（电力系统及其自动化专业论文）北京典型地区20千伏电压等级应用研究.pdf

华北l 乜力人学丁程顾l ：专业学位论义 摘要 总结了2 0 k v 中压配电电压在国内外的应用和实践情况，实践证明2 0 k v 配电网络 能够有效减少线损率，节能效果明显，但2 0 k v 的应用应积极进行论证分析。本文介绍 了北京地区电压等级的发展历程，研究了2 0 k v 配电电压在北京地区电网的应用前景， 从电网远景建设规模、供电半径、电压质量和经济性等方面对北京市某规划区采用1 0 k v 配网模式和2 0 k v 配电模式进行规划比较，并分析了2 0 k v 适用区域的选择以及引入 2 0 k v 电压等级的时机，探讨了北京地区电网2 0 k v 配电网中性点接地方式的选择问题 以及主变并列运行的可行性。 关键词：2 0 k v ，北京电网，电网规划，升压改造 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no f2 0 k vd i s t r i b u t i o nv o l t a g ea n dp r a c t i c a l e x p e r i e n c e s h o m ea n da b r o a da r es u m m a r i z e d i ti sp r o v e dt h a t2 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc a n e f f e c t i v e l yr e d u c et h el o s so fn e t w o r ka n ds a v em o r ee n e r g y t h ed e v e l o p m e n to f v o l t a g eg r a d e i nb e i ji n gp o w e rn e t w o r ki s i n t r o d u c e di n t h i sd i s s e r t a t i o n t h e p r o s p e c to fa p p l i c a t i o no f2 0 k vd i s t r i b u t i o nv o l t a g eg r a d ei ss t u d i e d t h ep o w e r n e t w o r ki no n ep l a n n i n ga r e ai sp l a n e ds e p a r a t e l yw h e nt h em i d v o l t a g eg r a d ei s 2 0 k va n d10 k v t h ep l a n n i n gr e s u l t sa r ec o m p a r e dt h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o ns c a l e ， r a d i u so fp o w e rs u p p l y , v o l t a g e q u a l i t ya n de c o n o m i c a la n a l y s i s t i l en e u t r a l g r o u n d i n gm o d e s a n d f e a s i b i l i t y o fo n et r a n s f o r m e r o p e r a t e s w i t ho t h e r t r a n s f o r m e r sa r ed is c u s s e d l iw e i ( p o w e rs y s t e mp l a n n i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i uz i f a k e yw o r d s ：2 0 k v , b e i j i n gp o w e rn e t w o r k ，n e t w o r kp l a n n i n g ，e v o l u t i o nb y u p g r a d i n gv o l t a g eg r a d e 华北i 也力人学t 程硕l ：专业学位论文 目录 中文摘要 一 英文摘要 第一章绪论l 1 1 论文选题的意义和背景1 1 2 国内外2 0 k v 电压等级应用现状及研究动态l 1 3 课题研究的主要问题和技术难点3 1 4 本文的工作与安排4 第二章国内外输配电电压序列的发展历程。