浅析20kV在深圳地区的应用前景

浅析20kV在深圳地区的应用前景
7j/]y;G$l2T0蒋晓东
:Q.]&a]P*u:L4y0（深圳供电局有限公司 广东）
)l}"[k z#Ifj0【摘要】本文在20kV 配电网在我国城乡电网的实际应用现状、中国论文网/[wOou#XH%D'S
应用效果及存在问题的基础上，对20kV 配电网在深圳地区的应用中国论文网3mfbvx*PaJf
前景进行了简要的技术经济研究，证明了20kV 在深圳地区应用的
!bOv:T6n,OB0可行性和必要性。
N/D"{j9x0【关键词】20kV 配电网；应用；技术经济
RI{z*Xv'Kn&{0一、20kV 在我国城市电网的应用情况中国论文网A3[/I$v5g+oR4UA
江苏省20kV 电压等级最早在苏州工业园区实施，是中国与新
o
OX&P XMF?0加坡合作的产物。1994 年，苏州工业园区根据园内负荷密度较高中国论文网"R\
D:Wg?W*`
的特点，经过论证决定在园区内采用20kV 电压等级，并最终于于中国论文网;i1M:ZnSeAr4so%Aj
1996 年正式投入运行。中国论文网4qdLoUGk
江苏省电力公司通过了2008 年20kV 配电电压项目的审查，中国论文网5Rp(@q(N1h?T5GT
并分别于2007 年8 月、10 月正式发文要求全省13 个地区、14 处中国论文网lDVg;|^){1\
区域全面试点推广20kV 配电电压等级，以期减少站点和线行，降中国论文网O` p,`},r:tU4vx4?8Xn
低电网建设难度，引导电力事业健康持续发展。中国论文网Q|je/kge!hz
2007 年9 月9 日，国家发改委正式批准江苏省增设20kV 电压中国论文网T"?7B6`5k4Z'{]k
等级销售电价。中国论文网8}9Xvh+{[0n
二、中压配电网采用20kV 的优劣分析中国论文网[2LKC/`6A
m}3FwA
1、20kV 相比10kV 的优势中国论文网o&RI+SmD0t}i'M1z
根据国内外多年的研究和实践，与10kV 供电相比，采用20kV
]5?Y6N&O%u~T0供电在技术上具有以下优点：中国论文网Y.P Q@9w5~q!|q.Y1`
（1）可以增加主变容量，提高变电站的供电能力；
2[sF$n8K9N2d!]M0（2）可以提高配电线路的送电能力，减少配电线路数量；
8{3i[0Z1_4era0（3）增大中压线路的供电距离；中国论文网-{ c D} g]G
（4）提高中压电网的电压质量；
:vn*h%M eM KZ0（5）降低中压电网的电能损耗；中国论文网IV9a`4p8d.Y0xf
（6）节约有色金属使用量；
l4I3B)n~2g0（7）减少占地面积。
&aG9jc.FQC3O0随着城市建设的发展，土地资源越来越紧张，城区内变电站建中国论文网(ko&dt!E+q:q6h]
设征地的困难已十分突出，因此当采用20kV 电压等级作为配电电中国论文网S_1JYV*CX
压时，一方面可减少上级变电站的个数和输电线路的回路数，另一
9ax_7DQ0方面也可减少20kV 配电站和开闭站的个数以及20kV 配电线路的中国论文网,f~C6Vn
回路数（与10kV 相比）。表1 是10kV、20kV 变电站的占地面积
fltD/WL%@,l
K j?0对比表。中国论文网 F8V;K)bGR
表1 110kV变电站占地面积对比
Uw CZ Wf+t0变电站类型容量（MVA） 占地面积（m2）
v7@ A3|$l6z0单位容量占地面积
1Jm9} ~Y8HY'W0（m2/MW）
,Q*D.o*k&MP1jc0220/110 3×240 8000
g`$Rx Uu0110/10kV 3×63 3000 13.750
sO{'n`*uq0110/20kV 3×80 3300 12.963
l
n7tjM9y0220/20 3×120 6000中国论文网4n9X/uX%r
?if
从表1 中可以看出：110/20kV 变电站单位容量的占地面积比中国论文网"KK#ebwnh S*_M9i G
