“据我了解,国家电网公司和南方电网公司都在论证20 kV配电,都在把它作为一项重要的事情去做。国家电网公司对20 kV配电的研究给予了充分的重视,所关注内容包括相关设备、规划、标准等。

20kV配电离我们还有多远?

 “据我了解,国家电网公司和南方电网公司都在论证20 kV配电,都在把它作为一项重要的事情去做。国家电网公司对20 kV配电的研究给予了充分的重视,所关注内容包括相关设备、规划、标准等。南方电网公司也非常关注20 kV电压等级的论证,因为东莞、深圳、佛山等地的负荷密度很高,将来很有可能面临配电网升压的问题。”华北">电力大学电气与电子工程学院输配电系统研究所所长张建华教授告诉记者。

  值得注意的是,引起两大电网公司重视的问题从一定意义上说,代表了未来电网建设的方向,而这个方向也正是相关电气设备制造企业所不能忽视的。那么,了解20 kV配电在我国的发展现状与未来就显得很有必要。

  经济发展催生电压升级

  众所周知,我国目前采用的电压等级主要是750 kV、500 kV、330 kV、220 kV、110 kV、66 kV、35 kV、10 kV。我国各大区电网基本上形成了4种主要的电压等级序列,城市供电则主要采用220 kV、110 kV、35 kV 、10 kV、0.4 kV电压等级。20世纪70年代,我国完成了将众多的繁杂的中压配电电压统一为10kV的工作。在我国,中压配电网10 kV电压等级的确定、采用及推广,在电网发展的过程中,确实起了重要的促进作用。而随着我国经济的快速发展,用电负荷猛增,在一些地区10 kV供电已经不能满足当地的发展需求,江苏省苏州工业园就是一个典型,它也是我国最早采用20 kV供电的地区。

  “最早苏州工业园区开始采用20 kV供电是因为工业园区的负荷密度高,用10 kV不能适应供电需求。20 kV与10 kV供电相比输送能力大,并能相应减少线损、节能节地。采用20 kV供电主要是针对高负荷密度地区。”苏州供电公司某专家告诉记者,“另外,采用10 kV长距离供电的偏远农村地区也存在损耗和电压降过大的问题,20 kV供电还可以发挥在低负荷密度地区长距离输送的优势,如辽宁本溪。”

  据了解,20 kV电压等级相对于10 kV电压等级而言,如果在同样的供电半径条件下,应用相同截面的导线,输送功率可以增加1倍,也就是应用相同截面的导线输送相同的功率,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3倍;在负荷不变的情况下,电压损失率是10 kV的25%,在负荷升高1倍时,电压损失率是10 kV的50%,更可保证电压质量;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%;而且由于供电面积增大,可大大减少变电所的分布密度,从而减少建设投资。所以,在负荷密度高和输送距离长的情况下,采用20 kV供电取代10 kV是最合理的。

  随着我国经济的快速发展,负荷密度和用电量都在迅速增加,某些城市的10 kV配电网,在设备投资、基建占地、线路走廊、运行管理和节能降耗等方面开始出现困难,越来越多的类似苏州工业园的地区开始关注20 kV配电。

  拌住发展脚步的“石头”

  但不得不承认的是,目前国内已经实施20 kV供电的地区并不多,仅在江苏省一些地区、辽宁本溪、大连等少数省份的一些地区有小范围实际应用。那么是什么拌住了20kV的发展脚步呢?

  “是否上马20 kV项目是各个地区根据自己具体情况来定的,并不是每一个配电网都适合升压到20 kV,而且各个地区的管理模式也不一样。如果某地区负荷密度不大,预期未来也没有大幅增长,就没有必要改变现有供电电压,这是根据负荷密度来定的。”上述苏州供电公司专家告诉记者。

  可以说,目前我国大部分地区的电网负荷还没有达到电压升级的条件,这是20 kV配电在国内发展缓慢的主要原因,而且配电电压等级的选用涉及面非常广,会影响到其运行、维护、设备选型等,因此,在具体实施前,各地电网公司也会比较慎重。

  据了解,20 kV配电网的建设可以分为新建电网和旧网改造两类。在新建电网中推广20 kV完全没有问题,经过有经验地区的初步比较,新建20 kV配网比新建10 kV可节约投资16%左右,因为虽然单线建设价格增长10%左右(同一品牌的10 kV和20 kV设备间价格差大概为10%),但是线路容量增加,相应的线路数量会减少,因此总投资上是减少的。

  比较而言,旧网改造则困难的多。线路升压后,电网中开关断流能力发生改变,电压配比也改变了,一般而言,需要对旧网中的变压器、开关、绝缘子等设备进行更换,导线则需要经过论证确定是不是能继续使用,检测设备如电流、电压互感器也可能需要更换。而老城区旧网中包含很多处于不同状态的设备和线路,如有运行30年的变压器,也有新安装的,改造情况很复杂。老设备更新改造相对容易,新设备的更换则会比较困难,用户没有积极性,然而,情况往往是这样:有升压要求的高密度负荷都在新设备集中的新区,更换难度小的老区运行负荷不太高,没有升压需要。