5 2 1 国内输配电电压序列的发展历程5 2 1 1 国内输电网电压等级的变化5 2 1 2 国内中压配电网电压等级的变迁5 2 1 3 国内电网电压等级序列现状一7 2 2 国外输配电电压序列的发展情况及现状7 2 3 北京地区电网的发展历程及现状9 2 4 小结一1o 第三章电压等级序列合理配置方案的研究l l 3 1 电压等级序列合理配置的主要思路1 l 3 2 电压等级序列合理配置的原则与标准1 1 3 3 不同变电电压对主变压器低压侧短路电流的影响1 2 3 4 不同变电电压对主变压器最大容量的影响1 3 3 5 小结1 3 第四章北京地区电网采用1 0 k v 与2 0 k v 配电电压的比较一：1 4 4 12 2 0 k v 变电站主变低压侧可用容量比较14 4 2 配电网输送能力比较1 5 4 3 供电损耗比较：一16 4 4 电压质量比较16 4 5 供电半径比较l6 4 6 供电可靠性比较17 4 6 1 假设条件17 4 6 2 可靠性分析模型1 7 4 7 小结。l8 第五章典型地区选取及负荷分析1 9 5 1 典型区域的选择原则1 9 华北i u 力人学丁程硕：i ：专业学位论文 5 2 规划地区概况1 9 5 3 规划地区电网现状2 0 5 4 规划地区规划情况及负荷需求预测2 0 5 5 小结2 3 第六章规划地区采用1 0 k v 中压配电电压电网规划2 4 6 1 高压电网规划2 4 6 1 1 高压变电站规划建设原则2 4 6 1 2 高压变电站规划2 4 6 2 中压电网规划2 5 6 2 1 中压电网规划建设原则2 5 6 2 210 k v 电网规划2 6 6 3 隧道管井规划2 6 6 3 1 地区隧道管井规划目标与原则2 6 6 3 3 规划地区电力隧道管井规划2 7 6 4 小结2 7 第七章规划地区采用2 0 k v 中压配电电压电网规划。2 8 7 1 高压电网规划2 8 7 1 1 供电方案一2 8 7 1 2 供电方案二2 9 7 2 运行方式探讨2 9 7 3 中压电网规划3 2 7 42 0 k v 系统中性点接地方式3 2 7 4 1 国内外配网中性点接地方式现状3 2 7 4 2 北京地区2 0 k v 系统中性点接地方式探讨3 3 7 5 电力隧道管井规划3 4 7 6 ，j 、结3 5 第八章规划地区中压采用1 0 k v 和2 0 k v 的比较3 6 8 1 建设规模比较3 6 8 2 供电半径比较3 7 8 3 供电质量比较3 7 8 4 供电损耗比较：3 8 8 5 占地面积比较3 9 8 6 供电可靠性比较4 0 8 7 投资估算比较4 1 8 8 小结4 3 h 华北i 【l 力人学t 程顾i j 专业学位论文 第九章全文总结与展望4 4 参考文献4 5 致谢4 7 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 8 1 1 1 ，r 二 华北l u 力人学t 程顾i ：专业学位论义 1 1 论文选题的意义和背景 第一章绪论弟一早三石t 匕 多年来，我国电网建设坚持统一规划，电压等级配置依据各个地区特点和历史形成， 总体配置合理规范，有力地支持了经济社会进步。但是，随着经济的高速发展，地区用 电负荷需求增长迅猛，在北京、上海、江苏等部分地区电力负荷密度已经接近国外部分 发达国家水平，现有配电网供电能力逐渐出现不能满足供电需求的情况。“十一五 、 “十二五”、“十三五”是实现全面小康社会宏伟目标的关键时期，如何保证配电网满 足负荷发展需求亟需研究，配电网电压等级，尤其是中压配电网电压等级的合理选择是 确保配电网健康有序发展的核心。 国家电网公司通过召开2 0 k v 应用研讨会等形式在着力研究我国中压配电电压升级 的可能性和可行性，从现有的理论研究成果看，提升中压配电电压可以降低线路损耗， 能够适应国家建设资源节约型、环境友好型和谐社会的要求，同时也能在一定程度上提 升电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，增 加电网的供电能力。 北京电网现有的中压配电电压等级为1 0 k v ，配电网存量资产特别庞大，尤其是现 状发展较为成熟的城市地区1 0 k v 配电网网络日臻完善；近几年北京市调整城市规划和 经济发展规划，准备在未来一段时间重点建设十一个新城和金融功能区等多个高端产业 区，其中新城是在现有区县中心基础上的扩展，但金融功能区等高端产业区多在现状未 开发地区，配网尚未形成规模，而且这些区域的预测负荷密度均较高，类似地区配电网 在供电能力、节能降耗、电压序列配置等方面存在优化的可能性。 1 2 国内外2 0 k v 电压等级应用现状及研究动态 2 0 k v 中压配电网介于1 0 k v 中压配电网与3 5 k v 高压配电网之间。鉴于我国电力负 荷水平和统一配电电压的要求，1 9 7 6 年颁发的有关规程中删掉了2 0 k v 电压等级。