为2 2 k v 。 受日本的影响，韩国的中压配电系统原来多为6 6 k v ，但是从上世纪7 0 年代初至9 0 年代末韩国开始了由6 6 k v 升至2 2 9 k v 的中压配电网改造，历经近3 0 年全部改造完成。 2 、配电电压等级优化在我国的应用实践 我国目前采用的电压等级主要是5 0 0 2 2 0 1 l o 3 5 1 0 0 4 k v 电压，城乡主要采用 2 2 0 1 1 0 3 5 1 0 o 4 k v 电压等级供电。用户使用的是0 4 k v 低压，先通过1 1 0 或3 5 k v 变电所 降压至u l o k v ，再通过配变将l o k v 降到0 4 k v 电压。2 0 k v 电压等级在我国电网发展历史上存 在过较长时间，较早以前是作为3 6 0 3 8 千伏配电电压之上的供电电压出现的，起过很重 要的作用。后来，在我国电网发展和电压等级系列简化的过程中，随着推行l o k v 作为中压 配电电压和推行3 5 k v 作为高压配电电压，2 0 k v 电压等级被取消。 1 9 9 2 年，全国电压电流等级和频率标准化技术委员会召开2 0 k v 电压等级论证专题讨论 会，会议认为“采用2 0 k v 电压已势在必行 。1 9 9 3 年，国家标准电压( g b l 5 6 1 9 9 3 ) 正 式将2 0 k v 加括号列入标准电压，并说明“在客户有要求时使用。 目前，我国已采用2 0 k v 中压配电的主要有苏州工业园区和辽宁本溪供电公司的南芬二 次变电所，是两个具有典型意义的案例。前者是负荷集中、密度高的发达工业区，采用全 电缆线路：后者是负荷分散、密度低、供电半径大的农村地区，采用全架空线路。除此之 外，我国其他省市也纷纷进行2 0 k v 的试点研究工作，并初见成效。 3 、国内外配电电压等级优化的启示 发达国家在城市化进程中为了满足负荷增长的需要，对城市电网包括中压配电网进 行了一系列的升压改造。到目前为止，世界上大规模的应用l o k v 作为中压配电电压等级 的国家已经不多。据不完全统计，欧洲8 0 的国家和亚洲6 0 的国家都已采用2 0 k v 作为 中压配电电压，美国部分城市采用2 5 ( 3 3 ) k v 供电，均远高于l o k v 。虽然我国的中压配电 电压仍以l o k v 为主，但在2 0 k v 配电电压的运行实践方面，我国的苏州工业园区和辽宁本 溪南芬变电所也积累了大量的经验。国内外配电电压等级的优化过程为配电网新电压的选 择提供了重要的启示，具有理论和实践方面的双重指导意义。 ( 1 ) 配电电压等级的选择需要结合地区发展差异，经研究论证后确定。理论上，输 窖 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 配电网最佳电压等级序列取决于负荷密度、传输容量、电压降和损耗大小等，合理的提高 中压配电电压可以增强中压配电网的转供能力，降低上一级电网的容载比要求和投资费 用。 ( 2 ) 配电网供电电压等级优化应考虑最大程度的利用配电网络存量资产。充分利用 现有城市及城郊地域范围内的地下电力电缆，能够有效避免对现有配电系统成熟稳定区域 的电网进行较大规模的改造和重构，节省建设投资，降低电压等级过渡期间对现有配电网 电力供应的影响。 ( 3 ) 中压配电网的升压改造是一个系统而复杂的工程，需要慎重决策。由于需要考 虑因素多、涉及地域广，许多国家的改造工程从开始决策就考虑城市的最终发展规模，并 经历了较为漫长的历史过程。例如，法国和韩国都大约历经了近3 0 年才全部改造完成。 1 5 研究的基本假设 鉴于电力系统的网络特性，配电网供电电压等级的选择必须结合相邻的上下级电压的 配置综合考虑，我国低压用电电压等级为0 4 k v 为主、江苏省输电网电压等级为5 0 0 k v 。 