电压层级优化浅析

银海

中山市规划设计院

目前，我国部分城市（尤其是中心城区）的负荷密度已经达到了很高的水平。在这些高负荷密度的中心城区，继续采用现有的220Kv/110kV/10Kv/0.4kV四级电压供电模式给电网建设造成了一系列难以克服的障碍和困扰。主要表现在：在“寸土寸金”的中心城区，布置大量的220kkV和110kV变电站，选址征地困难重重；10kV供电线路供电能力明显不足，大量电缆致使电缆走廊资源十分紧张。通道拥挤的热效应又反过来导致电缆载流能力下降。

基于这种现状，对于新区的规划，应有效的避免远期建设重蹈覆辙。最佳途径是提高中压配电网的电压等级，同时配套减少变压层次，简化电压层级，从而有效地减少变电站个数和中压电缆出线会输，使得城市配电网供电能力和建设速度与城市用电需求的增长相匹配。

1.电压层级优化的必要性

依据《广东省中山翠亨新区发展总体规划（2012-2030）》，确定翠亨新区发展定位为：海内外华人共有精神家园探索区。转变经济发展方式引领区。珠江西岸理想城市先行区。智慧用海试验区。

为配合翠亨新区高标准、高定位的建设要求，需要对翠亨新区电网进行高起点、高水平规划。为建设结构合理、技术先进、安全可靠、适度超前的供电网络的要求，学习国内外先进的电网规划经验，本次规划进行电压层级优化，引入并试点应用20kV作为配电电压等级。

20kV中压配电电压等级在国外广泛应用，我国除在苏州工业园区等地开展20kV中压配电试点以外，近几年国内许多地方相继开展了20kV中压配电的规划研究。如昆明机场、呈贡新区、上海金山工业园区、深圳光明新区、珠海横琴新区、广州知识城等采用或局部开展20kV电网建设试点。

与10kV比较，采用20kV供电的优点有：

（1）对不同负荷密度的适应性强，翠亨新区负荷密度差异性较大，需要适应性较广的电压等级；

（2）在短路电流控制水平相等的条件下，采用20kV比10kV可扩大变电站主变容量约1倍，可减少变电站站点一半左右；

（3）在同样导线截面及电流密度的情况下，传送相同的电功率，其合理供电距离可达到10kV的2倍，而损耗降低至10kV的25%；

（4）中压配电采用20kV不仅能适应城市未来30~50年社会经济发展对供电的需求，且明显节省站点和线路走廊资源，节约宝贵的土地资源。

我国最新的国家标准GB156-2007《标准电压》中已经取消了原来标准中对20kV配电电压的“在用户需要时使用”的标注，使20kV成为我国正式的配电电压等级。《中国南方电网城市配电网技术导则》（Q/CSG10012-2005）中也明确指出：“根据简化电压等级、减少变压层次、优化网络结构的原则，……，在负荷密度高、供电范围大的新区，论证技术经济合理时，宜采用20kV电压等级供电”。因此优化调整广东电网电压层级的政策限制已不存在。

因此对翠亨新区的配电电压层级进行优化，采用20kV中压配电电压等级的研究是十分重要且非常有必要的。

2.电压层级优化的目的

研究的目的是：简化电压等级序列，提高配电电压等级，采用20kV中压配电电压等级，考虑应用220/20kV直降，使翠亨新区电网远景形成220/20/0.4kV的供电模式。最终使得翠亨新区电网具有电压层次少，网损小，电网结构简洁清晰，节约站点及线路走廊资源，技术经济指标上具有优势等优点。

3.电压层级优化的原则

对电压层级的选择是一个需要权衡技术、经济和客户需求的综合决策优化问题。最佳的电压层级还会随着用电需求的增长而变化，相应的，电网也需要适应不同的负荷发展阶段，结合对设备寿命、改造代价和未来效益的综合考虑，选择合适的时机进行电压层级的调整，以获得最大的综合经济效益。

4.电压层级优化的技术经济分析研究

近两年来，国内许多大城市和经济发达地区，如江苏、上海等都在积极开展提升中压配电电压等级的工作。南方电网内的深圳市、珠海市及广州市也在局部开展20kV电网的建设试点。

国内外实践表明，提高中压配电电压是提高供电能力、满足负荷增长需要的必要、有效和经济的手段。其优越性体现在：

1）对于高负荷密度城市地区可以节约变电站和线路走廊占地，缓解电网建设与土地资源紧张以及美化城市景观的突出矛盾；

2）对于低负荷密度偏远乡村地区可以减小电压降，提高供电距离，解决供电距离受限的主要问题；

3）总体上可以减小中压配电网的建设规模，减少或延缓对高压电网建设的需求，节约投资；

4）可以降低网损，提高电网运行的经济性。

另一方面，提高中压配电电压后，为充分利用中压馈线的供电能力，单条馈线所供用户数量将增加，可能导致供电可靠性下降，需通过改进网络结构和提高配电自动化水平来解决。

5.电压层级选择对电网建设和运行的影响

阶梯式电压层级的构造对电网建设和运行的经济性有很大的影响，主要表现在：

1）随着层级的增多，变电站数量增大，设备投资增大，土地资源占用增多。变压器损耗增大，运行维护费用提高。

2）随着电压层级的减少，相邻电压等级之间级差的拉大，又会在电网供电的可靠性、变压设备的制造、下级电网的投资和传输电能的经济性等方面产生一些负面的影响和制约，表现在：①级差增大，则变压器低压侧电流增大。允许的级差程度受到来自绕组载流能力、开关设备制造能力等方面的制约。②级差增大，则变电站需要对更多的电能进行更细致的分配，增加了变电站出线回数，增大了下级电网结构的复杂性，降低了供电可靠性。同时也受到变电站占地和允许出线回数上的制约。③如果电压级差与用户的分布和区域的负荷密度不匹配，则电压级差偏大还会导致单个变电站的供电范围偏大，下级输电线路偏多、偏长，既增大了建设投资，也增加了低压电网的运行损耗和电压降落，从而降低了经济性和电能供应的质量。

从上述分析可以看出，对电压层级的选择是一个需要权衡技术、经济和客户需求的综合决策优化问题。因此，最佳的电压层级还会随着用电需求的增长而变化。相应的，电网也需要适应不同的负荷发展阶段，结合对设备寿命、改造代价和未来效益的综合考虑，选择合适的时机进行电压层级的调整，以获得最大的综合经济效益。

电网电压层级的选择受到负荷需求及其分布约束、技术和装备约束、土地资源约束、电源分布约束以及城市发展定位约束等诸多复杂因素的影响。其决策过程需要在复杂且带有较大不确定性的约束环境中寻求经济上较优的方案。