20kV配電離我們還有多遠(yuǎn)？
“據(jù)我了解，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司都在論證20 kV配電，都在把它作為一項(xiàng)重要的事情去做。國家電網(wǎng)公司對(duì)20 kV配電的研究給予了充分的重視，所關(guān)注內(nèi)容包括相關(guān)設(shè)備、規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)等。南方電網(wǎng)公司也非常關(guān)注20 kV電壓等級(jí)的論證，因?yàn)闁|莞、深圳、佛山等地的負(fù)荷密度很高，將來很有可能面臨配電網(wǎng)升壓的問題。”華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院輸配電系統(tǒng)研究所所長張建華教授告訴記者。
值得注意的是，引起兩大電網(wǎng)公司重視的問題從一定意義上說，代表了未來電網(wǎng)建設(shè)的方向，而這個(gè)方向也正是相關(guān)電氣設(shè)備制造企業(yè)所不能忽視的。那么，了解20 kV配電在我國的發(fā)展現(xiàn)狀與未來就顯得很有必要。
經(jīng)濟(jì)發(fā)展催生電壓升級(jí)
眾所周知，我國目前采用的電壓等級(jí)主要是750 kV、500 kV、330 kV、220 kV、110 kV、66 kV、35 kV、10 kV。我國各大區(qū)電網(wǎng)基本上形成了4種主要的電壓等級(jí)序列，城市供電則主要采用220 kV、110 kV、35 kV 、10 kV、0.4 kV電壓等級(jí)。20世紀(jì)70年代，我國完成了將眾多的繁雜的中壓配電電壓統(tǒng)一為10kV的工作。在我國，中壓配電網(wǎng)10 kV電壓等級(jí)的確定、采用及推廣，在電網(wǎng)發(fā)展的過程中，確實(shí)起了重要的促進(jìn)作用。而隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷猛增，在一些地區(qū)10 kV供電已經(jīng)不能滿足當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展需求，江蘇省蘇州工業(yè)園就是一個(gè)典型，它也是我國最早采用20 kV供電的地區(qū)。
“最早蘇州工業(yè)園區(qū)開始采用20 kV供電是因?yàn)楣I(yè)園區(qū)的負(fù)荷密度高，用10 kV不能適應(yīng)供電需求。20 kV與10 kV供電相比輸送能力大，并能相應(yīng)減少線損、節(jié)能節(jié)地。采用20 kV供電主要是針對(duì)高負(fù)荷密度地區(qū)�！碧K州供電公司某專家告訴記者，“另外，采用10 kV長距離供電的偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)也存在損耗和電壓降過大的問題，20 kV供電還可以發(fā)揮在低負(fù)荷密度地區(qū)長距離輸送的優(yōu)勢，如遼寧本溪�！�
據(jù)了解，20 kV電壓等級(jí)相對(duì)于10 kV電壓等級(jí)而言，如果在同樣的供電半徑條件下，應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線，輸送功率可以增加1倍，也就是應(yīng)用相同截面的導(dǎo)線輸送相同的功率，在保證電壓質(zhì)量條件下，輸送距離可以遠(yuǎn)1倍，即供電半徑大1倍，供電范圍（面積）可增加3倍；在負(fù)荷不變的情況下，電壓損失率是10 kV的25%，在負(fù)荷升高1倍時(shí)，電壓損失率是10 kV的50%，更可保證電壓質(zhì)量；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％；而且由于供電面積增大，可大大減少變電所的分布密度，從而減少建設(shè)投資。所以，在負(fù)荷密度高和輸送距離長的情況下，采用20 kV供電取代10 kV是最合理的。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，負(fù)荷密度和用電量都在迅速增加，某些城市的10 kV配電網(wǎng)，在設(shè)備投資、基建占地、線路走廊、運(yùn)行管理和節(jié)能降耗等方面開始出現(xiàn)困難，越來越多的類似蘇州工業(yè)園的地區(qū)開始關(guān)注20 kV配電。