因此， 国标g b l 5 6 8 0 额定电压没有列入2 0 k v 这一电压等级。而后，经过反复研讨和多 方论证，考虑到原配电网改造有相当的难度，决定将2 0 k v 电压等级加括号列入 g b l 5 6 1 9 9 3 标准电压国标。 国际上，在i e c 标准中压中规定有2 0 k v 电压等级。将2 0 k v 电压等级列为国家标 准的有美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大、德国、保加利亚、匈牙利和中国 竺【l 】 口o 华北i u 力人学t 程硕i j 专业学位论义 采用2 0 k v 电压等级供电与采用1 0 k v 电压等级供电相比，可以提升电网的输送能 力、降低线路损耗、扩大供电半径等，尤其适用于负荷密度比较高、需要提高电网输送 能力的城市地区【2 】或者输电距离较远、需要提高电压质量、扩大供电半径的农村地区或 偏远山区【3 1 。 目前，国外许多发达国家均采用2 0 k v 电压等级供电，国内也有一些地区进行了 2 0 k v 电压等级的应用及研究工作1 4 5 j 。 ( 1 ) 国外2 0 k v 电压等级的应用现状及研究动态 国外中压配电网现已普遍采用2 0 k v 配电电压，法国、英国、意大利、俄罗斯、德 国、美国、日本、印度等1 7 个国家2 0 k v 电网现已运行多年；东亚、东南亚1 4 个国家 中，已有新加坡、马来西亚、韩国等9 个国家采用2 0 k v 电压等级供电【6 1 。 法国是一个经济发达的西欧国家，电网国有化初期，中压配电电压等级由5 5 、l o 、 1 5 、2 0 、3 0 k v 五种构成，其中，1 5 k v 被法国电力公司( e d f ) 确定优先发展。上世纪 6 0 年代初，随着电力需求的增长和负荷密度的增加，1 5 k v 电压等级的劣势逐渐显露， e d f 在总结当时配电网实际运行情况和经验的基础上，通过标准化研讨和技术经济分 析比较，认定2 0 k v 电压等级在技术上可行、经济上合理，将2 0 k v 作为中压配电网唯 一的标准电压。经过长期探索、改造和不断努力，9 0 年代初期法国约有2 3 电网得到标 准化改造，到目前为止，电网电压改造基本完成【7 9 】。 俄罗斯( 前苏联) 自1 9 0 0 年开始建立1 0 k v 线路，2 0 k v 中压配电电压等级大概出 现在1 9 0 4 年前后。上世纪6 0 年代以后，配电网除少数大城市1 0 k v 等级尚未改造之外， 几乎都采用了2 0 k v 电压等级i 1 0 , 1 1 】。 韩国配电系统原来多为6 6 k v ，从上世纪7 0 年代初韩国开始进行由6 6 k v 升至 2 2 9 k v 的中压配电网改造，于上世纪9 0 年代末( 历经近3 0 年) 才全部改造完成，改 造后的配电网电压配置方案为2 2 0 6 6 2 2 9 0 4 k v1 2 l 。 经过多年的发展，新加坡电网形成了2 3 0 6 6 2 2 0 4 k v 的电压等级序列，新能源电 网公司2 2 k v 配网采用环网结构闭环运行的接线方式。同一个双电源变压器并联运行的 变电站( 6 6 2 2 k v ) 的每两回馈线构成环网，即花瓣结构。不同电源变电站的每两个环 网中间又相互联络，开环运行，组成花瓣式相切的形式。通常两个环网之间的联络处为 该环网的最重要的负荷。目前新加坡电网还存在少量的6 6 k v 电网，不过现状6 6 k v 电 网是逐步淘汰的电网，该电网目前为n 1 单环网接线，开环运行，环网上配置为环网开 关，采用过流及接地故障后备保护。计划在发展新客户时逐步将6 6 k v 电网逐步改造为 2 2 k v 配电网。 ( 2 ) 国内2 0 k v 电压等级的应用现状及研究动态 目前，2 0 k v 电压等级在我国苏州工业园区有一定规模应用，在辽宁本溪电业局有 少量试剧1 3 】。 苏州工业园区是苏州市与新加坡共同开发的一个高新技术区，是我国大陆地区首先 2 华北电力人学t 程硕j ：专业学位论文 较大规模采用2 0 k v 的地区，规划占地约7 0 k m 2 ，远景最高负荷为3 0 3 0 m w ，在园区内 配电网采用2 2 0 11 0 2 0 0 4 k v 电压等级配置方案，1 9 9 6 年3 月投入运行。整个配电网采 用电缆供电，至今已运行1 3 年，取得了较好的效果，并且在规划、建设、运行和维护 等方面积累了一定的经验【l4 1 。2 0 0 7 年国内首次在苏州实施了2 0 k v 架空线工程，线路除 柱式绝缘子外与l o k v 线路完全一致，采取全绝缘线架设，也取得了成功。目前国家发 改委己核定江苏省2 0 k v 销售电价比3 5 k v 销售电价高9 元m w h ，比1 0 k v 销售电价低 6 元，m w h t l5 1 。 