0引言

    國(guó)家電網(wǎng)公司于2007年下達(dá)了“關(guān)于推廣20kV電壓等級(jí)的通知”(簡(jiǎn)稱《通知》)，一時(shí)間，20kV配電電壓成為電力部門和電力設(shè)備制造部門關(guān)注的熱點(diǎn)。以下討論20kV電壓等級(jí)。

    1關(guān)于10kV供電

    20世紀(jì)50年代，我國(guó)配電電壓有2.3kV、3.3kV、4kV、6.6kV及13.2kV等。1956年電力工業(yè)部開(kāi)始在我國(guó)推行10kV配電。配電網(wǎng)采用10kV供電對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電網(wǎng)發(fā)展起到了重要促進(jìn)作用。目前我國(guó)公用配電系統(tǒng)基本上都采用10kV配電作為主要配電電壓。

    2關(guān)于20kV配電等級(jí)

    20kV配電等級(jí)已于1983年引入IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC38-1983)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)電壓》共出版了4個(gè)版本，分別為GB156-1980、GB156-1993、GB156-2003、GB156-2007。在1993年版和2003年標(biāo)準(zhǔn)中均已將20kV配電電壓列入，但注明在用戶需要時(shí)才采用，在最新的2007年版本中才將20kV作為標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)。

    320kV供電的優(yōu)勢(shì)

    我國(guó)一直將10kV作為中壓配電電壓，有65%的供電量通過(guò)10kV等級(jí)輸出。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，10kV配電系統(tǒng)越來(lái)越顯示出容量小、損耗大、土地占用量大、環(huán)保性能差等。采用20kV配電電壓可以提高供電能力、減少土地占用量、減少建設(shè)投資、降低損耗和提高電壓質(zhì)量。還可以減化電壓等級(jí)，有條件的地區(qū)可以簡(jiǎn)化為220/20/0.4kV，取消10kV和35kV。

    20kV供電的優(yōu)越性

    (1)增強(qiáng)了供電能力

    20kV與10kV相比，在同等導(dǎo)線截面積和電流密度條件下，在輸送相同電功率時(shí)，20kV有效供電半徑可增加近一倍。如果供電半徑不變，采用相同截面的導(dǎo)線，其輸送功率可增加一倍。

    (2)降低電網(wǎng)損耗

    在輸送相同距離和相同電功率情況下，20kV線路電流為10kV的50%，則線路損耗為原先的25%，即能降低約75%的電力損耗。

    (3)降低建設(shè)費(fèi)用

    20kV供電線路的有色金屬耗用量可減少50%，節(jié)約建設(shè)費(fèi)用40%，采用20kV電壓等級(jí)，可以減少變電站配電出線回路數(shù)的一半。在同一地區(qū)，可使設(shè)置變電站數(shù)量減少一半。由此可見(jiàn)，20kV供電在增加供電能力、降損節(jié)能、降低電網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用和減少出線等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    420kV電壓等級(jí)在國(guó)外的實(shí)踐

    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歐洲國(guó)家中80%的中壓配電網(wǎng)采用20kV~25kV電壓等級(jí)，亞洲已有9個(gè)國(guó)家或地區(qū)采用20kV作為中壓配電電壓。還有非洲的埃及、贊比亞、安哥拉等國(guó)采用20kV電壓等級(jí)。

    美國(guó)、法國(guó)、加拿大、德國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡等國(guó)的實(shí)踐證明采用20kV供電可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