拌住發(fā)展腳步的“石頭”
但不得不承認(rèn)的是，目前國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施20 kV供電的地區(qū)并不多，僅在江蘇省一些地區(qū)、遼寧本溪、大連等少數(shù)省份的一些地區(qū)有小范圍實(shí)際應(yīng)用。那么是什么拌住了20kV的發(fā)展腳步呢？
“是否上馬20 kV項(xiàng)目是各個(gè)地區(qū)根據(jù)自己具體情況來定的，并不是每一個(gè)配電網(wǎng)都適合升壓到20 kV，而且各個(gè)地區(qū)的管理模式也不一樣。如果某地區(qū)負(fù)荷密度不大，預(yù)期未來也沒有大幅增長，就沒有必要改變現(xiàn)有供電電壓，這是根據(jù)負(fù)荷密度來定的�！鄙鲜鎏K州供電公司專家告訴記者。
可以說，目前我國大部分地區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷還沒有達(dá)到電壓升級(jí)的條件，這是20 kV配電在國內(nèi)發(fā)展緩慢的主要原因，而且配電電壓等級(jí)的選用涉及面非常廣，會(huì)影響到其運(yùn)行、維護(hù)、設(shè)備選型等，因此，在具體實(shí)施前，各地電網(wǎng)公司也會(huì)比較慎重。
據(jù)了解，20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)可以分為新建電網(wǎng)和舊網(wǎng)改造兩類。在新建電網(wǎng)中推廣20 kV完全沒有問題，經(jīng)過有經(jīng)驗(yàn)地區(qū)的初步比較，新建20 kV配網(wǎng)比新建10 kV可節(jié)約投資16%左右，因?yàn)殡m然單線建設(shè)價(jià)格增長10%左右（同一品牌的10 kV和20 kV設(shè)備間價(jià)格差大概為10%），但是線路容量增加，相應(yīng)的線路數(shù)量會(huì)減少，因此總投資上是減少的。
比較而言，舊網(wǎng)改造則困難的多。線路升壓后，電網(wǎng)中開關(guān)斷流能力發(fā)生改變，電壓配比也改變了，一般而言，需要對(duì)舊網(wǎng)中的變壓器、開關(guān)、絕緣子等設(shè)備進(jìn)行更換，導(dǎo)線則需要經(jīng)過論證確定是不是能繼續(xù)使用，檢測設(shè)備如電流、電壓互感器也可能需要更換。而老城區(qū)舊網(wǎng)中包含很多處于不同狀態(tài)的設(shè)備和線路，如有運(yùn)行30年的變壓器，也有新安裝的，改造情況很復(fù)雜。老設(shè)備更新改造相對(duì)容易，新設(shè)備的更換則會(huì)比較困難，用戶沒有積極性，然而，情況往往是這樣：有升壓要求的高密度負(fù)荷都在新設(shè)備集中的新區(qū)，更換難度小的老區(qū)運(yùn)行負(fù)荷不太高，沒有升壓需要。
但應(yīng)該看到，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在很多城市的部分地區(qū)已經(jīng)越來越多出現(xiàn)高負(fù)荷密度，形成了升壓至20 kV的動(dòng)力源[7.82 -4.52%]。而經(jīng)過已經(jīng)上馬地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，20 kV配電存在的一些問題已經(jīng)凸現(xiàn)出來，很可能成為未來推廣的障礙。
張建華教授指出：“缺乏標(biāo)準(zhǔn)和電價(jià)不明確是20 kV配電在推廣中遇到的主要困難。10 kV配電在各方面已經(jīng)很成熟、規(guī)范，但20 kV由于起步晚、應(yīng)用少，在很多方面還不完善，設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)不明確就是其中之一，如變壓器需要多大容量最合理，開關(guān)、電纜、絕緣子等設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、尺寸、斷流能力、絕緣水平等標(biāo)準(zhǔn)還未確定。盡管現(xiàn)在國內(nèi)一些企業(yè)也在生產(chǎn)20 kV產(chǎn)品，但是還沒有形成統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，通過整體規(guī)劃和大范圍調(diào)研來提出適度、合理標(biāo)準(zhǔn)對(duì)未來產(chǎn)品推廣具有重要意義。還有產(chǎn)品性能和價(jià)格的論證比較問題，20 kV產(chǎn)品肯定會(huì)比10 kV價(jià)格高，但高多少合適還沒有定論�！�
“另外，還有很多技術(shù)和政策問題，如升壓改造中涉及最困難的問題就在于用戶的不理解，有些用戶投資購買的配電變壓器，還沒有到使用年限，不愿意更換。因此應(yīng)該有電價(jià)激勵(lì)政策，即確定比10 kV優(yōu)惠的20 kV供電電價(jià)，這是用戶很關(guān)心的一個(gè)問題。通常接入用戶電壓等級(jí)越高，電費(fèi)越低，現(xiàn)在20 kV的電價(jià)政策還沒有制定出來。如果有電價(jià)激勵(lì)優(yōu)惠，對(duì)用戶來講，其積極性就會(huì)高一些�！�
這點(diǎn)也得到了蘇州供電公司的認(rèn)可，上述專家表示：“在我們的實(shí)際推廣中最大的困難在用戶側(cè)，建議出臺(tái)更多的鼓勵(lì)政策，推廣20 kV。在電價(jià)方面，現(xiàn)在國家發(fā)改委給江蘇省批的20 kV電價(jià)比10 kV低6厘，比35 kV高9厘。而且，希望20 kV設(shè)備制造企業(yè)通過研發(fā)，降低造價(jià)，如果20 kV設(shè)備跟10 kV設(shè)備價(jià)格相差無幾的話，用戶也更容易接受�！�
據(jù)了解，我國國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)能夠提供相應(yīng)的20 kV產(chǎn)品，具備生產(chǎn)條件和能力，且已有產(chǎn)品供應(yīng)，但還沒有實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。一些外資廠家或中外合資廠家也引進(jìn)了20 kV電壓等級(jí)的電氣設(shè)備和配電裝置，如ABB。目前，這些設(shè)備的技術(shù)條件、絕緣配合、測試標(biāo)準(zhǔn)等要么引用國外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，要么響應(yīng)用戶要求達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)。
蘇州新加坡工業(yè)園最早采用的是施耐德的設(shè)備，在20 kV配電網(wǎng)的逐漸建設(shè)中，又有很多國內(nèi)企業(yè)加入進(jìn)來，以江蘇省內(nèi)企業(yè)為主，如東源電氣、帕威爾、中電電氣等。“我們電網(wǎng)中已有20 kV設(shè)備運(yùn)行一直比較穩(wěn)定，在全省全面推廣20 kV配網(wǎng)時(shí)我們會(huì)根據(jù)市場來決定用哪家公司的產(chǎn)品，不會(huì)指定，會(huì)形成充分競爭。國內(nèi)企業(yè)的20 kV產(chǎn)品從總體上說沒有問題，有競爭機(jī)會(huì)�！鄙鲜鎏K州供電公司專家表示。
未來在哪里？
那么同時(shí)擁有明顯優(yōu)勢和諸多障礙的20 kV配電未來會(huì)怎樣呢？張建華教授一語道破。
“20 kV配電的推廣跟經(jīng)濟(jì)性有直接關(guān)系，不能籠統(tǒng)地說20 kV比10 kV好還是不好。20 kV確實(shí)損耗小、供電能力增加，但設(shè)備投入也會(huì)增加，經(jīng)濟(jì)性實(shí)際就是這兩者的博弈，它的發(fā)展其實(shí)就是一種未來和現(xiàn)實(shí)的博弈。”他說，“從國家負(fù)荷密度增長趨勢來看，20 kV應(yīng)該得到推廣，但還要看各地的需求及負(fù)荷密度增長情況，而增長到何種程度需要更換，還需要進(jìn)行論證并制定相關(guān)導(dǎo)則、準(zhǔn)則。歐洲地區(qū)的20 kV配電已經(jīng)很普遍，但他們的電壓等級(jí)更替也經(jīng)歷了30年的艱難過渡。我估計(jì)我國也是如此，負(fù)荷密度增長到一定程度需要很漫長的時(shí)間，電壓等級(jí)的改造也需要很漫長的時(shí)間，中間會(huì)出現(xiàn)多種電壓并存的現(xiàn)象。即使現(xiàn)在在歐洲20 kV供電很普遍的情況下，也仍有其他中壓電壓等級(jí)并存�！�
事實(shí)也是如此。據(jù)了解，江蘇省電網(wǎng)已經(jīng)在全省開展將10 kV和35 kV配電網(wǎng)統(tǒng)一成20 kV電壓等級(jí)的工作，要求新建用戶必須上馬20 kV，而已有電網(wǎng)則將結(jié)合常規(guī)電網(wǎng)設(shè)備更新、節(jié)能改造進(jìn)行，逐漸對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行更換。這一改造過程將相當(dāng)漫長，估計(jì)在20年左右。
“20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)需要做好規(guī)劃，逐步更新淘汰�，F(xiàn)在看來，前景是好的。據(jù)我了解，很多地區(qū)都對(duì)20 kV電網(wǎng)很感興趣，河北滄州已經(jīng)做了一個(gè)規(guī)劃，湖北武漢、廣州東莞、番禺等地都有上馬的想法。但是具體到實(shí)行階段還需要一段時(shí)間，還要看各個(gè)地區(qū)的發(fā)展策略�！碧K州供電局專家告訴記者，由于他們有10多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，凡國內(nèi)想做20 kV項(xiàng)目的地區(qū)都會(huì)先來蘇州考察。
除此之外，還有一些地區(qū)對(duì)20 kV配網(wǎng)表示了關(guān)注，如1997年華北電管局老年科技工作者協(xié)會(huì)就編制了《關(guān)于京津兩市采用20 kV配電電壓可行性報(bào)告》；云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì)和昆明供電局共同編制了《昆明配電網(wǎng)采用20 kV配電的可行性研究報(bào)告》，并提出盡快在昆明機(jī)場、呈貢新區(qū)等規(guī)劃區(qū)采用20 kV配電的建議。該報(bào)告已通過審查；由于廣州的負(fù)荷密度增長較快，南方電網(wǎng)公司于2004年召開會(huì)議，決定立項(xiàng)對(duì)20 kV配電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)研和論證，目前也已做了很多前期準(zhǔn)備工作。
這種讓人眼花繚亂的現(xiàn)象不禁讓人有了20 kV配網(wǎng)推廣指日可待的感覺，但規(guī)劃終歸是規(guī)劃，正如某業(yè)內(nèi)專家所說，我國電網(wǎng)體制為行政制，除了經(jīng)濟(jì)性因素外，真正發(fā)展速度還要看相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的決心。對(duì)于它的未來發(fā)展我們只能靜觀其變。
20 kV配電網(wǎng)典型案例
目前，我國已采用20 kV中壓配電的主要有蘇州工業(yè)園區(qū)和遼寧本溪供電公司的南芬二次變電所，一個(gè)是負(fù)荷集中、密度高的發(fā)達(dá)工業(yè)區(qū)，一個(gè)是負(fù)荷分散、密度低、供電半徑大的農(nóng)村地區(qū)，是兩個(gè)具有典型意義的案例。
NO.1
地點(diǎn)：江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)
時(shí)間：1994年—1997年
改造過程：對(duì)蘇州工業(yè)園區(qū)中新區(qū)進(jìn)行20 kV配網(wǎng)建設(shè)。
1994年11月經(jīng)江蘇省電力局批準(zhǔn)，同意在蘇州工業(yè)園區(qū)中新區(qū)范圍采用20 kV等級(jí)配電電壓。隨著1996年3月蘇州工業(yè)園區(qū)110 kV園區(qū)變的投運(yùn)，20 kV在蘇州開始正式運(yùn)行。
初期110 kV、20 kV線路全部采用電纜。后來，為進(jìn)一步推廣20 kV配電，降低線路造價(jià)，在中新區(qū)周邊實(shí)施了20 kV架空線路技術(shù)研究及示范應(yīng)用試點(diǎn)工程，于2007年9月20日建成并順利投入運(yùn)行。
到2007年共建成4座220 kV變電站，變電容量1440 MVA；7座110 kV變電站，變電容量945 MVA。20 kV配網(wǎng)出線145條，電纜671.56 km，架空線3條，9.57 km。區(qū)內(nèi)現(xiàn)有221座公用配電站，變壓器528臺(tái)。