辽宁本溪电业局2 0 k v 配电电压试点主要为解决l o k v 电压质量不满足要求的问题， 线路设计长度6 4 5 k m ，其中改造线路3 5 8 k m ，新建线路2 8 7 k m 。- r _ 程应用的6 6 2 0 k v 室内变电所中的两台变压器均为沈阳变压器责任有限公司生产的特制变压器【i6 1 。 一些专家和研究人员也对天津滨海新区采用2 0 k v 电压等级进行了论证和研究 1 7 , j s 】，研究表明，在天津滨海新区或者其局部地区采用2 0 k v 中压电压等级配电，在理 论上和技术上都是可行的，但是由于与其他区域电网的配合等原因，建议天津滨海新区 在有条件的情况下进行2 0 k v 供电方案的试点，逐步积累运行管理经验，为2 0 k v 的推 广使用做好准备工作。 另外，上海金山工业园区、南京电网等其他电网【1 9 2 6 】也进行了2 0 k v 电压等级应用 前景的探讨。 1 3 课题研究的主要问题和技术难点 本课题在充分分析国内外2 0 k v 电压等级的应用和研究成果的基础上，主要针对北 京地区电网采用2 0 k v 电压等级供电的前景进行研究，选择典型地区电网进行2 0 k v 电 压等级应用的可能性研究以及与1 0 k v 电压等级的对比研究。课题研究的主要问题和技 术难点如下： ( 1 ) 分析北京地区电网发展的历程和现状，提出可行的中压配电电压等级 分析国内外现有中压配电网络电压等级现状以及发展历程，提出中压配电网可行的 电压等级。根据北京电网的具体情况，由于2 2 0 k v 电网已经构成了北京地区电网的主 网架，因此若要进行电压序列的优化配置，2 2 0 k v 电压等级不能改变；而低压3 8 0 v 电 压等级由于用户的需求也不宜改变，因此本课题主要研究可以作为中压配电电压的 l o k v 和2 0 k v 两个电压等级与相邻上下级电网电压等级包括1 1 0 k v 、2 2 0 k v 和0 4 k v 的 配置原则以及配置方案之间的比较。 ( 2 ) 对1 0 k v 和2 0 k v 两种中压配电方案进行比较 选择北京典型地区电网为研究对象，分别对该典型地区电网采用l o k v 配电电压和 2 0 k v 配电电压进行规划，将1 0 k v 和2 0 k v 两种中压配电方案在配电网输送能力、供电 损耗、电压质量、供电半径以及供电可靠性、建设经济性等方面进行比较。 3 华北电力人学丁程硕i - 号业学位论文 ( 3 ) 对2 0 k v 配电电压的主变运行方式和中性点接地方式进行探讨 为进一步提高配电网供电可靠性，减少线路或上级电源元件n 1 故障情况下各级母 联自投时对客户供电可靠性的影响，需探讨各级电源及客户高压侧母联合母线运行的方 式。短路水平是制约能否采用合母线运行的最主要因素，采用合母线运行方式会减小各 级系统的阻抗值，提高短路水平。因此，需结合2 0 k v 设备的制造水平，进行运行方式 的研究。 随着供电系统的不断扩大和电缆馈线回路的增加，合理地选择电网中性点接地方式 已成为关系电网运行可靠性的关键技术问趔2 ”0 1 。因此，需考虑系统绝缘水平和经济性、 继电保护装置动作的可靠性、供电可靠性、系统运行环境等因素来考虑2 0 k v 供电系统 的中性点接地方式的问题。 1 4 本文的工作与安排 分析北京地区电网的现状电压等级序列及电网存在的问题，参考国内外运行成熟的 电压等级序列，选取合适的中压配电电压等级进行研究 根据国内外2 0 k v 配电电压的应用经验，2 0 k v 配网的应用应综合考虑经济性和可 行性，在北京地区选择新兴区域或现状电网基础比较薄弱，但未来发展负荷密度高、电 力需求增长迅猛的区域作为典型区域。分析典型区域的电网现状，根据规划情况预测该 区域的负荷需求，以负荷需求为基础，对该典型区域采取l o k v 配电电压和2 0 k v 配电 电压分别进行区域电网的规划。 根据电网规划结果，对中压配电电压采取l o k v 电压等级和2 0 k v 电压等级的供电 方案在建设规模、供电半径、供电质量、占地面积、供电可靠性以及经济性等方面进行 比较，选取各方面综合最优方案为典型地区电网的最终中压配电方案。 对2 2 0 2 0 k v 主变采用常规阻抗时，在分列运行、并列运行等运行方式下，进行2 0 k v 侧的短路电流计算，验证各种运行方式下主变采用常规阻抗能否满足2 0 k v 设备短路水 平的要求。结合2 0 k v 设备对短路水平的要求，计算各种运行方式下若要短路电流限制 在2 0 k v 设备对短路水平的要求之内所需的2 2 0 2 0 k v 主变阻抗值。该计算结果可以为 主变的运行方式及主变阻抗的选择提供指导。 