    520kV電壓等級(jí)在國(guó)內(nèi)的實(shí)踐

    蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)1996年在國(guó)內(nèi)率先采用20kV作為配電電壓。整個(gè)配電網(wǎng)采用電纜供電，取得了較好的結(jié)果。2007年國(guó)內(nèi)首次在蘇州實(shí)施了20kV架空線工程，線路除支柱式絕緣子外，與10kV線路完全一致，采用全絕緣線架設(shè)，也取得了成功。江蘇省于2008年8月起決定在全省13個(gè)地市范圍內(nèi)開(kāi)展20kV電壓等級(jí)的試點(diǎn)推行。國(guó)內(nèi)還有許多省市區(qū)推廣和擴(kuò)大20kV供電電壓，如遼寧省南芬區(qū)自2003年起，決定20kV中壓配電電壓電網(wǎng)建設(shè)。河北省滄州渤海于2007年批準(zhǔn)20kV中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)。湖北省宜昌白澤化學(xué)工業(yè)園于2008年開(kāi)始采用20kV中壓配電系統(tǒng)。上海臨港新城經(jīng)上海交大、上海電力公司等單位的論證，也決定采用20kV配電電壓等級(jí)等。

    提高中壓配電電壓是解決高負(fù)荷密度城市供電的有效辦法。20kV配電電壓等級(jí)在技術(shù)上的合理性和技術(shù)上的優(yōu)越性經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，已被國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可。推廣20kV電壓等級(jí)作為我國(guó)的配電電壓等級(jí)，是符合我國(guó)國(guó)情的。符合我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型的國(guó)策。

    目前江蘇正在積極推廣20kV配電電壓等級(jí)。截止2008年年底，江蘇省在全省13個(gè)地市共建成投產(chǎn)20kV項(xiàng)目49個(gè)，2009年計(jì)劃20kV項(xiàng)目139個(gè)，目前試點(diǎn)用戶均表示，應(yīng)用20kV供電，降低了營(yíng)運(yùn)成本，用電質(zhì)量得以提升。

    對(duì)采用20kV電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的具體情況，因地制宜，逐步實(shí)施。

    新建工業(yè)園區(qū)，開(kāi)發(fā)區(qū)、新城區(qū)等新興區(qū)域或現(xiàn)電網(wǎng)非常薄弱，未來(lái)電力需求增長(zhǎng)迅速的區(qū)域，結(jié)合自身情況，可以直接引用20kV電壓等級(jí)。

    現(xiàn)狀電網(wǎng)有一定規(guī)模，但供電能力和設(shè)備狀況需進(jìn)一步提高以滿足發(fā)展需求的區(qū)域，建設(shè)改造時(shí)機(jī)應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際需要，可考慮適時(shí)引入20kV電壓等級(jí)。

    對(duì)于10kV供電系統(tǒng)相對(duì)成熟穩(wěn)定，在一定時(shí)期內(nèi)可以滿足電力需求進(jìn)一步需要的區(qū)域，要研究該地區(qū)引入20kV供電的時(shí)機(jī)和條件。

    因此對(duì)一個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō)，有的可以直接引用，有的則適時(shí)引用，有的則研究引用的時(shí)機(jī)和條件。這樣會(huì)形成10kV、20kV和兩者混用等方案。

    以下舉幾個(gè)典型事例加以說(shuō)明。

    (1)蘇州工業(yè)園區(qū)20kV配電網(wǎng)

    蘇州工業(yè)園區(qū)是1994年由中國(guó)政府和新加坡政府兩國(guó)共同組建的一個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)。20kV的電壓等級(jí)就是借鑒新加坡成熟的城市電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。自工業(yè)園成立以來(lái)，在園區(qū)核心區(qū)內(nèi)的幾乎所有用戶變電所均為20kV變電。目前工業(yè)園區(qū)的核心區(qū)大約六七十平方公里的地域內(nèi)都已完全采用20kV運(yùn)行。從目前的狀況來(lái)看，蘇州工業(yè)園區(qū)的20kV系統(tǒng)非常成功，十多年來(lái)在園區(qū)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，尤其是用戶端變電所的簡(jiǎn)便讓人稱贊。事實(shí)上蘇州工業(yè)園區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明了20kV系統(tǒng)在新建區(qū)域內(nèi)取代10kV/35kV是完全沒(méi)有問(wèn)題的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，新建區(qū)域內(nèi)采用20kV配電網(wǎng)將是一種趨勢(shì)，蘇州工業(yè)園區(qū)援建的蘇北宿遷工業(yè)園也即將投入運(yùn)行20kV電網(wǎng)。