  但应该看到,随着经济的快速发展,在很多城市的部分地区已经越来越多出现高负荷密度,形成了升压至20 kV的动力源。而经过已经上马地区的实践经验,20 kV配电存在的一些问题已经凸现出来,很可能成为未来推广的障碍。

  张建华教授指出:“缺乏标准和电价不明确是20 kV配电在推广中遇到的主要困难。10 kV配电在各方面已经很成熟、规范,但20 kV由于起步晚、应用少,在很多方面还不完善,设备的标准不明确就是其中之一,如变压器需要多大容量最合理,开关、电缆、绝缘子等设备的生产标准、尺寸、断流能力、绝缘水平等标准还未确定。尽管现在国内一些企业也在生产20 kV产品,但是还没有形成统一的国家标准,通过整体规划和大范围调研来提出适度、合理标准对未来产品推广具有重要意义。还有产品性能和价格的论证比较问题,20 kV产品肯定会比10 kV价格高,但高多少合适还没有定论。”

  “另外,还有很多技术和政策问题,如升压改造中涉及最困难的问题就在于用户的不理解,有些用户投资购买的配电变压器,还没有到使用年限,不愿意更换。因此应该有电价激励政策,即确定比10 kV优惠的20 kV供电电价,这是用户很关心的一个问题。通常接入用户电压等级越高,电费越低,现在20 kV的电价政策还没有制定出来。如果有电价激励优惠,对用户来讲,其积极性就会高一些。”

  这点也得到了苏州供电公司的认可,上述专家表示:“在我们的实际推广中最大的困难在用户侧,建议出台更多的鼓励政策,推广20 kV。在电价方面,现在国家发改委给江苏省批的20 kV电价比10 kV低6厘,比35 kV高9厘。而且,希望20 kV设备制造企业通过研发,降低造价,如果20 kV设备跟10 kV设备价格相差无几的话,用户也更容易接受。”

  据了解,我国国内企业已经能够提供相应的20 kV产品,具备生产条件和能力,且已有产品供应,但还没有实现批量化生产。一些外资厂家或中外合资厂家也引进了20 kV电压等级的电气设备和配电装置,如ABB。目前,这些设备的技术条件、绝缘配合、测试标准等要么引用国外产品标准,要么响应用户要求达到更高标准。

  苏州新加坡工业园最早采用的是施耐德的设备,在20 kV配电网的逐渐建设中,又有很多国内企业加入进来,以江苏省内企业为主,如东源电气、帕威尔、中电电气等。“我们电网中已有20 kV设备运行一直比较稳定,在全省全面推广20 kV配网时我们会根据市场来决定用哪家公司的产品,不会指定,会形成充分竞争。国内企业的20 kV产品从总体上说没有问题,有竞争机会。”上述苏州供电公司专家表示。

  未来在哪里?

  那么同时拥有明显优势和诸多障碍的20 kV配电未来会怎样呢?张建华教授一语道破。

  “20 kV配电的推广跟经济性有直接关系,不能笼统地说20 kV比10 kV好还是不好。20 kV确实损耗小、供电能力增加,但设备投入也会增加,经济性实际就是这两者的博弈,它的发展其实就是一种未来和现实的博弈。”他说,“从国家负荷密度增长趋势来看,20 kV应该得到推广,但还要看各地的需求及负荷密度增长情况,而增长到何种程度需要更换,还需要进行论证并制定相关导则、准则。欧洲地区的20 kV配电已经很普遍,但他们的电压等级更替也经历了30年的艰难过渡。我估计我国也是如此,负荷密度增长到一定程度需要很漫长的时间,电压等级的改造也需要很漫长的时间,中间会出现多种电压并存的现象。即使现在在欧洲20 kV供电很普遍的情况下,也仍有其他中压电压等级并存。”

  事实也是如此。据了解,江苏省电网已经在全省开展将10 kV和35 kV配电网统一成20 kV电压等级的工作,要求新建用户必须上马20 kV,而已有电网则将结合常规电网设备更新、节能改造进行,逐渐对已有设备进行更换。这一改造过程将相当漫长,估计在20年左右。

  “20 kV配电网的建设需要做好规划,逐步更新淘汰。现在看来,前景是好的。据我了解,很多地区都对20 kV电网很感兴趣,河北沧州已经做了一个规划,湖北武汉、广州东莞、番禺等地都有上马的想法。但是具体到实行阶段还需要一段时间,还要看各个地区的发展策略。”苏州供电局专家告诉记者,由于他们有10多年的运行经验,凡国内想做20 kV项目的地区都会先来苏州考察。