在我国配电系统中，中性点的接地方式基本上有中性点不接地方式、中性点经小电 阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式3 种。分析3 种中性点接地方式的优缺点，考 虑到系统绝缘水平和经济性、继电保护装置动作的可靠性、供电可靠性、系统运行环境 等因素来研究2 0 k v 供电系统的中性点接地方式的选择问题。 最后，对本课题的研究进行总结，并对北京地区电网采用2 0 k v 配电电压等级提出 建议。 4 华北电力人学- t 程硕j j 专业学位论文 第二章国内外输配电电压序列的发展历程 2 1 国内输配电电压序列的发展历程 2 1 1 国内输电网电压等级的变化 新中国成立后，国内输电网首先逐步统一了2 2 0 k v 、l l o k v 两级电压，取消了京津 唐电网的7 7 k v 和东北电网的1 5 4 k v 系统。其后，输电电压等级不断提高，6 0 年代木， 随着刘家峡水电站的建成，西北地区输电电压提高到3 3 0 k v ；7 0 年代，随着经济发展、 大型负荷的增长以及大电源的建设等，我国开始发展5 0 0 k v ，经过多年建设，5 0 0 k v 逐 渐成为我国省及跨省大区电网的骨干网架。随着我国特高压电网的开工建设，7 5 0 k v 和 1 0 0 0 k v 电压作为电网最高电压等级将有较大发展。 从长远角度来看，高一级电压等级的出现必然会引起原有电压等级功能的变迁。在 上海、北京等大型城市为了满足城市中心负荷快速增长的需要，已建成或开始着手建设 深入城区的5 0 0 k v 变电站，其在电网中扮演的功能显然不同以往。北京、上海、苏州、 杭州等大型城市为解决供电质量以及减少占地等问题，均已在市中心引入2 2 0 k v 变电 站，2 2 0 k v 变电站在大型城市已逐渐呈现配电网的功能特点。 上述演变情况说明国内电网整体电压等级有逐渐升高的趋势。经过几十年的演变， 目前国内输电网以5 0 0 2 2 0 k v 输电电压序列为主，西北地区存在3 3 0 k v 的输电电压， 东北地区存在6 6 k v 输电电压；我国特高压电网建成后，国内将形成1 0 0 0 5 0 0 2 2 0 k v 的 输电电压序列，在西北地区将形成7 5 0 3 3 0 k v 的输电电压序列。 2 1 2 国内中压配电网电压等级的变迁 随着经济社会发展，生产、生活电气化程度提高以及地区负荷密度水平增长，国内 中压电压等级也经历了一个逐渐发展的过程。目前国内中压配电网l o k v 电压等级占据 主导地位，部分地区结合大用户点负荷辅以3 5 k v 电压等级供电，2 0 k v 电压等级在苏 州工业园区等地有试点应用。 ( 1 ) 1 0 k v 作为中压配电电压等级的形成历程 国内中压配电网电压等级的选择和应用经历了一个逐步发展的过程，l o k v 作为中 压配电电压等级是通过逐渐发展改造和标准化而来的。 解放初期，我国中压配电电压等级有2 、3 、6 、l o k v4 种，上世纪5 0 年代中期开 始了第一轮城网升压改造工程，很多城市明确提出将l o k v 作为中压配电网电压等级。 1 9 7 6 年，原电力部出于满足当时负荷水平和统一配电电压等级的需要，在颁布的相关 华北i 【l 力人学- t 程颂i j 专业学位论文 规程和标准中规定3 、6 、1 0 k v 为中压标准电压，并以1 0 k v 为主。1 9 9 3 年颁布的城 市电力网规划设计导则中进一步明确中压配电电压为1 0 k v ，同时此举还统一了设备 标准、方便了运行。 此后的实践证明，这一重要举措有力地加快了电网自身的发展，保障了国家的经济 建设，通过将全国繁杂众多的中压配电电压逐渐统一为1 0 k v ，扩大了对用户的供电能 力，改善了供电电能质量，大大降低了配电系统损耗。 目前，大部分地区采用1 0 k v 仍能满足当前负荷水平，但在个别经济较发达地区， 特别是大型城市，例如北京、苏州等地1 0 k v 已出现不能适应负荷进一步增长的情况。 ( 2 ) 3 5 k v 电压等级在配电网中功能角色的变迁 电压等级随着用电水平变化而不断变迁，目前我国3 5 k v 电压等级在网络中的地位 和作用正经历从高压配电电压降为中压配电电压的发展过程。 2 0 世纪8 0 年代以前，我国主要以2 2 0 k v 电压等级的电网为骨干网架，用电负荷水 平低，负荷分布分散性大，3 5 k v 一直作为与6 6 k v 、l1 0 k v 并行的高压配电电压等级， 作为连接电网与用户的纽带时需在3 5 k v 与0 4 k v 问增加1 0 k v 担当中压配电电压等级 的角色。 