2007年，蘇州供電公司、東南大學(xué)、蘇州市電機(jī)工程學(xué)會(huì)聯(lián)合對(duì)蘇州工業(yè)園區(qū)20 kV配網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，認(rèn)為20 kV電壓等級(jí)在節(jié)能降損、節(jié)約土地資源等方面具有明顯優(yōu)勢。江蘇省電力公司審查通過了該評(píng)估報(bào)告，并正式發(fā)文在全省范圍內(nèi)推廣20 kV配電電壓等級(jí)
改造效果：理論測算，當(dāng)負(fù)荷密度達(dá)到30 MW／km時(shí)，采用20 kV配電在建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用上都小于10 kV，兩者相差20％左右。目前該園區(qū)一期負(fù)荷密度已達(dá)到30 MW／km，因此選用20 kV配電是合適的，其建設(shè)投資遠(yuǎn)小于35 kV，運(yùn)行費(fèi)用與l0 kV基本相當(dāng)。
中新區(qū)目標(biāo)網(wǎng)架采用20 kV方案需設(shè)110 kV變電站17座，而采用10 kV方案需設(shè)110 kV變電站32座，可節(jié)約用地約41％。且20 kV輸電容量較大，線路資源豐富，對(duì)于較大容量的客戶不僅可以減少投資，并且能滿足多回路、高可靠性的要求。另外，通過20 kV架空線路試點(diǎn)工程的成功實(shí)踐，降低了配網(wǎng)建設(shè)造價(jià)，提高了該電壓等級(jí)對(duì)不同區(qū)域的適應(yīng)性。
根據(jù)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，該園區(qū)110／20 kV變電站每kVA的造價(jià)比110／10 kV變電站低24.5％，而容量大1.58倍；20 kV設(shè)備雖比10 kV設(shè)備貴1.1～1.2倍，但按容量考慮，除配電變壓器外，其他設(shè)備每kVA的價(jià)格都較10 kV的少；20 kV方案線損率比10 kV方案降低0.723個(gè)百分點(diǎn)，以2010年蘇州20 kV供電區(qū)域預(yù)計(jì)年用電量66.75億kW·h計(jì)算，則每年可以減少電能損耗4 826萬kW·h。
NO.2
地點(diǎn)：遼寧省本溪市
時(shí)間：2002年
改造過程：遼寧省本溪供電公司對(duì)所轄的南芬變電所66/10 kV線路進(jìn)行了升至66/20 kV的改造。
南芬地區(qū)是本溪鋼鐵公司露天鐵礦、選礦廠、機(jī)修廠所在地，其供電由本鋼33 kV供電系統(tǒng)供電。同時(shí)，礦山變電所也向部分周邊農(nóng)村轉(zhuǎn)供電。本溪供電公司所屬的南芬二次變電所1978年城網(wǎng)電壓升壓，由35 kV升為66 kV，6 kV升為10 kV。原線路所帶負(fù)荷變壓器均為10 kV高耗能變壓器，已不能適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的需要。當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展較快，供電距離較長的線路末端電壓滿足不了供電需求，急需改造。整個(gè)改造方案主要包括原二次變電所的重建、原配電線路的改造以及相關(guān)變壓器和用戶的升壓改造。20 kV配電線路全部采用架空線。局管部分線路長38.3 km，農(nóng)網(wǎng)部分線路長40.1 km。
改造效果：按10 kV和20 kV兩個(gè)方案的初投資費(fèi)用比較，后者需增加初投資（約1 100萬元），但以后的年運(yùn)行費(fèi)用低，兩者比較，初投資增加部分通過年運(yùn)行費(fèi)減少，大約6年可以收回初投資增加部分。
重建后有6條20 kV配電線路運(yùn)行，新增2條線路，新增低壓臺(tái)區(qū)67處，設(shè)備增加，但故障率大大下降，且電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值要求。變電所操作靈活、可靠。2臺(tái)主變壓器及199臺(tái)配電變壓器全部采用低損耗型，年減少損失23萬；線路減少損失396萬kW·h。兩項(xiàng)合計(jì)創(chuàng)造效益203.5萬元。