本研究的中压配电电压等级主要包括l o k v 、2 0 k v 、3 5 k v 三个电压等级，相邻上下级电网 电压等级包括1l o k v 、2 2 0 k v 、0 4 k v 。 时间范围参照三方面确定，( 1 ) 目前我国主要配电设备运行寿命大约为2 5 , - - 3 0 年；( 2 ) “十一五和“十二五力是江苏省发展的关键时期；( 3 ) 参照国外配网升级改造一般需要 2 0 3 0 年。因此，本次研究的时间跨度为未来2 5 年左右。 1 6 研究思路和方法 本研究从分析江苏省配电网现状及其存在的问题入手，参照国内外中压配电网升压改 造的成功经验，研究提出采用新电压应能够实现的目标，通过建立相关的技术经济评价指 标、方法和流程，进一步提出与江苏经济社会发展要求相适应的中压配电电压等级。 在此基础上，为满足实际工程建设的需要，研究过程中参考国内外的技术和管理手段， 通过同步开展典型地区现状配电网建设改造的试点示范工程进行工程实证。 1 7 论文的构成 本论文共分四章，第一章主要阐述了课题研究的背景、必要性、主要研究思路、方法 9 1 0 东南大学硕士学位论文第二章技术经济理论分析 第二章技术经济理论分析 本章的目的是依据研究的基本假设，对l o k v 、2 0 k v 、3 5 k v 三个电压等级进行研究， 通过多个电压序列配置方案，计算分析确定适合江苏配电网建设的电压等级。 影响配电电压等级选择的主要因素有负荷水平、土地资源、电网存量资产及技术装备 约束等；同时，由于配网影响面广泛，配电网的建设和改造除和供电公司有直接关系外， 还直接影响绝大部分客户的接入，因此评价时必须同时考虑对电网、客户和社会的影响。 综上所述，本章拟将分电网侧、客户侧两方面进行分析研究。 电网侧研究的方法本论文将采用依据现行的电网规划建设标准，按照多个电压序列配 置供电方案建立一个典型供电区数学模型，对各供电方案从线损指标、电压降指标和土地 资源占用指标进行技术指标评价，采用全寿命周期成本最小的年费用法进行经济指标评 价，并对新电压等级从工程造价和大客户电价进行经济敏感性分析。 客户侧研究的方法本论文是依据各类典型客户的配置方案，采用增量的成本收益分析 法进行经济评价，分析不同客户群体采用新电压等级的经济性，同时通过客户侧效益的变 化，分析其中存在的对电力企业经营的潜在风险。 通过电网侧、客户侧两方面计算分析，本章将较全面地得出配电供电电压等级优化的 理论分析结论。 2 1 电网侧技术经济分析 2 1 1 技术经济分析思路和原则 技术经济评价的主要思路如下： 结合电网现状，考虑地区资源条件，以典型供电区电网供电方案为载体，估算不同中 压配电网供电电压等级的电压序列供电方案的电网规模，进行估算和对比技术、经济和社 会指标，以相关指标的对比结果为基础，综合技术、经济和社会指标评价中压配电网供电 电压等级的优劣。 技术经济评价原则如下： 1 ) 配电网电压等级选取应满足供电区未来饱和负荷阶段对安全可靠、优质供电的要 求，为此，必须在供电能力、供电可靠性、电压质量等相关技术指标上满足要求。 2 ) 在技术可行的前提下，充分考虑经济的合理性，以全生命周期技术经济最优为原 1 l 东南大学硕士学位论文 第二章技术经济理论分析 则，按照建设与改造为目标网架的时间段为计算周期，全面分析所有建设成本与运行成本。 3 ) 由于土地已经是约束配网发展的一个重要因素，因此，本研究将土地占用等作为 反映配电网中电压等级选择和合理配置方面的效果性指标。 4 ) 尽管电压等级序列配置技术方案不同，电网供电能力满足经济社会发展需求，因 此地区用电量应基本一致，销售收入基本一致。 