10Kv配电网升压20Kv智能网的思路

关于10kV配电网升压20kV智能网的思路沈阳供电公司 王 剑 【摘要】 发展建设坚强智能的20kV配电网，具有解决配电线损率、增加储备容量、提高可靠性、趋于智能化的必要性，合并建设可以体现投资价值。主要在于20kV系统的一次投资和占用的总体空间以及线路损耗明显优于10kV系统，融合“三网合一”的智能型电网具有很多超前的优势，发展前景良好，完成投资的最优。【关键词】坚强；智能；20kV配电网；沈阳规划； 0 引言首先认为，20kV电压等级不是什么新的技术课题也不是希奇的事儿，而是在新形势下如何提高到一个新的认识高度的问题。能源行业十二五规划，已将发展智能电网作为重要内容，其中包含三网融合方案，因此，20kV升压改造必须全面纳入智能电网项目。1 升压不存在技术壁垒20kV与10kV同属中压配电电压范畴，各项技术要求基本类同，且国外已有成熟的电网运行经验和规程。我国电力工业技术管理法规和电业安全工作规程中，对20kV电压级已有具体规定。故采用20kV作为配电电压，在我国应是完全具备技术基础。据查询的资料，“20kV 电压等级历史上在中国的电力系统中存在过很长时间，是作为36/0.38kV一次配电与二次配电电压之上的一级供电电压而出现的，起过很重要的作用。例如在上海和东北营口等供电系统中曾一度存在过20kV电网，至今哈尔滨地区尚有22kV（供）电网，包括6条130km，变电站9座72MVA”。苏州工业开发园区，220kV系统引入的110/20kV降压站于1996年5月份就已经投运。世界上工业先进的国家的中压电网早已实行20kV等级，国际IEC标准电压中规定有20kV等级。国外许多国家已将20kV作为中压配电电压，据不完全统计，将20kV电压列为国家标准的有：美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大、德国、保加利亚、匈牙利等。欧洲国家80%的中压配电采用2025kV；在亚洲和拉丁美洲的19个国家和地区中，已有12个采用20kV作为中压配电，其中有新加坡、马来西亚、泰国、印度尼西亚、巴西、阿根廷、韩国等。110/20kV及66/20kV级的配电变压器、20kV级断路器、隔离开关和熔断器等定型产品，国内也都能生产制造。总之，我国中压配电从10kV升压到20kV技术和设备的问题不存在壁垒。2 节能效果显著发展20kV系统的必要性已经形成共识，主要在于20kV系统的一次投资和占用的总体空间以及线路损耗明显优于10kV系统，据国内外研究与实践表明，“20kV这一电压等级尤其适宜于较高电力负荷密度情况下的工业化初期，故它也十分适于我国现阶段的社会经济发展实情”。中压采用20kV电压等级与10kV电压等级比较，成熟的计算数值和运行经验主要有。2.1 增加供电能力在同样导线截面及电流密度等情况下，传送相同功率时，其合理供电距离可增长近1.414倍，线路的经济负荷矩可增加约4倍。2.2 降损节能相同供电距离及传送等量功率前提下，电压损失降低50，电能损失降低75，配网能耗可降低为原来的1/4。2.3 降低造价单就中压配电线路而言，采用20kV可节省有色金属耗量1/3以上，节约线路基建投资40%左右；高压变电容量不变时，采用20kV可以比10kV减少一半短路电流，可以降低开关的造价。2.4 减少资源占用我国目前采用的电压等级主要是500220110（66）200.4kV，若在110（66）200.4kV减少一级电压，采用1 10200.4kV电压等级，不仅可以简化了电压等级、减少了一级变损，而且可减少变电站配电线路出线回数近一半。2.5 变电所布点减少在额定电流与短路电流分别相等条件下，采用20kV比10kV时可扩大变电站的主变容量的1倍，使同一地区应设置降压站数量减少一半。序号电压等级10kV20kV输送功率300 kW2 000 kW800 kW5 000 kW供电距离8 km18 km15 km35 km经济供电半径在荷密度为20 kWkm 30 kWkm 时10 km12 km20km22 km负荷密度高达60 kWkm2-70 kWkm14 km15 km2.6 给用户接入提供了灵活方便的供电接线方案 现在用户申请的装机容量都比较大，从十几万kVA到几千kVA不等。如果采用10kV配电供这么大的容量，难度较大。若采用66kV供电，将引起用户投资的增加。