10kV、20kV中压配电网经济性比较VIP

1 10kV 20kV 中压配电网经济性比较 吴伟力 1 2 韦 钢 1 胡丹云1 2 张 鑫 1 1 上海电力学院 上海市 200090 2 上海大学 自动化系 上海市 200072 摘要 20kV 中压配电网相比 10kV 配电网在增加供电 能力 降低电能损耗 保证电压质量 节省电网建设费用 降低馈线回路数 降低电网年运行费用及有利于吸引外资 都有较大优势 本文以上海市某新建工业园区为例 比较 10kV 20kV 城市中压配电网的经济性 得出 20kV 城市 中压配电网比 10kV 中压配电网在经济性的优越性 并初 略分析了 20kV 电压等级电价对供电用户的影响 最后建 议我国城市中压配电网逐步取代 10kV 电压等级 积极推 广 20kV 电压等级 关键词 10kV 20kV 中压配电网 经济性 20kV 电价 0 前言 随着我国改革开放的不断深入 国民经济的 不断增长和人民生活水平的不断提高 我国的电 力负荷与日俱增 这就要求中压配电网必须满足 经济增长的需要 不断扩大其供电范围 改善其 供电质量 从电力工业发展的历史经验和世界各 国供配电的实践证明来看 电力负荷不断增加 中压配电网越来越明确的趋势是提高电压等级 20kV 电压等级作为国际上比较流行城市中压配 电网 相比 10kV 配电网的有着一些明显的优势 如 增加供电能力 降低电能损耗 保证电压质 量 节省电网建设费用 降低馈线回路数 降低 电网年运行费用及有利于吸引外资 20kV 电压等级在我国还是比较新鲜的电压等 级 除了目前苏州工业园区内有 20kV 中压配电 网 国内其它地方并没有采用这种电压等级的中 压配电网 因此我国对 20kV 中压配电网的研究 还没有一个系统的 整体的 全面的研究 本文 以上海市某新建的工业区为例 着重从经济性方 面分析比较 10kV 20kV 中压配电网 首先根据工 业区设定的边界条件 提出 10kV 20kV 两种电压 等级的城市配电网规划方案 然后对两种电压等 级的配电网进行估算 分析和比较 最后得出 20kV 配电网相比 10kV 配电网具有明显的经济性 优势 并初略分析了 20kV 电价对供电用户的影 响 本文在 20kV 中压配电网经济性的研究可为电 网规划 电网建设人员提供有益的参考 1 中压配电网经济性比较 1 1 经济性比较思路 比较 10kV 20kV 配电网的经济性 主要得 从设备综合投资和年运行费用两大项进行综合比 较 设备的综合投资包括变电站 中压配电部分 及低压配电部分的投资 其中变电站和中压配电 部分的投资占大部分 而两种电压等级配电网的 低压配电部分的网络可近似相等 其投资也可近 似认为相等 因此本文在进行两种电压等级配电 网的经济性分析比较时 仅考虑变电站和中压配 电部分这两个部分 两种电压等级配电网的经济性比较总体思路 是 分别将两电压等级配电网的变电站的综合投 资和中压配电部分的综合投资按等值年法折算到 年值 加上变电站和中压配电部分的年运行费用 再计算两电压等级配电网的单位负荷年费用 通 过比较单位负荷年费用的大小 得出哪个电压等 级配电网的经济优越性 1 2 经济性比较流程 两电压等级配电网经济性的分析的具体流程 如图 1 所示 2 图 1 分析流程图 Fig 1 Flow Chart of analysis 其具体步骤为 1 方案的提出 根据规划区的负荷大小 负荷分布情况以及所设定的边界条件 分别提出 两种电压等级的规划方案 2 工程量的估算 变电站工程量通过两方 案的高压配电变电站站址及高压配电线路的地理 走线接线图进行估算 中压配电网络工程量通过 对 K 型站数量 P 型站数量及其进出线的长度进 行估算 由于 10kV 电压等级在国内比较成熟 其配电网的估算相对比较容易 因此本文中的 20kV配电网的估算均建立在10kV配电网估算的 基础上 3 经济性分析 分别计算两个方案的设备 综合投资 线损 年运行费用 单位负荷年运行 费用 