6合肥市20kv电压配电项目可行性初探-鸿业科技.doc

合肥市20KV电压配电项目可行性初探李迪明作者简介：合肥市规划局，工程师电力网中，配电网担负着承上启下的重要作用。发电厂生产的大量电能以高压大功率的形式通过输电网输送到各负荷中心，必须经配电网再传输、分配，以最适当的电压等级输送到用户中。配电网作为输电网与电力用户之间的桥梁，其结构和变电层次是否合理，关系到整个网络能否安全、可靠、经济运行。目前我市所采用的220110100.4和220110350.4两种变电层次的配电网无法完全满足现状及规划城市用电负荷需求，因此，开展对城市新的配电网电压层次研究，寻找输送容量更高、输变电网络更优、工程造价更经济、与现状城市电网结合更好的替代性配电网电压层次的工作，已成为目前我市所必需开展研究的课题。在这样的情况下，将220110100.4电压层次升为220110200.4电压层次，是解决中压配电容量不足，提高供电可靠性，满足用户用电需求的好方法。二 国内外20 KV配电电压等级的发展现状相关资料表明，随着经济的发展，负荷的增长，为了寻求最低支出和最高经营利润，美国早在1948年就部分采用了20.824.9 KV电压；法国和德国在20世纪60年代初开始发展20 KV电压等级；80%的欧洲国家，如意大利、奥地利、保加利亚、波兰等，中压配电均采用2025 KV；同期，前苏联几乎将所有大城市的10 KV改造成20 KV。目前，在14个亚洲国家和地区中，已有9个采用20 KV作为中压配电电压等级。在国内，早在1996年，苏州电力公司已经在占地面积约70km2的中新工业园区采用了20KV电压等级供电，目前已发展到有1座220KV、3座110KV变电站向园区提供20KV电源。三 20 KV配电网络建设的必要性与可行性1 合肥市配电网络现状合肥市配电网目前主要采用220110100.4KV四级变电层次，这种变电层次在过去二、三十年我国经济由弱至强逐步发展的时期为电力供应提供了有力的保障。但是，随着我国工业化进程的加快以及城市规划区范围不断拓展，现状老城区内用地日益紧张，城市各新增组团间距不断扩大，导致电力需求旺盛、负荷增长迅速且分布相对集中，导致区域负荷密度很高，采用10KV供电的局限性日趋突出。主要表现在：（1）由于110/10KV变电容量及10KV配出负荷有限，在负荷集中区域所需的变电站数量增长很快，但新建站址选址、征地困难，线行进出供电线路通道难以落实，导致10KV的电源点建设不足，变电容载比小，许多110KV站不满足N-1要求(即在变电所内任何设备在停运一台的情况下，不影响正常供电)；（2）110KV变电站供电半径越来越小，布点密度过大；（3）10KV通道拥挤，难以新建线路，导致部分已有10kV线路负载过重，虽有环网或联络，但实际上并不能满足事故情况下转供负荷的要求，从而达不到事故备用的目的，供电可靠性低；（4）大量10KV架空线路供电半径较长，线路末端电压偏低，线损较大，可输送容量较小，导致出线回路数增多。 （5）设备负载重，网损增高，供电电压质量难以保障；（6）难以满足高层建筑特别是大型地块开发所配套的宾馆、酒店、商场、商务办公楼的供电需求。因此，10KV配电电压已越来越不适应电力负荷增长的要求，俨然己成为电网功率传送的瓶颈电压层，且日益加剧配变电设备急速增长与城市用地紧张之间的矛盾，给配网建设带来巨大困难。为解决高负荷密度地区10kV配电网输送容量小、供电半径短、损耗大、占用大量线行等问题，有必要提高中压配电网的电压等级。2 在滨湖新区进行20KV配电网试点的可行性目前，10KV配电的局限性已经我市现有城区的配电网中逐渐显现出来，随着电力负荷密度的进一步提高，出现类似问题的电网范围将会越来越大，矛盾也会更加突出。滨湖新区是我市“141”城市格局中重要的城市组团之一，按照已核定的规划建设规模，滨湖新区平均容积率已达到2.53.0，现状采用220110100.4KV变压层次供电能力不足的问题日益凸显。如采用220110200.4KV变压层次供电将可在以下几个方面有效解决上述矛盾：（1）110/20单台变压器可选择更大容量，有利于减少变电站布点；（2）在导线相同的条件下，20KV线路可输送的容量高于10KV线路约一倍，可有效减少中压配电线路的出线回路数；（3）在输送容量相同的条件下，20KV线路负载电流更小，单位长度的压降更小、损耗更低，有利于保障供电质量、提高电网经济效益。 四 供电能力比较1 供电能力比较供电容量数值可以通过以下公式计算：配电容量：S=31/2UNIj式中 UN中压配电网额定电压； Ij线路导线在环境条件下的持续载流量。当20 kV取代10 kV中压配电电压，原来线路导线线径不变，则“S20/S10=(31/220Ij)/( 31/210Ij)=2”2 电网的电能损耗比较根据以下电压损失计算公式如下：电压损失百分数(%)为:U%=（PR+QX）/U2N100%式中 R、X配电线路的参数；P、Q配电线路的有功、无功功率。