110/10kV 变电站减少6.1%，而且110/20kV 的变电站单台容量可以
0N`xe8V,{&DJ0做到100MVA，此外还可以采用220/20kV，这样就会更加减少上
-iOT;E%tR0一级变电站的占地面积，这对于土地资源十分紧张的深圳地区而言中国论文网;|O%aYfF
是十分重要的。中国论文网z ~H~&hh0{B+q
2、20kV 应用存在的困难
+bx7l(O@:\0首先，目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，运行人
| ~e]t0员基本已习惯了10kV 配电网的操作规程制度，20kV 电压等级的
DP\7Sr1P0操作和熟悉需要重新学习，达到熟练的程度也需要一个过程；其
8nWVktY Hf0次，由于目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，而增加采
lFqiDx2q(Mf0用20kV 作为配电电压，在过渡期必将带来20kV 电网和10kV 电中国论文网e@M8V#y`s
网同时并存的问题，这将加大供电企业的运行维护负担；最后，采中国论文网.C\9U"U`i
用20kV 配电电压等级需要政策支持，主要是需国家相关部门尽快中国论文网)S1K7z&]Fc'i
确定20kV 的电价。
ETg'~0] aR+VT|0三、20kV 配电网经济性分析
0LSH6y4@Of01、经济比较方法简述
nz8|;Ab E3b-~a0经济比较采用净值法。净值法适用于对项目决策的最后评估。中国论文网-b;v&NJ!D'}lC*D
净现值（NPV）是指将投资项目在有效期内或寿命期内的净现金流
+f#u0^q?s
h(gY@3o0量按一定的折现率全部折算到零期的累计现值之和。如果净现值大中国论文网7J!I;H"]?~`i'B(?
于零，说明该方案除能满足预定的收益率要求外，还有盈利，项目中国论文网%]*am}s
在经济上是可行的。净现值越大，投资项目就越优；净现值小于零，
B5^@X3v0说明该方案达不到预定的收益率要求，有亏损，项目在济性上不可中国论文网j.{ Ao eZUh
行。其公式为：中国论文网ly/O1V&R\
（2-2）中国论文网K8bG"qx m*ThB
式中：中国论文网3F:c+zM0cJ}
CIt——第t 年现金流入量；
;E!fca1`U(A@0COt——第t 年现金流出量；中国论文网3Zyh3?Q5zO2?
（CIt-COt）——第t 年净现金流量；中国论文网9\3T&x&Dqm3b3e
n——项目寿命期或有效期；中国论文网3|t8?#rW*G\
i——项目基准报酬率或折现率。中国论文网2n y6H$U'c3PW@E
在应用净现值分析法进行分析评价项目方案的优劣时，采用的
d"t'OrDbHF0标准是：当NPV ≥ 0 时，方案可行；当NPV<0 时，方案不可行。
9v^ T`B0对于多个互斥方案应该优选NPV 最大值者。中国论文网$X/g"| M)y_NE
2、分析模型
x3d%A;oLO0P0在建立本经济分析模型时，根据上述分析作如下假设：中国论文网UW3Es\7|6n
（1）变电站供电区域为圆形，变电站位于圆心，在供电半径R中国论文网Ux-gk8J,T'm7S3cKHE
的供电区域内，负荷密度为σ 且分布均匀；中国论文网&m v|1U1Z8W\~l
（2）每种经济评价方法考虑两种线路方案：全电缆方案和架空
w*Y'h jg?#DI0方案。中国论文网+{N)B8a @&n
（3）各电压等级负荷功率因数取同一数值，在本模型中功率因
(j3lb-\uD7v|t0数取0.95 ；
(n5f}3I+j"q$m$f0（4）根据南方电网公司相关导则和实际使用现状，各种变电等
*s`kbR"D0级的变压器单台容量按表2 选取。中国论文网qQ"hr+_^s]
表2 各种类型变电站单台容量取值列表中国论文网E4w&N6]!E8B
H'[b!vZ3S?