    (2)遼寧省本溪市南芬地區(qū)20kV配電網(wǎng)

    遼寧省本溪市南芬地區(qū)是本溪市管轄的一個(gè)區(qū)，距市區(qū)約30km。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，其原有電網(wǎng)電壓為3kV，容量超過(guò)15000kVA，從供電能力、供電距離及線路損耗方面已經(jīng)難以適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的要求，在經(jīng)過(guò)慎重調(diào)研、分析后，采用20kV電壓等級(jí)對(duì)南芬地區(qū)進(jìn)行改造。南芬二次變電所重建后于2003年3月27日投運(yùn)，有6條20kV配電線路。該系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)未發(fā)生單相接地故障。發(fā)生相間故障二次，均為線路過(guò)流三段動(dòng)作保護(hù)跳閘，重合成功。其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(wàn)kWh，線路減少損失296萬(wàn)kWh。兩項(xiàng)合計(jì)創(chuàng)效益2035萬(wàn)元。該項(xiàng)目于2003年12月23日通過(guò)了遼寧省科技廳組織的專家鑒定。鑒定委員會(huì)議為：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、規(guī)范，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、實(shí)用性強(qiáng)、增供降損效果明顯。整體技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

    (3)南京電網(wǎng)推廣應(yīng)用20kV電壓等級(jí)的原則和方案

    南京供電公司自2007年10月起，開(kāi)始20kV應(yīng)用的試點(diǎn)，劃分了推廣應(yīng)用范圍。

    根據(jù)南京各地電網(wǎng)現(xiàn)狀和城市總體規(guī)劃，將供電區(qū)域劃分10kV供電區(qū)域、20kV新建區(qū)域、20kV與10kV混供區(qū)域。

    南京老城區(qū)(明城墻內(nèi))，總面積47km2，負(fù)荷增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。10kV配電線路主要為電纜。目前上已形成手拉手環(huán)網(wǎng)接線、開(kāi)環(huán)運(yùn)行的成熟配電系統(tǒng)，短時(shí)間內(nèi)對(duì)其配電網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模升壓改造代價(jià)太大，因此劃分為10kV供電區(qū)域。

    (2)老城區(qū)外新興的工業(yè)園區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、居住區(qū)，相對(duì)獨(dú)立、完整、預(yù)測(cè)負(fù)荷密度大，地塊內(nèi)暫無(wú)變電站布點(diǎn)，因此劃分為20kV新建區(qū)域。

    (3)除上述以外的區(qū)域，10kV配電已具備一定的規(guī)模，但配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展，劃分為20kV與10kV混供區(qū)域。

    南京供電公司首先選擇了位于南京長(zhǎng)江南岸的棲霞區(qū)靖安鎮(zhèn)的三江口工業(yè)園(規(guī)劃面積12.16km2)作為20kV試點(diǎn)區(qū)域。根據(jù)預(yù)測(cè)，該工業(yè)園最終統(tǒng)計(jì)負(fù)荷將達(dá)到599MW，計(jì)算負(fù)荷為452MW，現(xiàn)有電網(wǎng)無(wú)法滿足升增用電的要求。為此重新調(diào)整了園區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃。在工業(yè)園區(qū)內(nèi)引入了20kV中壓配電網(wǎng)，從而使園區(qū)內(nèi)規(guī)劃的10kV變電站由原來(lái)的4座減少至2座，公共開(kāi)關(guān)站由原來(lái)的18座減少至9座，由此園區(qū)電網(wǎng)建設(shè)預(yù)計(jì)可節(jié)約投資1.49億元，節(jié)約土地資源6000m2，采用20kV的優(yōu)勢(shì)突顯。

