配电设备10～20kV升压改造分析

　　电力是经济社会发展的基础动力，电力在各项能源消耗领域中所占的比重很大，供电企业在输电、配电、供电、用电等领域开展节能降耗工作，促进电网的经济运行，具有显著的经济效益和社会效益。
　　由于配电网分布十分广泛，电压等级较低、线径较细，加上缺乏有效的检修和管理，造成配电网损耗较大。因此，配电网的节能降损在电力系统的经济运行过程中占据非常重要的地位。所以对配电网的升压改造由10～20 kV是一项非常符合我国现阶段电力发展需要的决策。20 kV电压级在中压配电网中实现全覆盖是大势所趋。当然，为了节省电网建设的投资费用，我们采取用10 kV电压级配电升压至20 kV电压级配电的方式。
　　 1 配电系统
　　在电力系统中，配电网主要起分配电能的作用。配电网通常按电压等级来分类，可分为高压配电网(35～110 kV)、中压配电网(6～10 kV)和低压配点网(220/380 V)。在负载率较大的特大型城市，220 kV输电网也兼有配电的功能。但是由于一些历史、政治、经济以及技术等原因，现阶段在我国已初具规模的城乡电网中，除330、500 kV作为超高压输电电压，220 kV作为高压输电电压外，全国占多数的地区都采用35 kV与110 kV(东北用66 kV)为高配电压，而10 kV为中配电压、220/380 V为低配电压。
　　经济的飞速发展,使得一些地区的电力配电系统的弊端日益显现。特别是经济发达地区,固有的10 kV配电系统出现容量小、损耗大等问题。已经很难承受急剧增长的用电负荷。20 kV电压等级已列入国际电工委员会标准IEC38—1983中，在国外已被数十个国家和地区采用，具有非常成熟的技术和经验。国内对20 kV电压等级的优点早有认识，1980年当时的电力部就提出将20 kV电压等级列入GB156标准，1984年农电系统的专家也提出采用20 kV电压等级配电，此后众多专家学者相继提出建议，给予论证，倡导采用2 0kV电压等级。并在GB156—1993《标准电压》中加括号列入,后修订为GB156—2003《标准电压》。自1993年苏州新加坡工业园区的第一个20 kV全电缆供电项目起，目前已有不少项目进行了论证、规划、立项、试点和投入使用，设备制造部门已开始研制、生产相关产品。
　　 2 配电设备升压改造的技术原则
　　 2 . 1 架空线路升压改造技术原则
　　将原有10 kV架空线路调整适当线间距离并更换绝缘子、避雷器等线路附属设备后即可以运用于20 kV电网。当然，不同长度的架空线路要采用不同的升压改造过渡方案，这样10 kV用户才可以顺利完成20 kV新电网的接入。
　　 2 . 2 电缆线路升压改造技术原则
　　因为电缆线路深埋地下，改造困难。所以我们一般建议在改造初期暂不进行电缆线路改造。等到一定时期，我们还是需要对原来的10 kV电缆线路进行改造。但并非所有的固有10 kV电缆线路都可以再利用，首先要对升压改造的10 kV电缆线路进行可行性的评估，根据评估结果才能决定是否再利用。然后对符合要求的电缆进行介质损耗测量以及主绝缘交流耐压试验。
　　通过评估、试验确定真正可以升压的电缆线路，升压前必须把所有的电缆的附件都更换成符合20 kV电压的标准。10 kV电缆线路升压改造完成之后，还需要进行外护套绝缘试验，局部放电试验，主绝缘交流耐压试验及绝缘电阻测量等。当这一切都符合要求时，方可进行投入运行。
　　 2 . 3 架空裸导线线路升压改造技术原则
　　在升压改造前，要对水平线之间的距离进行校核，导线之间的标准距离如表1所示。如果档距超过120 m时，就要根据《66kV及以下架空送电线路设计技术规范》进行计算。
3 架空裸导线线路升压改造技术原则
　　在升压改造前，要对水平线之间的距离进行校核，导线之间的标准距离如表1所示。如果档距超过120 m时，就要根据《66 kV及以下架空送电线路设计技术规范》进行计算。
　　当裸导线升压改造后，在最大计算弧垂风偏的条件下，与地之间的距离及交叉跨越应满足表2的要求。
　　4 配电变压器升压改造技术原则
　　4 . 1 配电变压器升压改造技术原则
　　配电变压器的改造主要在于变压器的更换时间。由于升压改造施工能力与配电变压改造时间的限制，为了保证供电的可靠性，需要对同一线路上的配电变压器进行分批更换。线路未改造时，双抽头配电变压器在10 kV档工作，改造完成之后，调至20 kV档工作。
　　4 . 2 配电网升压改造的策略和技术措施
　　(1)改造的策略。
　　对10 kV配电网升压改造的原则要充分将“设备全寿命周期”和“问题设备改造”等统筹考虑，使固有10 kV系统的资产能够得到最大限度的使用，保证经济效益，而新改进的20 kV系统具有较高的科技含量这样一个两全的效果。要达到这种效果，我建议从以下几个方面做。
　　①对于220/110(66)/22/0.4 kV这样的环状区域，因为它们主要在大城市的外围城乡，该区域的配电设备固定资产投入都是比较低的，改造成本也比较低，改造之后可以得到更大的经济效益，因此应该将该区域划分为20 kV的供电区域。