同时，在电价方面也可能享受一定的政策。3 如何发展沈阳地区的20kV智能配电网的设想3.1 规划的思想沈阳地区的20kV升压改造的原则，应充分将“设备全寿命周期”和“问题设备改造”以及“20kV自动化DSCADA系统”的应用，统筹考虑，以期达到历史上投入10kV系统的资产不浪费，新改建的20kV系统科技含量高这种目的。3.2 改造的思路3.2.1 首先，采取“以农村包围城市”的打法，在沈阳外围城乡新区构建220/110（66）200.4kV环状电网区域带，这主要是考虑了外围区域的单位土地面积上的配电设备固定资产低，易于改造或新建，此区域划分为20kV供电区域。3.2.2 其次，在城区采取“插花”的形式构建或改造11020kV二次变，提供20kV电压等级，针对负荷超过8-10MW/km2（数据为刊物上的查询数值）且有很大增长趋势、网损率过高、布局又不合理而急需改造的地区，改为20kV供电，此区域划分为20kV与10kV混供区域。3.2.3 最后，依照“配电设备的全生命周期”，通过较长时间，将10kV网全部改为20kV网，其间，可以应用2010kV的变压器作为过渡，此区域划分为10kV供电区域。3.2.4 确定沈阳地区20kV电压等级的设计原则，明确新增200.4kV用户的接入原则，限制10kV新装用户的发展，分担20kV网络的改造费用。3.2.5 确定各级电压等级和变压器的变比，新建220kV变电所统一采用220/11020kV，新建110kV变电所统一采用11020kV，20kV配变统一采用200.4kV（0.22kV），在10kV和20kV混供区域改造过渡期间，可少量采用20100.4kV双变比变压器和2010kV联络变压器。3.2.6 20kV电网改造充分注重智能网架的结构，引入成熟的美国和加拿大的专利技术“46网络。这一新的接线方案的物理概念可用四个平面三角形构成的立体锥(其中一个三角形为底面，其余三个三角形为三个侧面)来表征。该锥体的四个顶点即该接线方案的4个节点；六条边上各装一台断路器，共计6台断路器，故称之谓“46网络”。对于大型变电站来说，该方案与传统的双断路器、一个半断路器或一又三分之一断路器等接线方式相比，具有许多优点。例如，断路器可减少40%，变压器容量将节约33%，短路容量和线路载流量均会显著下降，同时还具有占地面积小和供电可靠性高等特点，这一新的接线方案，沈阳地区在20kV改造时应积极推广使用。3.2.7 能源行业十二五规划，已将发展智能电网作为重要内容纳入其中三网融合方案其实已列入智能电网试点项目。20kV网的建设，应充分利用配电自动化技术、自动控制技术、数据通信、信息管理技术，将配电网的实时运行、电网结构、设备、用户以及地理图形等信息进行集成，构成完整的自动化系统。进行IPTV、电话、互联网等的试点,完成电网与电力用户之间的互动,同时能够接入安防、水气表抄收、门禁、可视对讲等功能，采用电力线或无线方式与外界通信,传送电压、电流、频率、功率因数等用电信息,并能够进行远程控制通断电控制及工作模式的调整。从而达到电力光纤到户,支持三网融合的效果。使供电企业和用户双方受益，体现供电企业的社会责任和社会效益。3.3 改造的技术手段3.3.1 架空线路首先将现有10kV线路改造成20kV电压等级的，20kV线路对地距离与10kV相同，仅线间距离及导线对横担和杆塔等间距要求略大。只需更换瓷瓶、调整导线相间距离，在升压改造时，实践起来也并不困难，具体可以利用原杆塔，调换瓷瓶与横担即可，使线间距离由0.9m增至1.15m，对原绝缘线可维持0.9m的距离。3.3.2 电缆线路这里引用江苏南京供电公司姜宁的论文南京电网推广应用20kV电压等级的探索与实践一文（发表在供用电2009年第一期），“为了使10kV升压能充分利用原有资产设备，决定先期开展升压改造试验，选取电YJV-8.7/10-3*400，长0.81米，采取10kV电缆直接升压为20kV运行的真实情况，此次不但没有更换原有的电缆附件，而且将电缆人为开断增加3个10kV中间接头。电缆升压前采用变频谐振法，按照20kV电压等级预防性试验要求，分别进行现场交流耐压试验、绝缘电阻测量以及现场介质损耗测量，试验合格后，在进行升压运行”，“试验线路于2008年3月20日升压带电空载运行，3月21日起带负荷运行。变压器负荷率达到60%以上时，电压合格。后经测试，电缆中间头运行温度正常，阴雨天气时所有设备无放电现象。