    該試驗(yàn)線路于2008年3月20日升壓帶電空載運(yùn)行，3月21日起帶負(fù)荷運(yùn)行。

    620kV通用設(shè)備技術(shù)規(guī)范

    由于現(xiàn)行國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一般未涉及20kV電壓等級(jí)設(shè)備的內(nèi)容，為保證20kV電壓等級(jí)的設(shè)備滿足要求，江蘇省電力公司編制了《20kV通用設(shè)備技術(shù)規(guī)范》。規(guī)范分為“20kV變電設(shè)備技術(shù)規(guī)范”和“20kV配電設(shè)備技術(shù)規(guī)范”前者計(jì)11篇，后者計(jì)16篇。該規(guī)范于2007年10月第一稿正式頒布。

    6.120kV變電設(shè)備技術(shù)規(guī)范

    220/110/20、220/20kV主變壓器技術(shù)規(guī)范

    110/20kV主變壓器技術(shù)規(guī)范

    110/20/10kV主變壓器技術(shù)規(guī)范

    20kV斷路器技術(shù)規(guī)范

    20kV隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV交流氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV并聯(lián)電容器成套裝置技術(shù)規(guī)范

    20kV并聯(lián)電抗器技術(shù)規(guī)范

    20kV接地電阻器技術(shù)規(guī)范

    20kV成套消弧裝置技術(shù)規(guī)范

    6.220kV配電設(shè)備技術(shù)規(guī)范

    20kV電力電纜技術(shù)規(guī)范

    20kV架空絕緣電纜技術(shù)規(guī)范

    20kV中壓環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范

    20/10kV油浸配電變壓器技術(shù)規(guī)范

    20kV干式變壓器技術(shù)規(guī)范

    20kV電壓互感器技術(shù)規(guī)范

    20kV電流互感器技術(shù)規(guī)范

    20kV復(fù)合外套交流無(wú)間隙氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范

    20kV戶外柱上六氧化硫負(fù)荷開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV戶外柱上真空斷路器技術(shù)規(guī)范

    20kV戶外柱上隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV柱上隔離負(fù)荷開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范

    20kV戶外跌落式熔斷器技術(shù)規(guī)范

    20kV柱式絕緣子技術(shù)規(guī)范

    20kV電力電纜附件技術(shù)規(guī)范

    將江蘇省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)標(biāo)作比較，可以看出，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工頻耐壓高于國(guó)標(biāo)(GB)的規(guī)定值。

    GB/T11022-1999(高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求)規(guī)定，對(duì)24kV而言，額定短時(shí)工頻耐受電壓(1分鐘，有效值)規(guī)定為50kV(通用值)和60kV(斷口間)，而江蘇省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(20kV配電設(shè)備技術(shù)規(guī)范)對(duì)24kV規(guī)定額定短時(shí)工頻耐受電壓50(65)kV(對(duì)地)和64(79)kV(斷口間)。如果按括弧內(nèi)要求值作試驗(yàn)，顯然對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備提高了耐壓水平。江蘇省電力公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已作為開(kāi)關(guān)設(shè)備在使用條件、主要技術(shù)參數(shù)、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、性能、安裝和試驗(yàn)等方面的技術(shù)要求。

    因此，對(duì)于開(kāi)關(guān)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，必須按電力企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備。要執(zhí)行比國(guó)標(biāo)更高的電力企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)已有制造12kV和40.5kV開(kāi)關(guān)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，因此制造24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備在技術(shù)上并不困難，但24kV設(shè)備決不是12kV設(shè)備的放大或40.5kV設(shè)備的縮小，而是要重新研究、重新設(shè)計(jì)、重新制造和重新做試驗(yàn)，才能研發(fā)出符合規(guī)定的24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備。