4 综合比较两个方案 根据 3 步骤经 济性分析数据 得出结论 1 3 变电站经济计算比较方法 变电站费用由变电站综合投资费用 变电站 运行费用两部分构成 总费用计算完毕后 再采 用 现值转年值 法 转化为年费用 一 变电站的综合投资 变电站的综合投资ZS主要包括主体设备的综 合投资和附加投资费用 主体设备的综合投资包 括 变压器 母线 开关设备 控制设置及配电 装置等设备的综合投资 附加投资包括 材料费 安装费及其它不可预见的附加投资等等 二 变电站年运行费用 变电站年运行费用US 单位为万元 主要包括 一年中变压器的电能损耗费及检修 维护 折旧 费等 按下式计算 S21 4 U10 SSS UAU 式中 Us1为检修 维护费 单位为万元 Us2 为折旧费 单位为万元 US1 US2可按变电站 的综合投资百分率计算 为当地的电能电价 单 位为元 kW h AS为变电站内变压器全年电 能损失总值 单位为 kW h 三 动态经济比较 进行经济比较时本文采用 最小年费用法 进行动态经济比较 其计算公式如下 S m m SS U r rr ZNF 1 1 1 0 00 式中 NFS为平均分布在 m 年内的变电站年 费用 ZS为变电站综合投资 US为变电站年运行 费用 m 为变电站的经济使用年限 r0为电力工 业投资回收率 现阶段取 0 1 1 4 中压配电部分经济计算比较方法 中压配电部分的费用构成与变电站相似 由 中压配电部分综合费用 中压配电部分运行费用 两部分构成 总费用计算完毕后 再采用 现值 转年值 法 转化为年费用 一 中压配电部分综合投资 中压配电部分组成部分见图 2 包括电缆或架 空线路 K 型站 线路排管 P 型站和用户侧中 压配电部分等 其中用户侧中压配电部分不计入 供电部门投资 因此从供电部门侧考虑 中压配 电部分综合投资费用 ZL包括电缆或架空线路 K 型站 线路排管 P 型站的投资 在实际分析时 首先必须对上述的各个部分 除用户侧中压配电 部分 进行数量或长度的估算 图 2 中压配电部分组成图 Fig 2 Component Chart of MV Distributed Network 1 数量估算 K 型站的数量根据规划区内负荷分配的比例 及进线电缆型号 接线模式来确定 P 型站的数 量也是根据规划区内负荷分配的比例 及目前 P 型站的常用装机容量来确定 具体公式如下所示 1000 S P N 然后对上式的 N 向上取整 式中 P 单位为 MW 为规划区内远期负荷预测的结果 为规划 区内的负荷分配比例 S 为单个 K 型站最大能带 的容量 单位为 kVA 或 P 型站常用装机容量 单 位为 kVA 为功率因数 为利用率 对 K 型 站 取值为 1 对 P 型站 取值为 0 65 2 线路长度估计 线路长度的估算均建立在变电站 K 型站 的平均供电半径的基础上 估算变电站 K 型站 平均供电半径分二种情况 情况 1 变电站 K 型站 处于其供电范围的 几何中心处 可根据下面公式计算求出平均供电 半径 R 单位为公里 即下式 3 sR 式中 S 单位为平方公里 为变电站或 K 型 站的供电面积 情况 2 变电站 K 型站 不处于供电区域的 几何中心 可用如下方法求平均供电半径 以变 电站 K 型站 为中心 以较小的角度间隔向供 电区域的边沿辐射 统计这些辐射线路的平均值 即为平均供电半径 R 对于新建的工业区 大部分用地为待建设用 地 其负荷空间分布尚不明确 详细给出中压网 络具有一定的困难 用户到变电站 K 型站 的 距离有长有短 本文在分析负荷分布时 认为负 荷是平均分布的 这些负荷从整体上看 其位置 符合标准正态分布 可认为该供电区域内的所有 用户到变电站的距离为R 22 即供电区域内所 有用户到变电站 K 型站 的平均距离为R 22 如图 3 所示 图 3 供电半径示意图 Fig 3 sketch map of power supply radium 用户到变电站 K 型站 的线路长度 L 单 