7月14日龙飞路线22号杆导线遭雷击，线路保护限时速断跳闸、重合成功，经停电检测，电缆及线路设备参数均正常”。我们沈阳的试点，也可以借鉴这些经验，拿来主义也是很实用少走弯路。3.3.3 配电变压器配变改造的数量最大、资金最多、技术性也最强。采用新换和利旧相结合，利旧可在公司所属的变压器车间，改造10kV配变，利用原变压器的外壳和铁芯，对绕组进行改制。3.3.4 开关设备这也是一项资金量较大的投入，建议对原有10kV开关进行20kV电压等级的试验，论证运行的技术条件，以期确定改造的办法。3.3.5 主变压器我公司现运行的66/10kV主变一部分可通过改变结线方式，一部分可通过重新绕制低压绕组的方法进行改造，升压为66/20kV，若66kV系统同期改为110kV系统，则改为110/20kV。3.3.6 智能化保护方式20kV配电线路，可采用电流速断作主保护，过流保护作后备保护，并有接地保护，按实际情况考虑是否采用自动重合闸装置。110（66）/20kV主变，原则上可利用现有主变的保护。20/0.4kV配变，容量500kVA以下的柱上变用熔丝保护，500kVA及以上用开关保护，二次侧采用定时过流或反时限过流保护。3.3.7 智能化的分块实施在城市重要负荷区域内，供电可靠性达到99.999%-99.9999%，年停电户时数在1分钟，因此，需要全面实施配电自动化系统，采用现场的数据采集、光纤通道、计算机后台控制管理。在非重要区域内，采用现场型的智能化配电网体系，即通过现场智能型断路器的保护整定，计算电流、电压、时间、跳闸次数，来隔离故障段，缩小故障停电范围和缩短停电时间。3.3.8 三网融合体系的建设对新上的小区， 20kV和0.4kV都采用光纤复合电缆，光纤和电力线同步到达用电户，采集数据的同时，实现与用电户的信息交换互动，完成全面的智能电网建设。4 升压改造中将面临的问题和解决方案4.1 20kV电网改造需要巨额投资从长远看，眼前的10kV电网改造资金就需要有计划的节制，既给20kV配网预留资金，也降低10kV配网的“生命周期”，利于早日完成20kV配网的改造。但无论是新建20kV级配电网还是对10kV级配电网进行升压改造都需要投入大量资金，因此，资金来源是一个要解决的重点。 建议通过资本市场解决，划出一部分资产，成立20kV供电股份公司，通过上市和兼并筹集资金，投入到20kV的配电网改造，在结合电力公司良好的盈利能力，从而不断增强筹资融资能力，形成资金与改造建设的良性循环体系。4.2 改造工程量巨大目前，10kV配电网的规模已非常庞大，负荷数量也十分巨大，要是全面改造，将牵扯大量的用户和电力建设施工单位，其浩大的工程量和管理难度以及安全管理也是可想而知的，需要做好长期的，打好艰苦的艰巨大战准备，这将是一整代人的事情。4.3 建设初期的供电可靠性 20kV配电网在建设初期，电源孤立，与原来的10kV配网完全割裂，无法互供，在地理环境联成一片的同一地区建设两个电压等级的配电网，客观上会造成资源的浪费，这样，同一变电站出线“手拉手”，或者放射性线路的情况大量出现。所以，选择在原来基本上就是放射性线路的沈阳周边地区，划为20kV环形带，之后，逐步建成多电源联网方式线路。4.4 混供区域的管理存在隐患在10kV与20kV混供区域，两种配电电压的并存会增加管理难度，改造的经济性和实施进度还不好预测。4.5 设备技术与资金的的矛盾国内虽然有制造20kV级配电设备的能力，但一些20kV配电设备缺乏定型产品，而国外的产品质量很好，如美国生产的全绝缘配电变压器甚至可泡在水中安全运行，硅橡胶预制附件可有效地减少或防止事故发生，但价格很昂贵，这与我们的改造资金很矛盾，而我们的设备又与发展相矛盾。4.6 智能电网设计、设备产业化细则 20kV智能集成系统的定型设计细则，20kV配电一二次设备的产品定型细则和产业化生产供应，是保证电网全面建设的重要因素。产品的安全系数、设计的安全系数，要综合考虑各类因素，如抗震、飓风、大雾、暴风雨雪、大风沙等。4.7 20kV电价的制定需要国家确定，以体现出20kV配电智能网建设的价值。结束语：智能电网是一项任重道远的超大型工程，我们需要耐心，循序渐进，更需要信心和勇气，未来将是光明的。参考文献：1周勇.智能电网的发展现状、优势及前景J.黑龙江电力，2009.2刘振亚. 智能电网技术 T. 中国电力出版社 20