　　② 对于一些地区的负荷超过了8～10 MW/km2，并且有增长的趋势，网络损坏率也比较高，布局不合理等，那么可以将这些地区先行划入20 kV供电区域。
　　③根据“配电设备的全生命周期”理论，利用较长的时间将10 kV网全部改造成20kV网，而在此过程中就把20/10 kV的变压器作为过渡，此区域划为10 kV供电区域。
　　④对改造地区要确定20 kV电压等级的设计原则，以及新增加的用户接入时应该遵循的设计原则，坚决抵制10 kV新客户的接入，分担20 kV网络的改造费用等。对于各级电压等级和变压器之间的变化要有明确的了解。
　　此外，20 kV电网正在向着智能网架的结构充分改造。“十二五”规划中提到了将发展智能电网作为重要的内容将其融入“三网融合”，并开始制定方案列入试点项目之中。
　　(2)改造的技术手段。
　　①改造架空线路:10 kV与20 kV电网的架空线路只是线与线之间的距离以及导线对横担和杆塔间距有所不同，它们距离地面的长度是相同的。在升压改造过程中，需要把瓷瓶和横担更换掉，将导线间的距离由原来的0.9 m调整至1.15 m，原绝缘线维持在0.9 m的距离，原杆塔不必改变。
　　② 电缆线路：电缆线路的改造可以依照架空线路的改造手段。选取电缆(YJV-8.7/10 kV-3× 400 mm2),长0.81 m,不更换上面的附属配件，人为的在电缆之间增加几个10 kV的接头。20 kV电压等级的试验采用变频谐振法进行测量绝缘电阻以及现场的介质损耗，并做现场的耐压交流实验。一切符合要求时即可运行20 kVd电网。
　　③ 开关设备：开关设备的改造方法和手段和配电变压器的方案相似。采用新换一些和利用一些旧的相结合的方式。首先对原来10 kV开关设备进行20 kV电压等级的试验。可以改造的10 kV开关设备，送厂改造。对于不可以改造的开关设备，全部进行更换。
　　4 . 3 以广州为例分析电网升压改造的必要性
　　据统计，我国的线损率和发达国家相比比较高，将10 kV电网升至20 kV电网可以降低75%的线损，节点潜力很大。经济飞速发展，配电网规模的要求也愈来愈高，我国有必要进行大规模的电网升压改造。在这样一个时机，我们恰好可以充分利用现有电网存量和装备制造水平，来提高供电能力和客户接入适应范围，来建设节约型电网，缓解站点和线路走廊资源紧张程度。新型电网系统可以达到提升供电能力、规范城市电网结构、方便运行维护、节约土地资源和降低电网损耗、减少电网投资、增加社会和企业经济效益等目的。下面就以广州为例，分析中压配电网采用20 kV供电的必要性。
(1)适应配电网规模增量发展的需要。2008年时预计在2011年，广州市最大负荷将达1000万千瓦。新型20 kV配电网可以解决固有10 kV电压模式的弊端。
　　(2)提高供电能力和客户接入适应范围的需要。
　　在番禺区、天河区等负荷密度较高的地区，电力需求旺盛，大容量客户所占的比例日渐增高，10 kV电网系统已不能满足客户的供电需求。而如果采用20 kV供电可使线路的供电能力提高1倍，不仅扩大了供电半径和供电范围;还可使客户的报装容量达到2万～3万kVA，能够为大客户提供更加灵活和经济的接入方式，可以缓解经济发展和供电不足的紧张。
　　(3)建设节约型电网的需要。
　　20 kV电网设备价格、设备尺寸、征地价格与10 kV电网相差不多，但供电能力却是后者的两倍。前者可以减少一级变电层次(66 kV)，所以20 kV电网可以明显节省电网投资。据测算，输送同等功率时20 kV供电线路的有色金属耗量可减少50%，节约中压线路的建设投资约40%。通过理论分析可知：在单回线路输送功率相同的情况下，线路载流仅相当于10 kV线路的50%，则线路电能损耗仅相当于升压前10 kV线路的1/4，综合经济效益优势明显。
　　(4)缓解站点和线路走廊资源紧张程度的需要。
　　在人口密度和负荷密度较高的城区，获取站点和线路走廊资源越来越紧张。20 kV电网可简化变电层次、提高单台主变容量，从而减少变电站的布点密度和线路走廊资源的需求，大大节约变电设备和线路走廊占用的土地资源。
　　5 结语
　　理论研究和运行实践都表明，20 kV和10 kV电压相比，在技术性和经济性方面具有明显的优势，将20 kV确立为我国中压配电网的电压等级是一种趋势。我国电网建设正处于上升期、转型期，相当一部分配网设备处于更型换代的最佳阶段。对各地配电网的升压改造，可以有以下几点建议。
　　(1)在新建配电网时，优先考虑使用20 kV配电系统，必要时还可考虑采用双电压供电，特别是开发区、工业园区、城镇地区。
　　(2)20 kV配网建设初期，建议66 kV或220 kV变电所采用2台及以上主变压器，互为备用，以保证供电可靠性，必要时可考虑采用联络变压器。
　　(3)在一些边远地区，如果升压费用不太高，且具有很大的经济效益，那么可以进行20 kV升压改造。
　　(4)在客户接入方面，建议运用政府的号召力，颁布相关规定，要求新客户采用20 kV供电，在过渡期允许客户短期内通过联络变压器接入20 kV系统。
　　(5)在电价方面，相关部门需要尽快重新制定20 kV电价政策。