合肥KV电压配电项目可行性初探鸿业科技

1、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 220 110100.4 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

2、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 220 110100.4 电压层次升为 22011020 0.4 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 20.8-24.9 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

3、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

4、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；

5、（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

6、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 220 110100.4KV 变压层次供电能力不足的问题日益凸显。如采用220110/20/ 0.4KV 变压层次供电将可在以下几

7、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/

8、S10=(31/2X20X|j)/( 31/2x10X|j)=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)/U2NX100%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%/ 山 10%= 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二31/2RUN Ij cos +

9、31/2XUN Ij sin L可得供电半径 :L= U% UN /31/2 Ij(R+XtgcOs) 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AP=3I2R 可推导出 匸 P/(31/2 UN cos 妨 贝佔=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负荷密度供电半径干线线损供电面积供电负荷(KV(KW/KM)(KM率(%(K)(KW1010.94.1968.6686209.63.6953.2106410408.33.1939.81591807.02.6928.3

10、22631019.03.67210.621062016.63.1915902.69113.242268011.72.2579.063231029.83.2851351272025.42.803727450354021.22.34259103798017.61.9417914307通过表 1 分析可知各种电压配置的主要优缺点(1)110/35/ 10KV 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)110/ 10KV 电压配置。 10KV 供电半径短，

11、110KV 变电站多， 建设 投资大； 损耗比 1135/ 10KV 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 110/ 10KV 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)110/35KV 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

12、损耗费用 Fs 等。单位为元/ km2 年。Fo= Fd + Fv+ Fs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 心+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 K/0.1020.030.042 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/k

13、m2 , 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 ,

14、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 2 0 0 9 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

15、采用标准装机容量为 3X8MVA 的主 变（合肥 110KV 变电所为 2X6.3MVA 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

16、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

17、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

18、 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

19、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(I)在四种供

20、电方式中，110/35/ 10KV 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 20KW/km2 时， 110/20KV 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， 1

21、10/35KV 电压配置的年支出费用才接近或略低于 110/20KV 电压配置。 这些表明： 110/20KV 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 110/10KV 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 110/20 或 110/35KV 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

22、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1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。2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 50M