合肥KV電壓配電項(xiàng)目可行性初探鴻業(yè)科技

1、合肥市 20KV 電壓配電項(xiàng)目可行性初探 李迪明作者簡(jiǎn)介：合肥市規(guī)劃局，工程師電力網(wǎng)中，配電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著承上啟下的重要作用。發(fā)電廠生產(chǎn)的大量電能以 高壓大功率的形式通過(guò)輸電網(wǎng)輸送到各負(fù)荷中心，必須經(jīng)配電網(wǎng)再傳輸、分配，以最適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)輸送到用戶中。配電網(wǎng)作為輸電網(wǎng)與電力用戶之間的橋 梁，其結(jié)構(gòu)和變電層次是否合理， 關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能否安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前我市所采用的 220 110100.4 和 220110350.4 兩種變電層次的配 電網(wǎng)無(wú)法完全滿足現(xiàn)狀及規(guī)劃城市用電負(fù)荷需求， 因此，開展對(duì)城市新的配電 網(wǎng)電壓層次研究，尋找輸送容量更高、輸變電網(wǎng)絡(luò)更優(yōu)、工程造價(jià)更經(jīng)濟(jì)、與 現(xiàn)狀城市電網(wǎng)結(jié)

2、合更好的替代性配電網(wǎng)電壓層次的工作，已成為目前我市所必 需開展研究的課題。在這樣的情況下， 將 220 110100.4 電壓層次升為 22011020 0.4 電壓層次，是解決中壓配電容量不足， 提高供電可靠性， 滿足用戶用電需求的 好方法。二國(guó)內(nèi)外 20 KV 配電電壓等級(jí)的發(fā)展現(xiàn)狀相關(guān)資料表明，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，負(fù)荷的增長(zhǎng)，為了尋求最低支出和最高經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)，美國(guó)早在 1948 年就部分采用了 20.8-24.9 KV 電壓；法國(guó)和德國(guó)在 20 世紀(jì) 60 年代初開始發(fā)展 20 KV 電壓等級(jí)； 80%的歐洲國(guó)家，如意大利、奧 地利、保加利亞、波蘭等，中壓配電均采用 2025 KV;同期，前蘇

3、聯(lián)幾乎將 所有大城市的 10 KV 改造成 20 KV。目前，在 14 個(gè)亞洲國(guó)家和地區(qū)中， 已有 9 個(gè)采用 20 KV 作為中壓配電電壓等級(jí)。 在國(guó)內(nèi)， 早在 1996年，蘇州電力公 司已經(jīng)在占地面積約 70km2 的中新工業(yè)園區(qū)采用了 20KV 電壓等級(jí)供電，目前 已發(fā)展到有 1 座 220KV、3 座 110KV 變電站向園區(qū)提供 20KV 電源。三20 KV 配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性與可行性1 合肥市配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀合肥市配電網(wǎng)目前主要采用 220110100.4KV 四級(jí)變電層次，這種變 電層次在過(guò)去二、 三十年我國(guó)經(jīng)濟(jì)由弱至強(qiáng)逐步發(fā)展的時(shí)期為電力供應(yīng)提供了 有力的保障。但是，隨著我國(guó)工業(yè)

4、化進(jìn)程的加快以及城市規(guī)劃區(qū)范圍不斷拓展， 現(xiàn)狀老城區(qū)內(nèi)用地日益緊張， 城市各新增組團(tuán)間距不斷擴(kuò)大， 導(dǎo)致電力需求旺 盛、負(fù)荷增長(zhǎng)迅速且分布相對(duì)集中，導(dǎo)致區(qū)域負(fù)荷密度很高，采用10KV 供電的局限性日趨突出。主要表現(xiàn)在：（1） 由于 110/10KV 變電容量及 10KV 配出負(fù)荷有限，在負(fù)荷集中區(qū)域所 需的變電站數(shù)量增長(zhǎng)很快， 但新建站址選址、 征地困難， 線行進(jìn)出供電線路通 道難以落實(shí)，導(dǎo)致 10KV的電源點(diǎn)建設(shè)不足，變電容載比小，許多 110KV 站 不滿足 N-1 要求（即在變電所內(nèi)任何設(shè)備在停運(yùn)一臺(tái)的情況下，不影響正常供電 ）；（2） 110KV 變電站供電半徑越來(lái)越小，布點(diǎn)密度過(guò)大；