2 1 2 电网侧技术经济评价指标、模型与方法 1 、技术经济比较指标 配电网电压选择和配置涉及到多方面因素和内容，相关技术和经济指标涉及供电可靠 性、供电质量、电网建设规模等技术指标，投资、线损、造价等经济指标，占地等社会效 益指标，整个技术经济评价指标非常庞大，本研究采用因果分析法与层次分析法，通过分 析逻辑关系，建立递阶层次结构，突出重点要素，确定了技术经济评价的核心指标。 技术经济评价如下表所示： ， 表2 1 - 1 技术经济评价指标 目标一级核心指标二级核心指标 供电能力 供电可靠性 技术性电压质量 线损率 短路电流 新建投资 建设投资 改造费用 总费用年 经济性过渡费用 费用 运行维护费用 线损费用 社会性占地面积 2 、技术经济评价模型和方法 ( 1 ) 网络规模估算模型 网络规模估算及技术评价的模型和方法如下( 公式中符号的意义参见附录) ： 1 ) 高压变电站估算模型 全区变电站总座数( 单位：座) 全区变电站总座数= 全区总负荷容载比( 单台主变容量站内主变台数) 1 2 东南大学硕士学位论文 第二章技术经济理论分析 疗矿= 三：剽+ j 二：兰三 型二三i 2 1 全区变电总容量( 单位：万k v a ) 全区变电总容量= 单台主变容量站内主变台数全区变电站总座数 s = c l 一胛正一朋，l 删 变电站的高压进线 变电站的高压进线总长度厶卜h v 为( 单位：k m ) 。删= 2 ( 手+ 鱼6 丸 + 孚止：( + 芋卜二。5 5 丸 配变容量和台数 中压配变总容量( 单位：万k v a ) 中压配变总容量= 全区总负荷配变负载率负荷功率因数 s , f f2p | l r 孵c o s a p 中压配变总台数( 单位：台) 中压配变总台数= 中压配变总容量单台配变容量 驴t 谣1 枷0 0 0 。0 ) + 。 l 竺丝 式2 - 2 式2 - 3 式2 - 4 叫t c ux 1 0 0 0 0 ) - o 叫等一。) 。 船5 中压公变总容量( 单位：万k v a ) 中压公变总容量= 中压配变总容量( 1 一专变比例) s 砷= s 彬0 一) 式2 6 ( 2 ) 技术指标计算模型 1 ) 电网损耗理论模型 电力系统中功率损耗尸的包括线损必和变损a 弓两部分，由于系统的潮流分布是时 时变化的，功率损耗廿实际上是时间的函数量，所以，电网的电能损耗形是电网功率 损耗a p 在某个时间周期丁上的积分，即： 1 3 东南大学硕士学位论文第二章技术经济理论分析 a w = 工a p ( 矽( f 式2 7 下面首先对电网中的单条线路或单台变压器的功率及电能损耗公式进行推导，然后以 电网中变电站实际出线为例计算其综合线损。 输电线路线损计算 输电线路是电网中的电能损耗主要元件，其功率损耗与载流量、运行电压、线路型号、 传输距离以及负荷沿线分布情况有关，当负荷集中于线路末端时，功率损耗表达式为： 峨= 3 1 2 r s u 2 z r l 由此，该输电线路f 的电能损耗为： = 等双似忙乙r lj r s 2 ( 坝f ) 式2 - 8 式2 - 9 对于其他负荷分布情况，可定义损耗系数k ，为该情况下损耗与负荷集中于线路末端 时损耗的比值。经积分计算，可得： f l 3 负荷沿线路均匀分布 k = 8 1 5 负荷沿线路递增分布 l1 5 负荷沿线路递减分布 变电站损耗计算 对于容量为s 、负载率为p 、中压出线为力条的某主变压器，其高压进线线损可以按 照负荷集中于线路末端来进行计算，即： h d u r 矿：等一 u h i e 式2 1 0 主变损耗为： 解= 名+ 气= 昂+ p 2 丑 式2 1 l 对于中压出线，由于各条馈线载荷存在着同时率的情况，中压总线损有较大差别，经 过理论推导，可得到：当各条馈线型号、长度及负荷分布相同时，负荷在各出线上平均分 布时总线损最小，而当负荷集中于单条线路时最大。即，当各条馈线负荷均为末端分布时， 总线损为： 嚣2 喜泞 船。