2 0 世纪8 0 年代后，伴随着我国经济社会高速发展，电网负荷快速增长，电网规模 也逐渐扩大，在城市电网升压和改造过程中，根据发展特点不同，以北京为代表的部分 城市选择了l1 0 k v 作为高压配电网电压等级，逐步限制3 5 k v 配电电压等级的发展；而 以上海、天津、青岛为代表的城市电网则以3 5 k v 作为城市配电网的高压配电电压等级， 不发展1 1 0 k v 。 进入新世纪后，随着我国经济社会的快速发展，电力负荷增长迅猛、高负荷密集地 区大大增加，1 0 k w 配出容量小、出线通道多等限制因素产生的问题开始显现，而3 5 k v 输送能力高、供电半径大、损耗低的优势同益突出，一些地区如商场、医院等大负荷用 户在电网运营部门引导下开始自觉将3 5 k v 应用为中压配电电压，即采用3 5 0 4 k v 配电 变压器的供电方式，因此在上述地区出现了1 0 k v 与3 5 k v 作为中压配电电压等级并存 的现象。 ( 3 ) 2 0 k v 作为中压配电电压等级的试点 在1 9 4 9 年之前，我国电力工业发展缓慢，电压按具体工程决定，电压等级繁多， 1 9 0 8 1 9 4 3 年，建成了2 2 、3 3 、4 4 、6 6 、1 1 0 k v 和1 5 4 k v 等电压等级的输电线路，2 2 k v 以高压配电电压等级存在。随着我国电网发展和电压等级系列简化、1 0 k v 作为中压配 电电压的逐步统一、3 5 k v 和1 1 0 k v 作为高压配电电压的推广，2 0 k v 电压等级被取消。 全国农电学会1 9 8 4 , - , 1 9 8 6 年曾两次召开关于2 0 k v 电压制的专题学术研讨会，明确 提出1 1 0 2 0 k v 电压制为农网电压等级的优化组合方案。1 9 9 3 年国家公布的 g b l 5 6 9 3 标准电压中，正式将2 0 k v 电压列为标准电压，为简化电压等级、优化电压序列、减 少变电层次提供了依据。 6 华北l 乜力人学t 程硕i ：专业学位论文 目i j ，2 0 k v 电压等级在我国苏州工业园区有一定规模试点应用，在辽宁本溪电业 局有少量试点l l j 。 苏州工业园区是苏州市与新加坡共同开发的一个高新技术区，是我国大陆地区首先 较大规模采用2 0 k v 的地区，规划占地约7 0 k m 2 ，远景最高负荷为3 0 3 0 m w ，在园区内 配电网采用2 2 0 11 0 2 0 0 4 k v 电压等级配置方案，1 9 9 6 年3 月投入运行。 辽宁本溪电业局2 0 k v 配电电压试点主要为解决l o k v 电压质量不满足要求的问题， 线路设计长度6 4 5 k m ，其中改造线路3 5 8 k m ，新建线路2 8 7 k m 。工程应用的6 6 2 0 k v 室内变电所中的两台变压器均为沈阳变压器责任有限公司生产的特制变压器。 2 1 3 国内电网电压等级序列现状 从大的电压等级分析，目前我国电网主要可以分为三类： 华北、华东、华中地区主要电压等级序列相同( 不考虑特高压与直流) ，主要为 5 5 0 2 2 0 l1 0 ( 3 5 ) 1 0 0 4 k v ； 东北地区以6 6 k v 代替1l o k v ，主要为5 0 0 2 2 0 6 6 1 0 0 4 k v ： 一 西北地区分两种情况，大部分地区以3 3 0 代替2 2 0 k v ，主要为： 7 5 0 3 3 0 l1 0 ( 3 5 ) 1 0 0 4 k v ；在宁夏部分地区为：7 5 0 2 2 0 l1 0 ( 3 5 ) 1 0 0 4 k v 。 同一区域内各个地区的配电电压等级也有所差别，大多数城市电网中采用的电压等 级序列为2 2 0 1 1 0 1 0 0 4 k v ，九十年代以后3 5 k v 在公用网中发展较少，主要是供给大 的专用客户；上海、天津、威海、青岛等少数城市采用的电压等级序列为2 2 0 3 5 1 0 0 4 k v ， l l o k v 发展较少，但近年上海随着负荷发展，3 5 k v 作为高压配电网发展逐步受到土地 资源等的约束，而且由于城区2 2 0 k v 布点困难，为减少2 2 0 k v 变电站新建座数，提高 了单台变压器容量，2 2 0 3 5 k v 变压器容量受限，所以引入2 2 0 11 0 3 5 变压器。 农网由于负荷点分散，电压质量是主要问题，目前电压等级序列以 2 2 0 11 0 3 5 1 0 0 4 k v 为主，其中部分地区采用3 5 0 4 k v 。 2 2 国外输配电电压序列的发展情况及现状 发达国家配电网已陆续完成了发展、更新过程，目前进入到较为平稳的发展阶段。 在国外，配电网中压配电电压等级的应用种类很多，不下2 0 余种，并且欧、美、亚、 非、澳各洲不尽相同，表2 一l 给出了部分发达国家城市电网电压等级配置情况【5 1 。 