5、（3） 10KV 通道擁擠，難以新建線路，導(dǎo)致部分已有 10kV 線路負(fù)載過(guò)重， 雖有環(huán)網(wǎng)或聯(lián)絡(luò)，但實(shí)際上并不能滿足事故情況下轉(zhuǎn)供負(fù)荷的要求，從而達(dá)不 到事故備用的目的，供電可靠性低；（4）大量 10KV 架空線路供電半徑較長(zhǎng)，線路末端電壓偏低，線損較大，可輸送容量較小，導(dǎo)致出線回路數(shù)增多。（ 5）設(shè)備負(fù)載重，網(wǎng)損增高，供電電壓質(zhì)量難以保障；（6）難以滿足高層 建筑特別是大型地塊開發(fā)所配套的賓館、 酒店、商場(chǎng)、商務(wù)辦公樓的供電需求。因此，10KV 配電電壓已越來(lái)越不適應(yīng)電力負(fù)荷增長(zhǎng)的要求，儼然己成為電 網(wǎng)功率傳送的瓶頸電壓層， 且日益加劇配變電設(shè)備急速增長(zhǎng)與城市用地緊張之間的矛盾，給配網(wǎng)建設(shè)帶

6、來(lái)巨大困難。為解決高負(fù)荷密度地區(qū)10kV 配電網(wǎng)輸送容量小、供電半徑短、損耗大、占用大量線行等問(wèn)題，有必要提高中壓配電 網(wǎng)的電壓等級(jí)。2 在濱湖新區(qū)進(jìn)行 20KV 配電網(wǎng)試點(diǎn)的可行性目前，10KV 配電的局限性已經(jīng)我市現(xiàn)有城區(qū)的配電網(wǎng)中逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，隨著電力負(fù)荷密度的進(jìn)一步提高，出現(xiàn)類似問(wèn)題的電網(wǎng)范圍將會(huì)越來(lái)越大，矛盾 也會(huì)更加突出。濱湖新區(qū)是我市“ 141”城市格局中重要的城市組團(tuán)之一，按 照已核定的規(guī)劃建設(shè)規(guī)模，濱湖新區(qū)平均容積率已達(dá)到 2.53.0,現(xiàn)狀采用 220 110100.4KV 變壓層次供電能力不足的問(wèn)題日益凸顯。如采用220110/20/ 0.4KV 變壓層次供電將可在以下幾

7、個(gè)方面有效解決上述矛盾：（1） 110/20 單臺(tái)變壓器可選擇更大容量,有利于減少變電站布點(diǎn)；（2） 在導(dǎo)線相同的條件下, 20KV 線路可輸送的容量高于 10KV 線路約一 倍,可有效減少中壓配電線路的出線回路數(shù)；（3） 在輸送容量相同的條件下, 20KV 線路負(fù)載電流更小,單位長(zhǎng)度的壓 降更小、 損耗更低,有利于保障供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。四供電能力比較1 供電能力比較供電容量數(shù)值可以通過(guò)以下公式計(jì)算：配電容量： S=31/2UNIj式中 UN-中壓配電網(wǎng)額定電壓；Ij-線路導(dǎo)線在環(huán)境條件下的持續(xù)載流量。當(dāng) 20 kV 取代 10 kV 中壓配電電壓，原來(lái)線路導(dǎo)線線徑不變，則“S20/