位为公里 可用如下公式计算 RkNL 2 2 上式中 N 为供电用户到变电站 K 型站 的 回路数 k 为线路的曲折系数 R 单位为公里 为平均供电半径 二 中压配电部分的年运行费用 中压配电部分年运行费用 UL 单位为万元 主要包括一年中线路的电能损耗及中压配电部分 检修 维护 折旧费等 即 L21L 4 LL U10 UAU 式中 UL1为中压配电部分的检修 维护费 单 位为万元 UL2为中压配电部分的折旧费用 单 位为万元 UL1 UL2可按中压配电部分的综合 投资百分率计算 与变电站取值一样 为电能 电价 单位为元 kW h AL为线路全年电能损 失总值 单位为 kW h 三 动态经济比较 进行中压配电部分经济比较时 与变电站的 经济比较方法一样 也采用动态经济比较法 其 计算公式为 L 0 00 L 1 1 1 U r rr ZNF m m L 式中 NFL为平均分布在 m 年内的中压配电 部分年费用 ZL为中压配电部分的综合投资费 用 UL为中压配电部分年运行费用 m 为中压配 电部分的经济使用年限 r0为电力工业投资回收 率 与前取值一样 1 5 最小单位负荷年费用 为了综合比较各个方案 本文采用了 最小 单位负荷年费用法 进行配电网方案的经济性比 较 因此 在计算完变电站和中压配电部分最小 年费用后 还计算了各方案的单位负荷年费用值 NF P NFNF NF LS 式中 P 为此规划区远期负荷预测值 NFS 为变电站年费用 NFL为中压配电部分年费用 P 为此规划区远期负荷预测值 NF 值较小的方案 在经济性上比较占优势 2 实例分析 本文以上海某新建工业园区为实例 分析比 较 10kV 20kV 配电网的经济性 2 1 边界条件 本文确定如下边界条件 1 工 业 区 的 负 荷 边 界 为 远 期 负 荷 751 3MW 2 负荷分配边界 采用方案一 110 10kV 供电时 35kV用户占总负荷20 150MW 10kV 用户占 60 450MW 其中 30 225MW 为 变电站直供用户 30 225MW 为 K 型站转供 低压用户占20 150MW 采用方案二110 20kV 供电时 20kV 用户占 80 600MW 其中 30 225MW 为变电站直供 50 375MW K 型 站转供 低压用户占 20 150MW 两个配电 网规划方案中各供电电压等级负荷的划分及走 向 如图 4 所示 3 高压送电变电站 采用方案一供电时 220kV 变电站容量为 3 240MVA 供电电压等级 为 220 110 35kV 采用方案二时 220kV 变电站 容 量 为3 240MVA 供 电 电 压 等 级 为 220 110 20kV 4 4 两方案高压配电网络均采用辐射接线模 式 5 中压配电网络 采用方案一时 K 型站 的最终规模考虑均为二进十二出 采用方案二时 K 型站的最终规模考虑均为三进十二出 两方案 K 型站的进线电源均来自 110kV 变电站或 35kV 变电站 都采用辐射接线模式 图 4两方案的负荷分配图 Fig 4 Load Distribution Chart of Two Schemes 2 2 经济性分析结果 根据负荷边界条件 进行高压配电变电站的 选址定容计算 确定各配电变电站的供电范围 两方案的变电站个数及容量如表 1 所示 表 1 高压变电站规划方案 Table 1 Planning Schemes of HV Transformer Substation 电压等级容量数量性质备注 110 10kV3 40MVA9新规划 方案一 35 10kV3 31 5MVA1已有站 220kV 变电站电压等级为 220 110 35kV 110 20kV3 63MVA4新规划 方案二 110 20kV3 40MVA1改建 220kV 变电站电压等级为 220 110 20kV 其 20kV 侧可供附近用户 从表 1 可以看出 方案一所需的变电站个数 为 10 个 方案二新建的变电站个数为 