20 KV与10 KV电压损失比为:U20%/U10%= U210（P20R+Q20X）/ U220（P10R+Q10X）在负荷不变的情况下:U20%/U10%=1/4在负荷升高1倍时：U20%/U10%=1/23 中压配电网的供电半径比较根据以下公式可知：U%U2N= PR+QX=31/2RUN Ij cos+31/2XUN Ij sinL可得供电半径:L=U%UN /31/2 Ij(R+Xtg) cos通过计算可得出以下负荷半径与负荷密度的关系图：图1 允许负荷半径与负荷密度的关系4 降低线损比较功率损耗技术方法为：由P=3I2R可推导出I=P/(31/2 UN cos)则P = P2R/( U2N cos2)5 供电能力比较结论表1 三种配电电压供电半径比较表配电电压（KV）负荷密度（KW/KM2）供电半径（KM）干线线损率（%）供电面积（KM2）供电负荷（KW）101020408010.99.68.37.04.193.693.192.6968.653.239.828.3686106415912263201020408019.016.614.011.73.673.192.692.25210.6159.1113.279.02106318242266323351020408029.825.421.217.63.282.802.341.94513372259179512774501037914307通过表1分析可知各种电压配置的主要优缺点:（1）1103510KV电压配置。10KV供电半径短；多一级电压，损耗大，负荷密度大时问题更显得突出；小负荷密度时投资有关的费用较少，随着负荷密度的增加，这项费用增加较快。（2） 11010KV电压配置。10KV供电半径短，110KV变电站多，建设投资大；损耗比 1103510KV电压配置低。（3）110KV电压配置。20KV供电半径较长；减小了110KV变电站的数量；在许多情况下投资最低；损耗比11010KV电压配置低；20KV目前尚未正式列入国家电压等级标准，有些设备缺乏系列产品。（4）11035KV电压配置。 35KV供电半径长，110kV变电站数量最少，但配电设备费用高，在负荷密度大时投资最少；损耗最低；五 经济比较1 各种电压配置下单位用电面积年支出费用单位用电面积（1km2）年支出费用F0，包括送电、变电和配电设备建设投资的等年值Fd，维修运行费Fv和电能损耗费用Fs等。单位为元km2年。Fo= FdFvFs式中 Fd=KdZ Fv=KvZ，Z为单位用电面积设备建设投资，单位为元km2。Kd为投资等年值系数，其值为 0.11。用下式计算：KV=i(1+i)n/(1+i)n-1式中 i投资年收益率，取10% n投资收益年限，取25年 KV设备年维护率，按表2计算表2 电气设备维护率设备名称变电站送电线路配电线路和设备维护率Kv0.1020.030.042 变电所投资自20世纪90年代以来，城镇电力负荷增长很快，市区负荷密度大幅度增加，一些城镇的市区繁华地区最大负荷密度已达3050MW/km2，一些城镇在进行电网建设与改造规划中，预计未来城镇中心地区负荷密度到2010年可达4050MW/km2，为满足城镇的用电需求，必然要修建更多的降压变电所。a、以苏州工业园为例苏州工业园区于1994年2月经国务院批准设立，同年5月实施启动，行政区域面积288平方公里，其中核心区70km2系中国与新加坡联合开发的新城区，供电负荷密度较高，现状达到30MW/km2，远期预计可达50MW/km2。1993年经中国电机工程学会城市用电专委会和苏州市电机工程学会论证,经江苏省电力局批准,在园区范围内配电电压采用20KV级,1996年3 月投入运行,迄今已发展近14年。通过在实践中不断摸索与总结经验，2007年底江苏省电力公司已正式出台文件，确定于2009年起全省推行20kV配电等级，所有新建变电所均采用110/20KV变压层次，同时逐步取消原有10KV及35KV配电等级，以适应不断增长的城市供电需求。目前工业园70km2核心区范围内已建成并投运了220KV变电所三座，110/20KV变电所十七座，如采用110/10KV变电所则需32座，采用20KV配电电压可节约变电所用地近40%。2007年苏州市供电公司开始对超大装机容量主变应用的探索，对新建110KV变电所采用标准装机容量为38MVA的主变（合肥110KV变电所为26.3MVA的主变），并试点单台装机容量为10MVA主变。根据实践成果，单台8MVA主变可出10回路20 KV线路，而单台10MVA主变可出达12回路20 KV线路，单回路可供电15000kVA（10KV单回路仅可供电7500KVA），大幅提高了单座110 KV变电所供电能力。苏州工业园核心区内规划起点较高, 除220KV线路按照规定走廊架空建设外, 20、110KV全部采用入地电缆。据苏州供电公司及苏州工业园区规划建设局介绍，20KV配电网络特别适合城市新区及容积率大的地区运用。通过在核心区近14年运用经验来看，20KV配电网络具有以下优势：1 可有效提高供电网络省地节能效率。