8、S10=(31/2X20X|j)/( 31/2x10X|j)=2”2 電網(wǎng)的電能損耗比較根據(jù)以下電壓損失計(jì)算公式如下：電壓損失百分?jǐn)?shù) (%)為:U%=(PR+QX)/U2NX100%式中 R、X-配電線路的參數(shù)；P、Q-配電線路的有功、無(wú)功功率。20 KV 與 10 KV 電壓損失比為 :U20%/ 山 10%= U210 (P20R+Q20X) / U220 ( P10R+Q10X)在負(fù)荷不變的情況下 : U20%/ U10%=1/4在負(fù)荷升高 1 倍時(shí)： U20%/ U10%=1/23 中壓配電網(wǎng)的供電半徑比較根據(jù)以下公式可知： U% U2N= PR+QX二31/2RUN Ij cos +

9、31/2XUN Ij sin L可得供電半徑 :L= U% UN /31/2 Ij(R+XtgcOs) 通過(guò)計(jì)算可得出以下負(fù)荷半徑與負(fù)荷密度的關(guān)系圖：圖 1 允許負(fù)荷半徑與負(fù)荷密度的關(guān)系4降低線損比較功率損耗技術(shù)方法為：由AP=3I2R 可推導(dǎo)出 匸 P/(31/2 UN cos 妨 貝佔(zhàn)=P2R/( U2N cos2 5 供電能力比較結(jié)論表 1 三種配電電壓供電半徑比較表配電電壓負(fù)荷密度供電半徑干線線損供電面積供電負(fù)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通過(guò)表 1 分析可知各種電壓配置的主要優(yōu)缺點(diǎn)(1)110/35/ 10KV 電壓配置。10KV 供電半徑短；多一級(jí)電壓，損耗大， 負(fù)荷密度大時(shí)問(wèn)題更顯得突出；小負(fù)荷密度時(shí)投資有關(guān)的費(fèi)用較少， 隨著負(fù)荷 密度的增加，這項(xiàng)費(fèi)用增加較快。(2)110/ 10KV 電壓配置。 10KV 供電半徑短，

11、110KV 變電站多， 建設(shè) 投資大； 損耗比 1135/ 10KV 電壓配置低(3)110KV 電壓配置。20KV 供電半徑較長(zhǎng)；減小了 110KV 變電站的數(shù)量; 在許多情況下投資最低；損耗比 110/ 10KV 電壓配置低；20KV 目前尚未正式 列入國(guó)家電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有些設(shè)備缺乏系列產(chǎn)品。(4)110/35KV 電壓配置。35KV 供電半徑長(zhǎng)，110kV 變電站數(shù)量最少，但配電設(shè)備費(fèi)用高，在負(fù)荷密度大時(shí)投資最少；損耗最低；五經(jīng)濟(jì)比較1 各種電壓配置下單位用電面積年支出費(fèi)用單位用電面積(1km2)年支出費(fèi)用 F0,包括送電、變電和配電設(shè)備建設(shè)投 資的等年值 Fd,維修運(yùn)行費(fèi) Fv 和電能

12、損耗費(fèi)用 Fs 等。單位為元/ km2 年。Fo= Fd + Fv+ Fs式中 Fd=KdZ Fv=KvZ , Z 為單位用電面積設(shè)備建設(shè)投資，單位為元/ km2。Kd 為投資等年值系數(shù)，其值為0.11。用下式計(jì)算：KV=i(1+i) n 心+i) n-1式中 i-投資年收益率，取 10%n-投資收益年限，取 25 年KV-設(shè)備年維護(hù)率，按表 2 計(jì)算表 2 電氣設(shè)備維護(hù)率設(shè)備名稱變電站送電線路配電線路和設(shè)備維護(hù)率 K/0.1020.030.042 變電所投資自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，城鎮(zhèn)電力負(fù)荷增長(zhǎng)很快，市區(qū)負(fù)荷密度大幅度增 加，一些城鎮(zhèn)的市區(qū)繁華地區(qū)最大負(fù)荷密度已達(dá) 3050MW/k