    7關(guān)于24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備

    裝備20kV電網(wǎng)要采用額定電壓為24kV戶內(nèi)外開(kāi)關(guān)設(shè)備。由于我國(guó)開(kāi)始推廣20kV配電，故國(guó)內(nèi)已建的20kV電網(wǎng)多使用國(guó)外成熟的開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)。特別ABB、西門子、施耐德等公司早就制造24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備，如在蘇州工業(yè)園區(qū)20kV電網(wǎng)中使用的設(shè)備多為ABB的ZXO型充氣柜，、Safeplus環(huán)網(wǎng)柜、施耐德的SM6環(huán)網(wǎng)柜，西門子的8DC11充氣柜、阿海琺的M24、FBX環(huán)網(wǎng)柜等。在遼寧本溪南芬地區(qū)20kV配電網(wǎng)使用的開(kāi)關(guān)設(shè)備中，24kV開(kāi)關(guān)柜和其它斷路器為阿海琺產(chǎn)品，線路上使用的柱上重合器負(fù)荷開(kāi)關(guān)、跌落開(kāi)關(guān)均為ABB生產(chǎn)。國(guó)外電氣制造公司如施耐德公司于2008年4月2日和22日先后在江蘇淮安、南京召開(kāi)20kV技術(shù)交流暨研討會(huì)，推薦該公司不斷改進(jìn)和完善的24kV開(kāi)關(guān)產(chǎn)品。

    一般來(lái)說(shuō)，市區(qū)戶內(nèi)設(shè)備多選用氣體絕緣的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如箱式氣體絕緣柜(C-GIS)，環(huán)網(wǎng)柜(RMU)和真空斷路器、限流熔斷器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等。在戶外線路上多選用柱上開(kāi)關(guān)，如柱上斷路器、重合器、分段器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、跌落熔斷器等。

    20kV配電網(wǎng)建設(shè)為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)商機(jī)。許多企業(yè)抓住這一機(jī)遇，大力研發(fā)24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備系列，特別是江蘇省的制造企業(yè)，因江蘇電力公司在全省13個(gè)地市開(kāi)展20kV電壓等級(jí)的試點(diǎn)推廣工作。

    如揚(yáng)州北辰電氣設(shè)備有限公司適時(shí)開(kāi)發(fā)出三種24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備，包括24kV開(kāi)關(guān)柜、24kV真空斷路器和24kV戶外柱上SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)。該公司于2008年1月19日拿到西安高壓電器研究所的型式試驗(yàn)報(bào)告后，就拿到了和客戶簽定的55萬(wàn)元24kV開(kāi)關(guān)柜訂單。

    又如江蘇東源電器集團(tuán)抓住國(guó)網(wǎng)公司推廣20kV配電電壓的機(jī)遇，大力開(kāi)發(fā)24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備，并于2009年3月13日在蘇州舉辦了24kV新系列開(kāi)關(guān)設(shè)備產(chǎn)品推廣會(huì)，向用戶就24kV開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)鍵和特色作了詳細(xì)介紹。該公司開(kāi)發(fā)的24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備包括VED-24固封極柱式高壓真空斷路器、ZW32-24戶外柱上真空斷路器、HZF-24戶外負(fù)荷開(kāi)關(guān)、HXGN-24環(huán)網(wǎng)柜、KYN28-24(P)程序化移開(kāi)式金屬封閉開(kāi)關(guān)柜、YB-24預(yù)裝式箱式變等。

    有人估計(jì)，對(duì)于一般供電用戶，20kV供電引起的高壓開(kāi)關(guān)柜和變壓器的投資增加不會(huì)超過(guò)20%。

    20kV配電電壓的推廣，為高壓開(kāi)關(guān)制造業(yè)開(kāi)發(fā)新的24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)抓緊機(jī)遇，早開(kāi)發(fā)早贏得市場(chǎng)。

    8結(jié)束語(yǔ)

    20kV配電電壓確實(shí)有許多優(yōu)勢(shì)，如相比10kV配電電壓增強(qiáng)了供電能力、降低了電網(wǎng)損耗，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用等。因此在國(guó)內(nèi)得到推廣。但具體到一個(gè)地區(qū)，是否要上20kV配電電壓要進(jìn)行分析比較，有的可以直接引用，有的則適時(shí)引用，有的則研究引用的時(shí)機(jī)和條件。對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，要根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際需要，決定24kV開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研制。同時(shí)要注意江蘇電力公司提出的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《20kV通用設(shè)備技術(shù)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的如工頻耐壓標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)標(biāo)(GB)的規(guī)定值等。

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