  除此之外,还有一些地区对20 kV配网表示了关注,如1997年华北电管局老年科技工作者协会就编制了《关于京津两市采用20 kV配电电压可行性报告》;云南省电机工程学会和昆明供电局共同编制了《昆明配电网采用20 kV配电的可行性研究报告》,并提出尽快在昆明机场、呈贡新区等规划区采用20 kV配电的建议。该报告已通过审查;由于广州的负荷密度增长较快,南方电网公司于2004年召开会议,决定立项对20 kV配电网进行调研和论证,目前也已做了很多前期准备工作。

  这种让人眼花缭乱的现象不禁让人有了20 kV配网推广指日可待的感觉,但规划终归是规划,正如某业内专家所说,我国电网体制为行政制,除了经济性因素外,真正发展速度还要看相关领导的决心。对于它的未来发展我们只能静观其变。

  20 kV配电网典型案例

  目前,我国已采用20 kV中压配电的主要有苏州工业园区和辽宁本溪供电公司的南芬二次变电所,一个是负荷集中、密度高的发达工业区,一个是负荷分散、密度低、供电半径大的农村地区,是两个具有典型意义的案例。

  NO.1

  地点:江苏省苏州工业园区

  时间:1994年—1997年

  改造过程:对苏州工业园区中新区进行20 kV配网建设。

  1994年11月经江苏省电力局批准,同意在苏州工业园区中新区范围采用20 kV等级配电电压。随着1996年3月苏州工业园区110 kV园区变的投运,20 kV在苏州开始正式运行。

  初期110 kV、20 kV线路全部采用电缆。后来,为进一步推广20 kV配电,降低线路造价,在中新区周边实施了20 kV架空线路技术研究及示范应用试点工程,于2007年9月20日建成并顺利投入运行。

  到2007年共建成4座220 kV变电站,变电容量1440 MVA;7座110 kV变电站,变电容量945 MVA。20 kV配网出线145条,电缆671.56 km,架空线3条,9.57 km。区内现有221座公用配电站,变压器528台。

  2007年,苏州供电公司、东南大学、苏州市电机工程学会联合对苏州工业园区20 kV配网进行技术评估,认为20 kV电压等级在节能降损、节约土地资源等方面具有明显优势。江苏省电力公司审查通过了该评估报告,并正式发文在全省范围内推广20 kV配电电压等级

  改造效果:理论测算,当负荷密度达到30 MW/km时,采用20 kV配电在建设费用和运行费用上都小于10 kV,两者相差20%左右。目前该园区一期负荷密度已达到30 MW/km,因此选用20 kV配电是合适的,其建设投资远小于35 kV,运行费用与l0 kV基本相当。

  中新区目标网架采用20 kV方案需设110 kV变电站17座,而采用10 kV方案需设110 kV变电站32座,可节约用地约41%。且20 kV输电容量较大,线路资源丰富,对于较大容量的客户不仅可以减少投资,并且能满足多回路、高可靠性的要求。另外,通过20 kV架空线路试点工程的成功实践,降低了配网建设造价,提高了该电压等级对不同区域的适应性。

  根据实际运行结果,该园区110/20 kV变电站每kVA的造价比110/10 kV变电站低24.5%,而容量大1.58倍;20 kV设备虽比10 kV设备贵1.1~1.2倍,但按容量考虑,除配电变压器外,其他设备每kVA的价格都较10 kV的少;20 kV方案线损率比10 kV方案降低0.723个百分点,以2010年苏州20 kV供电区域预计年用电量66.75亿kW·h计算,则每年可以减少电能损耗4 826万kW·h。

  NO.2

  地点:辽宁省本溪市

  时间:2002年

  改造过程:辽宁省本溪供电公司对所辖的南芬变电所66/10 kV线路进行了升至66/20 kV的改造。

  南芬地区是本溪钢铁公司露天铁矿、选矿厂、机修厂所在地,其供电由本钢33 kV供电系统供电。同时,矿山变电所也向部分周边农村转供电。本溪供电公司所属的南芬二次变电所1978年城网电压升压,由35 kV升为66 kV,6 kV升为10 kV。原线路所带负荷变压器均为10 kV高耗能变压器,已不能适应负荷发展的需要。当地经济发展较快,供电距离较长的线路末端电压满足不了供电需求,急需改造。整个改造方案主要包括原二次变电所的重建、原配电线路的改造以及相关变压器和用户的升压改造。20 kV配电线路全部采用架空线。局管部分线路长38.3 km,农网部分线路长40.1 km。

  改造效果:按10 kV和20 kV两个方案的初投资费用比较,后者需增加初投资(约1 100万元),但以后的年运行费用低,两者比较,初投资增加部分通过年运行费减少,大约6年可以收回初投资增加部分。

  重建后有6条20 kV配电线路运行,新增2条线路,新增低压台区67处,设备增加,但故障率大大下降,且电压达到标准值要求。变电所操作灵活、可靠。2台主变压器及199台配电变压器全部采用低损耗型,年减少损失23万;线路减少损失396万kW·h。两项合计创造效益203.5万元。

 

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