13、m2 , 一些城鎮(zhèn)在 進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)與改造規(guī)劃中，預(yù)計(jì)未來(lái)城鎮(zhèn)中心地區(qū)負(fù)荷密度到 2010 年可達(dá) 4050MW/km2，為滿足城鎮(zhèn)的用電需求，必然要修建更多的降壓變電所。a 以蘇州工業(yè)園為例蘇州工業(yè)園區(qū)于 1994 年 2 月經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立， 同年 5 月實(shí)施啟動(dòng)， 行政 區(qū)域面積 288平方公里，其中核心區(qū) 70km2 系中國(guó)與新加坡聯(lián)合開發(fā)的新城區(qū)，供電負(fù)荷密度較高，現(xiàn)狀達(dá)到 30MW/km2，遠(yuǎn)期預(yù)計(jì)可達(dá) 50MW/km2。1993 年經(jīng)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)城市用電專委會(huì)和蘇州市電機(jī)工程學(xué)會(huì)論證,經(jīng)江蘇省電力局批準(zhǔn) ,在園區(qū)范圍內(nèi)配電電壓采用 20KV 級(jí),1996 年 3 月投入運(yùn)行 ,

14、迄今已 發(fā)展近 14年。通過(guò)在實(shí)踐中不斷摸索與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)， 2007 年底江蘇省電力公司 已正式出臺(tái)文件， 確定于 2 0 0 9 年起全省推行 20kV 配電等級(jí)， 所有新建變電所 均采用 110/20KV 變壓層次，同時(shí)逐步取消原有 10KV 及 35KV 配電等級(jí)，以 適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的城市供電需求。目前工業(yè)園 70km2 核心區(qū)范圍內(nèi)已建成并投運(yùn)了 220KV 變電所三座， 110/20KV 變電所十七座，如采用 110/10KV 變電所則需 32 座，采用 20KV 配 電電壓可節(jié)約變電所用地近40%。2007 年蘇州市供電公司開始對(duì)超大裝機(jī)容 量主變應(yīng)用的探索，對(duì)新建 110KV 變電所

15、采用標(biāo)準(zhǔn)裝機(jī)容量為 3X8MVA 的主 變（合肥 110KV 變電所為 2X6.3MVA 的主變），并試點(diǎn)單臺(tái)裝機(jī)容量為 10MVA 主變。根據(jù)實(shí)踐成果，單臺(tái) 8MVA 主變可出 10 回路 20 KV 線路，而單臺(tái) 10MVA 主變可出達(dá) 12 回路 20 KV 線路，單回路可供電 15000kVA（ 10KV 單回路僅可 供電 7500KVA），大幅提高了單座 110 KV 變電所供電能力。蘇州工業(yè)園核心區(qū)內(nèi)規(guī)劃起點(diǎn)較高 , 除 220KV 線路按照規(guī)定走廊架空建設(shè)外, 20、110KV 全部采用入地電纜據(jù)蘇州供電公司及蘇州工業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)局介紹， 20KV 配電網(wǎng)絡(luò)特別適合 城市新區(qū)及容

16、積率大的地區(qū)運(yùn)用。通過(guò)在核心區(qū)近 14 年運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看， 20KV 配電網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢(shì)：1 可有效提高供電網(wǎng)絡(luò)省地節(jié)能效率。 110/10KV 變電所的實(shí)際運(yùn)用， 不僅 可大量減少變電所布點(diǎn)及用地， 還可減少進(jìn)出線走廊， 節(jié)省市政設(shè)施用地及建 設(shè)單位配套用地。 通過(guò)配電網(wǎng)升壓改造可有效提高節(jié)能效率， 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 蘇州工 業(yè)園核心區(qū)采用 20KV 配電方式，可減少電網(wǎng)線損率 0.723，每年節(jié)約用電 4826 千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約 1.9 萬(wàn)噸。2 可以節(jié)約供電網(wǎng)絡(luò)投資。無(wú)論是供電公司承擔(dān)的變電所和供配電網(wǎng)，還 是用電客戶還是承擔(dān)的配電房投資均可減少， 從而減輕投資者負(fù)擔(dān)， 改善投資 環(huán)境；3