主变电压比（kV/kV） 单台主变容量（MVA）
\6`7L*i3{n1pj0220/110 240中国论文网
q~Q"}Df
220/35 150中国论文网#A6A2Pf9S0`#K}cz k
220/20 120或100中国论文网#U.Is ['i&f'L]
110/35 120
G'{-cp9I?"v'G+U0110/20 100中国论文网.QjqX4X(rB
110/10 63
UH!t.Dwi&l"\035/10 31.5中国论文网 ?GgT.YMU
35/0.4中国论文网Y?R&_'XO2_S)I+FU3m[
20/0.4 0.8
? hq0vqJ[010/0.4
lU)H,Zb)cc t0（5）线路曲折系数根据深圳市试点区域实际参数计算所得，取中国论文网K-d y/}%]
值为1.88（面积156.1km2，变电站座数为9，计算得到每座供电面
A5{*{M#gFn T0积17.34km2，一共1083km 线路，245 回，每回出线长度4.42km，中国论文网O!O] Q U
由此计算可得曲折系数为1.88）。
dx+]-R m6ul0计算方法如下：
d)Yg(_'?K0a）变电站供电范围计算中国论文网eMn \Ap
Skycosφ=πR2σ（附1-1）
#e*hL1yy$N%m0Nqj0式中：中国论文网^fx,r9x5Z^
S——变电站容量（MW）；中国论文网+`(@+oU[zg@lD1}T
ky——变压器运行率；R 为供电半径（km）；中国论文网UPS(M{s1rJ
σ——负荷密度（MW/km2）；
:|%`TF#\ wO0cosφ——功率因数。
4m%^l:jP,`?/N)j0由（附1-1）可得变电站的供电半径
0A1{7PM Q0b）线路投资计算中国论文网1_O-m-d#}f/|H
Il=NoutL=NoutkqR（附1-3）中国论文网+a7p9m0y*w/`uh8k
式中：
)CS-YYB} d)f*Z(O0Il——线路投资；
*L&HW0[ ws#Y6p&z0Nout——出线回路数Nout=πR2σ/PL，PL 为每回线路所带的负荷中国论文网/D6K gb,?H Ag d`
（MW）；
i,m7iv;q0L——线路长度（km）；中国论文网1Bcf?9w*i+Z
kq——线路曲折系数，根据接线方式得出的理论数据并结合深
P![Or2d#\#O*Rm$j5P0圳市实际参数计算得出。中国论文网gX/o0[z0T`+w
c）变压器损耗计算中国论文网w/R#r7|8OrR8b3Q
对于变压器而言，损耗主要是铁耗和铜耗。设变压器额定容量
T.B.E|,~~B(Q/@0为ST（kVA），运行率为ky，年最大负荷损耗时间为τ（h），空载中国论文网2md*I[tU
损耗为ΔPT0（kW），短路损耗为ΔPTk（kW），则变压器年电能损中国论文网YL_.f"}S@T@
耗ΔW（kWh）为：中国论文网7V2@$~-jZ
（ 附 1-4）
$s
Lgf)W!m*B ~0式中：
D |xV
Q+TP0kloss=[kCu（ky）2τ+8760kFe]——变压器等效损耗系数
"zU'c,iir*x&_(zn0ky——变压器运行率；中国论文网4N&gt&ZSj
p\
kFe、kCu——分别为变压器铁耗、铜耗折算系数；
^FA$d9jaK1osw0τ——变压器年最大负荷损耗中国论文网m&RXJ6?'I3h
时间（h）。
b&iD!mHXe]w7J0d）线路损耗计算中国论文网HP WA4_xu
假定每回出线的供电范围为一中国论文网m8b}Wm;Z6G:Q[
扇形，如附图1-1 所示，其圆心角
FK;k6i,d}0θ=2π/N110，半径为R，在距离变中国论文网P&k O*y z3qcJ?