2 东南大学硕士学位论文第二章技术经济理论分析 可定义中压馈线的线损同时率系数为y ，中压出线总线损为： = 喜= 嚣 ，i l vw ， 式2 - 1 3 2 ) 占地面积估算模型 利用网络规模估算模型的计算结果，计算电不同电压等级序列方案的占地面积规模， 等于电网规模乘以单位设备的占地面积或线路走廊宽度。 设全区变电站总座数 胛、变电站的高压进线总长度l 一椰、中压公变总台数。脚、全 区中压馈线总长度k 、全区中压馈线的分支线总长度( 以上符号定义参见附表) 、 单座变电站的占地面积j 殿、高压线路的走廊宽度舰、单台配变的占地面积j 粥、中压线 路的走廊宽度屹，则占地面积的计算公式为：刀+ 厶一胛如+ + k 屹 式2 - 1 4 ( 3 ) 经济评价方法与模型 电力系统的全寿命周期成本管理是从项目长期经济效益出发，全面考虑项目自规划、 设计、制造、购置、安装、运行、维护、更新、直至报废的全过程，在满足既定技术经济 指标前提下，追求全寿命周期成本最小的一种管理理念和方法。 年费用比较法是体现了全寿命周期成本管理思想的技术方案经济合理性判断方法，针 对产出效益相等的不同技术方案，将各方案的投资和运行成本费用等所有支出折算为年费 用，进行比较，年费用比较法能够计及资金的时间价值以及项目寿命周期内运行维护成本 等因素，遵循的评价准则是：投入相等，年收入高的项目或方案更优；产出相等，年费用 最小的项目或方案更优；投入、产出均不相同，净年值大的项目或方案更优。电压等级序 列配置方案尽管不同，但都是以满足客户用电需求为前提，即可以假设各方案的收入相同。 经济分析可以考虑在假设不同电压序列条件下，电网收益基本相同的条件下进行对比 分分析，因此考虑采用全寿命周期成本最小的年费用法。 输配电工程建设、运行费用支出主要包括建设投资、运行维护费用和线损费用等。其 中，建设投资为工程投产前发生，一次性投入，按照折现率折算为年值；包括新建投资、 原有设备改造投资和过渡方案的投资。 运行维护费用和线损费用在工程投产后每年都会发生，运行维护费用按照工程固定资 产原值的一定比重( 运行维护费率) 估算；线损费用按照购电价与线损电量乘积估算。年 1 5 东南大学硕士学位论文 第二章技术经济理论分析 费用计算方法为： 年费用= 投资年值+ 运行维护费+ 线损费用 其中： 式2 - 1 5 投资( 折现率( 1 + 折现率) 运蕾期- - 1 ) 投资年值=式2 - 1 6 【折现率( 1 + 折现率) 运f 期) 运行维护费= 固定资产原值运行维护费率，固定资产原值近似为工程投资； 线损费用= 购电价线损电量= 购电价线损率x 用电量( 卜线损率) 。 2 1 3 技术经济分析依据 1 、不同中压配电电压等级的电压序列配置方案 以l o k v 、2 0 k v 和3 5 k v 电压等级为中压配电电压等级的配电网可选电压序列配置方案 如下： ( 1 ) l o k v 配置方案：2 2 0 11 0 3 5 1 0 0 4k v 、2 2 0 11 0 1 0 0 4k v 、2 2 0 6 6 1 0 0 4k v ： 2 2 0 3 5 1 0 0 4k v ： ( 2 ) 2 0 k v 配置方案：2 2 0 2 0 0 4k v 、2 2 0 1 1 0 2 0 0 4k v 、2 2 0 6 6 2 0 0 4k v ； ( 3 ) 3 5 k v 配置方案：2 2 0 3 5 0 4k v 、2 2 0 11 0 3 5 0 4k v 。 鉴于，目前江苏省高压配电电压等级无6 6 k v ，且2 2 0 3 5 1 0 0 4k v 电压序列在江苏 应用甚少。因此本次研究主要包括2 2 0 1 1 0 3 5 1 0 0 4 k v 、2 2 0 1 1 0 1 0 0 4 k v 、 2 2 0 11 0 2 0 0 4k v 、2 2 0 2 0 0 4k v 、