17、符合國(guó)際慣例。 由于 20KV 電壓是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用的供電方式， 所以在國(guó)內(nèi)采用 20KV 電壓受到外資企業(yè)及招商部門普遍歡迎；4、20KV 供配電產(chǎn)品無(wú)論是在技術(shù)，還是相關(guān)設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈均已形成，且 多數(shù)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，具備立即試點(diǎn)的可行性。b、以濱湖世紀(jì)城項(xiàng)目為例濱湖世紀(jì)城項(xiàng)目位于合肥市濱湖新區(qū)內(nèi)，共 10 個(gè)地塊，該小區(qū)的用電負(fù)荷 約 22 萬(wàn)千伏安，根據(jù)合肥供電公司計(jì)企部提供的供電規(guī)劃可知，該小區(qū)需 30 路 10KV 專用線路（電纜路徑）送至各配電所，小區(qū)需建 18 個(gè)公用配電所。 現(xiàn)如果按 20KV 網(wǎng)絡(luò)供電，在不改變?cè)芯€路導(dǎo)線規(guī)格的情況下 20KV 配電網(wǎng) 絡(luò)分配電能能力是

18、 10KV 配電網(wǎng)絡(luò)的 2 倍。預(yù)測(cè)整個(gè)小區(qū)需 14 路 20KV 專用 線路（電纜路徑）送至各配電所，小區(qū)需建 11 個(gè)公用配電所。1 線路比較分析在相同導(dǎo)線截面規(guī)格情況下， 一回路 20KV 供電線路相對(duì)于一回路 10KV 供電線路每公里造價(jià)(包含安裝費(fèi))增加 10%15% ;但是綜合考慮供電線路 總數(shù)量，整體配電線路 20KV 供電線路相對(duì)于 10KV 供電線路每公里綜合造價(jià) (包含安裝費(fèi))可降低約 54%。2 配電設(shè)備及配電房比較分析雖然 20KV 比 10KV 配電設(shè)備造價(jià)高約 1.11.15 倍，但 20KV 配電房與 10KV 配電房占地面積基本相當(dāng)， 因供電能力提高使得配電房總

19、體數(shù)量減少， 故綜合 分析， 總用地面積減少約 40% 50%，綜合造價(jià)減少約 40%。3 110KV 電源比較分析如采用 110/20KV 等級(jí)變電所，可以整體提升變電所供電能力，其供電能力相當(dāng)于 110/10KV 等級(jí)變電所供電能力的 1.51.8 倍；110/20KV 等級(jí)變電所 相對(duì)于110/10KV 等級(jí)變電所所占地面積每千伏安可減少 35%的用地。結(jié)合整個(gè)投資比較，濱湖新區(qū)規(guī)劃區(qū)內(nèi)選擇 110/20KV 配電網(wǎng)絡(luò)具有可行 性，且與110/10KV 配電網(wǎng)絡(luò)相比可以減少上一級(jí)變電站的占地面積、減少中 壓開閉所的布點(diǎn)、同時(shí)減少出線通道、降低造價(jià)等諸多優(yōu)勢(shì)。3 經(jīng)濟(jì)比較結(jié)論(I)在四種供