110/10KV变电所的实际运用，不仅可大量减少变电所布点及用地，还可减少进出线走廊，节省市政设施用地及建设单位配套用地。通过配电网升压改造可有效提高节能效率，据统计，苏州工业园核心区采用20KV配电方式，可减少电网线损率0.723，每年节约用电4826千瓦时，折合标准煤约1.9万吨。2 可以节约供电网络投资。无论是供电公司承担的变电所和供配电网，还是用电客户还是承担的配电房投资均可减少，从而减轻投资者负担，改善投资环境；3 符合国际惯例。由于20KV电压是欧美等发达国家广泛采用的供电方式，所以在国内采用20KV电压受到外资企业及招商部门普遍欢迎；4、20KV供配电产品无论是在技术，还是相关设备的产业链均已形成，且多数已实现国产化，具备立即试点的可行性。b、以滨湖世纪城项目为例滨湖世纪城项目位于合肥市滨湖新区内，共10个地块，该小区的用电负荷约22万千伏安，根据合肥供电公司计企部提供的供电规划可知，该小区需30路10KV专用线路（电缆路径）送至各配电所，小区需建18个公用配电所。现如果按20KV网络供电，在不改变原有线路导线规格的情况下20KV配电网络分配电能能力是10KV配电网络的2倍。预测整个小区需14路20KV专用线路（电缆路径）送至各配电所，小区需建11个公用配电所。1 线路比较分析在相同导线截面规格情况下，一回路20KV供电线路相对于一回路10KV供电线路每公里造价（包含安装费）增加10%15%；但是综合考虑供电线路总数量，整体配电线路20KV供电线路相对于10KV供电线路每公里综合造价（包含安装费）可降低约54%。2 配电设备及配电房比较分析虽然20KV比10KV配电设备造价高约1.11.15倍，但20KV配电房与10KV配电房占地面积基本相当，因供电能力提高使得配电房总体数量减少，故综合分析，总用地面积减少约40%50%，综合造价减少约40%。3 110KV电源比较分析如采用110/20KV等级变电所，可以整体提升变电所供电能力，其供电能力相当于110/10KV等级变电所供电能力的1.51.8倍；110/20KV等级变电所相对于110/10KV等级变电所所占地面积每千伏安可减少35%的用地。结合整个投资比较，滨湖新区规划区内选择110/20KV配电网络具有可行性，且与110/10KV配电网络相比可以减少上一级变电站的占地面积、减少中压开闭所的布点、同时减少出线通道、降低造价等诸多优势。3 经济比较结论（l）在四种供电方式中，1103510KV电压配置损耗电能费用最高。其它几种供电电压配置，随着配电电压的提高，损耗电能费用相对减少。11035KV比11020KV的电能损耗费用降低的幅值很小。（2）在较大的区城面积情况下，在一定负荷密度范围内，1103510KV电压配置与投资有关的费用最低，从而使整个年支出费用最低。当负荷密度为20kWkm2及以下时，大致可以维持这种状态。这也就是该电压配置的适用条件范围。（3）在负荷密度大于 20KWkm2时，11020KV电压配置年支出费用最低（小区城面积时几乎不受负荷密度限制）；只有当负荷密度达 70KW/km2时，11035KV电压配置的年支出费用才接近或略低于11020KV电压配置。这些表明：11020KV电压配置具有优越性，要创造条件予以倡导和推广。（4）在四种供电方式中，在任何情况下11010KV的电压配置年支出费用都最高。在许多情况下，其年支出费用大大超过11020或11035KV两种电压配置，说明这种电压配置在经济上是最差方案，在滨湖新区建设过程中，采用时要应取慎重态度。六 20KV配电电压的优势与目前存在问题1 20KV配电电压的优势（1）增加供电能力 输送相同的功率，应用相同截面的导线，在保证电压质量条件下，输送距离可以远1倍，即供电半径大1倍，供电范围(面积)可增加4倍。 如果在同样的供电半径条件下，应用相同截面的导线，可以增加输送功率1倍。 （2）保证电压质量 目前我市成片开发项目、重大基础性工业企业及高科技企业等用户对电压质量有着严格的要求，保证电压质量是电力部门对用户服务的基本条件之一。 电压损耗，在同样输送功率条件下，应用20KV电 压比10KV电压等级可保证电压质量。 （3）降低电网的电能损耗 全国电网的线损率(线路电能损耗占输送容量的百分比)最近几年呈上升趋势，据有关部门研究分析，线损升高主要是10KV及以下配电网线损的增加。据计算我国中压配电网年损耗达180亿KW/h。 如将中压配电网电压由10KV升为20KV，在输送同样功率条件下，线路电流可减少50，则线路电能损耗可降低75。 （4）从经济效益分析结果电网总的建设费用在地区负荷密度为5MW/km2时，采用10kV电压等级与采用20KV电压等级的配电网，其总建设费用相差不大，当负荷密度逐渐加大时，两者的建设费用相应逐渐加大，当负荷密度增至50MW/km2，总建设费用相差达20。 年运行费的计算结果与建设费用的情况相似。当负荷密度为50MW/km2时，电网年运行费用采用20KV电压等级比采用10KV电压等级要低20，负荷密度到达50MW/km2以上时