表2 1 部分发达国家城市电网电压等级序列 城市名称电压等级配置( ； 法国巴黎 4 0 0 2 2 5 2 0 0 一 i 7 华北i u 力人学t 程顾l ：专业学位论文 意大利罗马 3 8 0 1 5 0 ( 1 2 0 ) 2 0 0 4 美国纽约 3 4 5 13 8 2 5 ( 2 3 ) 0 4 4 0 0 2 2 5 l3 2 l i 0 4 k v 英国伦敦 ( 正引入2 0 k v 的试点) 葡萄牙 4 0 0 2 2 0 ( 15 0 ) 2 0 0 4 荷兰4 0 0 2 7 5 15 0 ( 110 ) 5 0 10 0 4 新加坡 2 3 0 6 6 2 2 0 4 韩国汉城 7 6 5 3 4 5 15 4 2 2 9 0 4 5 0 0 2 7 5 6 6 2 2 0 1 ( o 4 ) 口本东京 5 0 0 2 7 5 6 6 6 6 0 i ( o 一 5 0 0 15 4 2 2 6 6 0 1 ( o 4 ) 为进一步了解主要发达国家中压配电网的发展演变过程，以下分别选择法国、俄罗 斯、韩国、新加坡四个国家进行说明。 ( 1 ) 法国 法国是一个经济发达的西欧国家，电网国有化初期，中压配电电压等级由5 5 、l o 、 1 5 、2 0 、3 0 k v 五种构成，其中，1 5 k v 被法国电力公司( e d f ) 确定优先发展。上世纪 6 0 年代初，随着电力需求的增长和负荷密度的增加，1 5 k v 电压等级的劣势逐渐显露， e d f 在总结当时配电网实际运行情况和经验的基础上，通过标准化研讨和技术经济分 析比较，认定2 0 k v 电压等级在技术上可行、经济上合理，将2 0 k v 作为中压配电网唯 一的标准电压。经过长期探索、改造和不断努力，9 0 年代初期法国约有2 3 电网得到标 准化改造，到目前为止，电网电压改造基本完成。 过去巴黎市区内比较复杂，电压等级序列比较混乱，巴黎配电网的电压等级在2 0 多年的时问里发生了较大变化。它用了近3 0 年的时问对中压电网进行改造，取消了其 它等级，统一为2 0 k v 。1 9 7 6 年巴黎配电网4 2 为2 0 k v ，5 8 为3 k v 和1 2 k v ，到了 1 9 9 9 年，巴黎9 8 5 的配电网为2 0 k v ，1 5 为1 2 k v ，采用2 2 5 k v 2 0 k w ( 3 3 8 、2 2 0 ) v 输配电电压等级代替旧的输配电系统，取得了卓有成效的成绩。 在巴黎远郊形成了4 0 0 k v 双环网，环绕市区外围组成了较强的2 2 5 k v 环网，并以 放射性方式向市区中心的2 2 5 k v 变电所供电。经过电网改造，目前巴黎电网有3 7 座 2 2 5 2 0 k v 变电站，变电容量4 3 2 0 m v a ，其2 0 k v 电缆线路有8 0 0 条，共5 3 0 0 k m ；2 2 5 k v 变电站低压侧接线方式采用但母线分段方式，每个变电站出4 条2 0 k v 馈线，两座变电 站之间利用电缆相连实现手拉手结构。而在市中心配电网形成2 0 k v 三回路环形结构网， 8 华北f u 力人学t 程顺i ：专业学位论义 公用变压器挂在两条电缆上，一主一备双回路供电，互为备用，提高其供电可靠性。 ( 2 ) 俄罗斯 俄罗斯( 前苏联) 自1 9 0 0 年开始建立l o k v 线路，2 0 k v 中压配电电压等级大概出 现在1 9 0 4 年前后。上世纪6 0 年代以后，配电网除少数大城市1 0 k v 等级尚未改造之外， 几乎都采用了2 0 k v 电压等级。 ( 3 ) 韩国 韩国配电系统原来多为6 6 k v ，从上世纪7 0 年代初韩国开始进行由6 6 k v 升至 2 2 9 k v 的中压配电网改造，于上世纪9 0 年代末( 历经近3 0 年) 才全部改造完成，改 造后的配电网电压配置方案为2 2 0 6 6 2 2 9 0 4 k v 。 ( 4 ) 新加坡 经过多年的发展，新加坡电网形成了2 3 0 6 6 2 2 0 4 k v 的电压等级序列，新能源电 网公司2 2 k v 配网采用环网结构闭环运行的接线方式。同一个双电源变压器并联运行的 变电站( 6 6 2 2 k v ) 的每两回馈线构成环网，即花瓣结构。不同电源变电站的每两个环 网中间又相互联络，开环运行，组成花瓣式相切的形式。通常两个环网之间的联络处为 该环网的最重要的负荷。 目前新加坡电网还存在少量的6 6 k v 电网，不过现状6 6 k v 电网是逐步淘汰的电网， 该电网目前为n 1 单环网接线，开环运行，环网上配置为环网开关，采用过流及接地故 障后备保护。计划在发展新客户时逐步将6 6 k v 电网逐步改造为2 2 k v 配电网。 2 3 北京地区电网的发展历程及现状 北京电网的发展经历了一个漫长的过程，在这个过程中，为了适应社会的发展，北 京电网的电压不断爿高，结构同趋合理。