电站x 处，导线电流应为：中国论文网~Uv4S*P/n7k
（ kA）（附 1-5）
r'NDr({l~,H9~{4E0则在dx 线路长度上的电阻为 ，于是可以求出每回出线的中国论文网VMbd,`.X
功率损耗为：
X~pT0?2Q9YA0（ MW）（附1-6）中国论文网 B5GXxxPv5Z5U
Nout 条出线一年线路的总损耗CL 为：
{#V1p{^i}0（ 附1-7）中国论文网%U9G)J.iK$v
式中：

VBK0j5HN0SL——线路截面积（mm2）
S/eG'I,^.HF#HnD[0kL——线路的负载（MW）
"Y3^Hgp W B0ρ——线路的电阻率（Ω•m）中国论文网Bq-s$]3z&aO!c
J——电流密度中国论文网3iIk RW/RDU
3、净现值法结果分析中国论文网kn2vh@m/A;T
（1）电缆线路净现值结果分析中国论文网3N2?Ey`
六种方案的净现值及其对应的趋势图如附表1-7 和图2-6 所示。中国论文网;zgN}/['CCM$K1s`
图1-1 电缆线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）中国论文网"ZW(J"~ a~4A8JP
从图1-1（具体数据参见附表1-7）可以看出：中国论文网}.J5_!m}9G t
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
}@+r-YYV+GY5l~0增大，电缆线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势。
dtua{J(A L7^0b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最中国论文网8| z d8@ md-O
优，220/35kV 方案次之，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方中国论文网.avj%ZP
w
案和220/110/10kV 方案在σ=32MW/km2 时有交点。中国论文网S pf@y3zV1V
c）随着负荷密度的增加，220/20kV 方案与220/110/20kV 方案中国论文网.WE$\+r8qu
相比，单位负荷的净现值增长比例在30% ～ 46% 之间，并且随着中国论文网KM4V'y0RU
负荷密度的增大净现值基数在不断增大，220/20kV 供电方案经济中国论文网R$J$^Z^
性的优势会越来越明显。
;_A?h){N0d）城市高负荷密度地区常采用电缆线路，因此结果对高负荷中国论文网0]uZ H:^ Z*\(^
密度地区的电网建设具有实际指导作用。中国论文网@!` n"t6f7[M
（2）电缆线路净现值率结果分析
0a/Lcw9}^+`c0图1-2 电缆线路各方案的单位负荷净现值率趋势图中国论文网(OO~vv*H)r
从图1-2（具体数据参见附表1-8）中可以看出：
4YeJ@gq a0a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
_:DhdVs4D0增大，电缆线路各方案的净现值率呈增大的趋势；净现值率的变化中国论文网j"W{)dV0K%r
规律与净现值的变化规律基本一致。中国论文网7P$G5G{3md?C
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最优，中国论文网2P7QC#i*k;cC
其次是220/35kV 方案，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方案
"_]XM7P5S0和220/110/10kV 方案在σ=35MW/km2 时有交点。
8y!B"~ kB G!R j0c）当负荷密度增加时，220/20kV 方案净现值率的增长速度更快，中国论文网2AH lVu(r,N
优势会更加明显。
tJ'I0T?oSX#]Q2v/^m
b0（3）架空线路净现值法结果分析
Y5N8` ],u0图1-3 架空线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）中国论文网 `VLf3s6gv
从图1-3 具体数据可以看出：中国论文网*C @-h KAHE;k
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的中国论文网3Ga+J4i;h2f!eW#Z
增大，架空线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势，这与电中国论文网R/~*S ]A4n0L!~
缆线路是一致的。中国论文网B m0j
z,i)gBuy!c+?
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案中国论文网Rv9[rO ^ O
最优，220/35/10kV 方案最差。在负荷密度在30 ～ 50MW/km2 时，中国论文网p_K,X(O:@3j
m
220/110/35kV 方案和220/110/10kV 有交点，但两者的净现值相差
6]|Y&H(p:V0不大。
6XPy/mdtvg0d0c）低负荷密度区常采用架空线路，因此结果对低负荷密度地中国论文网~7d'FO7A
区的电网建设具有实际指导作用。中国论文网fgqvLX4aUR
d）与电缆线路相比，架空线路的单位负荷净现值比电缆线路
6~#q5p L$zs.y0高出7% ～ 50%，这主要是因为电缆线路的造价比架空线路高出相
d].{N ~|b0当多的结果。中国论文网W*f2C'qhz%t*W"v
（4）架空线路净现值率结果分析中国论文网QQ}D Uc
从图2-9（具体数据参见附表1-10）中可以看出：在负荷密度中国论文网 B#W&Kd.^(s.a
10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，各方案中220/20kV 的净现值率最高，
s(l|F/P+U0是最优方案。这一结果与前述净现值的结果是一致的。
,f#AiZ4H0mD8}0四、小结
"J{]6gc[ n}e0根据深圳试点地区的计算结果表明，在负荷密度较高的区
9Q9Q!u\/`d%Z0域实行20kV 是可行且经济上是具有一定优越性的，尤其是采用
a4n\b"w5?0220/20kV 方案后，相比常规方案经济效益更加明显。通过论述，
``e8D,Y2rv0证明了20kV 是可以在深圳地区试行并推广的。中国论文网2zh3?6Ss%p
图2-9 架空线路各方案净现值率趋势图
g1x EaaM7^gw6P0