20、電方式中，110/35/ 10KV 電壓配置損耗電能費(fèi)用最高。其 它幾種供電電壓配置，隨著配電電壓的提高，損耗電能費(fèi)用相對(duì)減少。11035KV 比 11020KV 的電能損耗費(fèi)用降低的幅值很小。( 2 )在較大的區(qū)城面積情況下，在一定負(fù)荷密度范圍內(nèi)， 1103510KV 電壓配置與投資有關(guān)的費(fèi)用最低， 從而使整個(gè)年支出費(fèi)用最低。 當(dāng)負(fù)荷密度為 20kWkm2 及以下時(shí)，大致可以維持這種狀態(tài)。這也就是該電壓配置的適用條件范圍(3) 在負(fù)荷密度大于 20KW/km2 時(shí)， 110/20KV 電壓配置年支出費(fèi)用最 低(小區(qū)城面積時(shí)幾乎不受負(fù)荷密度限制) ；只有當(dāng)負(fù)荷密度達(dá) 70KW/km2 時(shí)， 1

21、10/35KV 電壓配置的年支出費(fèi)用才接近或略低于 110/20KV 電壓配置。 這些表明： 110/20KV 電壓配置具有優(yōu)越性，要?jiǎng)?chuàng)造條件予以倡導(dǎo)和推廣。(4) 在四種供電方式中，在任何情況下 110/10KV 的電壓配置年支出費(fèi) 用都最高。在許多情況下， 其年支出費(fèi)用大大超過(guò) 110/20 或 110/35KV 兩種 電壓配置，說(shuō)明這種電壓配置在經(jīng)濟(jì)上是最差方案，在濱湖新區(qū)建設(shè)過(guò)程中， 采用時(shí)要應(yīng)取慎重態(tài)度。六 20KV 配電電壓的優(yōu)勢(shì)與目前存在問(wèn)題1 20KV 配電電壓的優(yōu)勢(shì)( 1 )增加供電能力 輸送相同的功率，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，在保證電壓質(zhì)量條件下，輸送距離可以遠(yuǎn) 1 倍，即供電

22、半徑大 1 倍，供電范圍 (面積)可增加 4 倍。如果在同樣的供電半徑條件下，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，可以增加輸送功率1 倍。( 2)保證電壓質(zhì)量目前我市成片開發(fā)項(xiàng)目、重大基礎(chǔ)性工業(yè)企業(yè)及高科技企業(yè)等用戶對(duì)電壓 質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，保證電壓質(zhì)量是電力部門對(duì)用戶服務(wù)的基本條件之一。電壓損耗，在同樣輸送功率條件下，應(yīng)用 20KV 電 壓比 10KV 電壓等級(jí)可 保證電壓質(zhì)量。(3)降低電網(wǎng)的電能損耗全國(guó)電網(wǎng)的線損率 (線路電能損耗占輸送容量的百分比 )最近幾年呈上升趨 勢(shì)，據(jù)有關(guān)部門研究分析，線損升高主要是 10KV 及以下配電網(wǎng)線損的增加。 據(jù)計(jì)算我國(guó)中壓配電網(wǎng)年損耗達(dá) 180 億 KW/h 。如將中壓配電網(wǎng)電壓由 10KV 升為 20KV,在輸送同樣功率條件下， 線路電 流可減少 50，則線路電能損耗可降低 75。（4）從經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果1電網(wǎng)總的建設(shè)費(fèi)用在地區(qū)負(fù)荷密度為 5MW/km2 時(shí)，采用 10kV 電壓等級(jí) 與采用20KV 電壓等級(jí)的配電網(wǎng)， 其總建設(shè)費(fèi)用相差不大，當(dāng)負(fù)荷密度逐漸加 大時(shí)，兩者的建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)逐漸加大，當(dāng)負(fù)荷密度增至 50MW/km2 ，總建設(shè) 費(fèi)用相差達(dá) 20。2年運(yùn)行費(fèi)的計(jì)算結(jié)果與建設(shè)費(fèi)用的情況相似。當(dāng)負(fù)荷密度為 50MW/km2 時(shí)，電網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)用采用 20KV 電壓等級(jí)比采用 10KV 電壓等級(jí)要低 20，負(fù) 荷密度到達(dá) 50M