北京电网发展过程中，为提高供电能力，扩大 供电范围，满足负荷需求，逐步提高了电压等级，最高电压等级由最初的5 2 k v 逐步升 级到现在的5 0 0 k v ，形成了现状5 0 0 2 2 0 1 1 0 1 0 5 k v 的输配电电压等级序列，待北京东 1 0 0 0 k v 特高压变电站投入运行后，北京电网的最高电压等级将升高为1 0 0 0 k v 。 北京地区电网是华北电网的重要组成部分，是华北电网的负荷中心和网架中心，承 担着为首都电网供电的光荣任务，在华北电网中处于十分重要的地位。北京电网经历了 一个长期的发展历程，到现在已经形成了以5 0 0 k v 电网为主干的环形网架，2 2 0 k v 电 网枢纽变电站与5 0 0 k v 电网形成电力下送的主要通道，分区运行，2 2 0 k v 负荷变电站 及1 l o k v 变电站呈放射状网络运行的供电模式。现状北京电网的电压序列以 5 0 0 2 2 0 11 0 1 0 5 k v 为主，3 5 k v 电压等级在各城近郊区和远郊区县也部分存在，市区范 围内比例较小。 随着北京经济和社会发展以及人民群众生活水平的提高，电力需求保持较高的增长 速度，尤其是将来新城和金融功能区将成为北京市建设的重点，北京电网的负荷密度将 q 牛北i u 力人学t 程颂卜号业学位论文 逐步增大。金融功能区以及一些新城的远期负荷密度可达到发达国家城市的负荷密度， 在这些地区如果采用1 0 k v 配网供电，受制于土地资源以及环保约束等问题，变电站的 密度过大以及中压配电电缆的路径过长都是要面临的难题。 2 4 小结 通过对世界主要国家及国内电网电压等级发展和改造过程的回顾和分析可知： ( 1 ) 1 0 k v 和2 0 k v 电压等级作为中压配电电压等级在国内外均有应用实践。 ( 2 ) 伴随着经济发展，电网规模扩大，配电网电压等级并非一成不变，而是不断进 行着统一梳理与电压逐步升级统一的过程。 ( 3 ) 中压配电网改造是一个系统而复杂的工程，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到结束都经历了较为漫长的历史过程。例如，法国和韩国都 经历了大约3 0 年才全部改造完成。 ( 4 ) 中压配电网电压等级选择需要充分考虑地区性的差异，同一个国家不同地区由 于发展程度不同，可能存在多种序列。 f ， i o 华北l u 力人学工程硕，i ：专业学位论文 第三章电压等级序列合理配置方案的研究 电压等级序列合理配置问题是确定配电网发展战略的重要内容之一，是一项提高电 网总体适应性的宏观决策，关系到节约土地资源，统筹规划变电站站址和通道资源，规 范城市电网结构，推进变电站标准设计，提高供电可靠性，提升供电能力，方便运行维 护，降低电网损耗，减少电网投资，增加企业经济效益等重要问题，应当高度重视，全 力推进。 3 1 电压等级序列合理配置的主要思路 我国现有电压序列等级同发达国家相比，主要存在两个问题：一是变电层次较多， 一般为5 级变压，有些地区为6 级变压；二是中压配电电压( 1 0 k v ) 难以适应未来城 市发展的供电需求。 目前，g b l 5 6 2 0 0 3 标准电压规定我国电网可以选择采用的标称电压为7 5 0 、5 0 0 、 3 3 0 、2 2 0 、1 l o 、6 6 、3 5 、2 0 、1 0 、6 、0 4 k v ，此外1 0 0 0 k v 和7 5 0 k v 是我国正在建设 的电压等级，合理的电压等级序列应在上述标称电压中选择配置。 根据输电距离和输电容量的需要，我国2 2 0 k v 及以上超高压和特高压电压等级序 列的功能定位在国家电网规划中已经明确，而低压0 4 k v 侧由于用户设备数量庞大，调 整也不现实。所以，能够合理配置的电压等级序列只能在标称电压1 1 0 、6 6 、3 5 、2 0 、 l o k v 中进行组合。 因此，电压等级序列合理配置的核心就是提高中压配电电压等级，简化电压等级序 列。 3 2 电压等级序列合理配置的原则与标准 电压等级序列合理配置需要进行全局性的技术经济综合分析，要和城市未来经济发 展相适应，还需要考虑到电气设备的制造水平，然后才能做出决策。 电压等级序列合理配置的原则与标准是： ( 1 ) 有利丁降低电网整体投资； ( 2 ) 有利于降低损耗； ( 3 ) 有利于节约站址和通道资源； ( 4 ) 有利于提升供电能力和供电可靠性： ( 5 ) 便于运行维护； 华北电力人学丁程硕：l ：号业学位论义 ( 6 ) 适应性强，兼顾远近需求。 3 3 不同变电电压对主变压器低压侧短路电流的影响 变压器二次侧短路电流计算的等值电路如图3 1 所示。 两 岛 图3