5 个 新建 变电站明显比方案一少 从变电站的数量来看 方案二优于方案一 根据边界条件 估算出供电部门侧两方案各 部分的综合投资及两方案的投资差额 如表 2 所 示 表 2 投资额 单位 万元 Table 2 Investment Account 变电站 变电站 进线 K 型站 进线 K 型站 出线 线路 排管 K 型站P 型站 综合 投资 方案一 4750022426144607878167502208028980160073 方案二 360001337512870884311895960034776127360 差额百分比 24 2 40 4 11 0 12 2 29 0 56 5 20 0 20 4 从表 2 可以看出方案二在变电站投资 变电 站进线 K 型站进线 线路排管 K 型站及综合 总投资均比方案一少 方案二仅在 K 型站进线及 P 型站的投资超过方案一 两方案的线损 年运行费用和单位年负荷费 用见表 3 表 3 动态经济分析结果 Table 3 Result of Dynamic Economic Analysis 方案线损线损率年运行费用单位负荷年费用 方案一1 597 MW0 23 11825 万元40 27 万元 MW 方案一1 296 MW0 21 8818 万元31 22 万元 MW 从表 3 可以看出 方案二在线损和年运行费用上比方案一少 从单位负荷年费用来看 方案 5 二明显小于方案一 也就是说方案二比方案一经 济上更具有优越性 通过上面两个规划方案的综合分析比较 可 以得到如下结论 在该工业区 20kV 中压配电网 相比 10kV 中压配电网在经济性方面有着明显的 优势 3 20kV 电价的影响 3 1 20kV 电价对供电部门的影响 根据原水利电力部1976年电热价格中的电价 说明 20kV 受电用户按 35kV 电价计费 比 10kV 低0 015元 kW h 这个电价对当时来讲是合理的 但随着输电电压的提高 20kV 已作配电电压出现 时 作为供电部门来讲 如果 20kV 电价得不到 调整 长期按 35kV 电压等级收费 这对供电部门 将是一比很大数目的损失 因此要推广 20kV 配 电电压 必须得重新制定电价政策 合理的 20kV 电价应该介于10kV 35kV电价之间的一个数值 3 2 20kV 电价对用户的影响 目前由于金山工业园区是新建的工业区 园 区内的用户情况尚不明确 本文分两种情况分析 20kV 电价对供电用户的影响 情况一是原来 35kV 用户降为 20kV 用户 情况二是原 10kV 用 户升到 20kV 用户 为了分析方便 本文采用上 海市单一制电价 电价收费标准一 根据电力部 门的相关规定 20kV电压等级采用35kV电价 即 20kV 电价比 10kV 低 0 015 元 kw h 电价收费 标准二 20kV 电价介于 10kV 和 35kV 电价之间 的一个数值 各个电压等级的单一电价如表 4 所 示 表 4 中压电价表 元 kW h Table 4 MV Electrovalence Yuan kW h 10kV20kV35kV 收费标准一0 5990 5840 584 收费标准二0 5990 584 0 5990 584 1 若 35kV 用户降为 20kV 用户 用户的 设备投资额将减少 若 20kV 电价采用电价收费 标准一 则用户的设备投资成本及运行必然减少 若采用电价收费标准二 35kV 用户降至 20kV 供 电时 电价有所上升 但由于用户的设备投资额 减少 可用节省的初始设备投资来抵消多缴纳的 电费 即在若干年内用户电价的上升不影响其投 资的经济性 因此从整体及长远的角度来看 35kV 用户降至 20kV 供电对用户是非常有利的 2 10kV 用户升至 20kV 用户 用户设备投 资额将增加 无论 20kV 电价采用电价收费标准 一还是收费标准二 由于 20kV 电价比 10kV 电价 低 用户可在非常短的时间内可用少交的电费的 金额来补偿