即电压损失是10kV的50%。
3、增加了供电半径
由公式:

可以推得:

当电压由10 kV升至20 kV,在一定的情况下,供电半径可增加1倍。
4、降低网络损耗
功率损耗为

则易推得:

说明在传送相同距离和相同功率电能的前提下,20kV电压等级的线路电流为10 kV的50%,则线路的电能损耗为原先的25%,即降低了75%。
5、节省电网建设费用
采用20 kV电压等级,可以减少变电站配电出线回路数的一半,对负荷密集地区可以避免由于出线过多带来的通道路径困难等问题。在额定电流与短路电流分别相同的情况下,采用20 kV比10 kV可扩大变电站容量1倍,在同一地区可使设置降压变电站的数量减少一半。
例如,在市区建一座110/10kV配电用变电所,设变压器31.5MVA×3,总量为94.5MVA,正常负载率按65%计,为保证供电可靠性,还需要满足N-1准则(即在变电所内任何设备在停运一台的情况下,不影响正常供电),变电所可供容量为63MVA,负荷功率因数按0.85计,可带负荷 53.6MW。如地区负荷密度为30MW/km2可供面积为1.78km2,供电半径为0.75km;如地区负荷密度为50MW/km2,则可供面积1.1km2,供电半径为0.35km。如将变电所的变压器增至50MVA×3时,可带负荷85MW,如地区负荷密度为30MW/km2时,供电面积也只有2.83km2,供电半径0.9km;如地区负荷密度为50MW/km2时,供电面积只有1.7km2,供电半径只有0.5km。也就是说,当地区负荷密度增至30~50MW/km2时,每隔1~2km就要修一座110/10kV配电变电所。
而建设110/20kV(220/20kV)变电所可选用63MVA变压器3台或80MVA变压器3台。当地区负荷密度达到30~50MW/km2时,供电面积可达3~4.5km2,供电半径可达1.25km以上,可大大减少变电所的分布密度,从而减少了建设投资。
三、20kV配网系统中性点运行方式及目前存在问题
1、中性点运行方式的选择:
国内外电力系统中,小电流接地方式和大电流接地方式在城市中压配电网的中性点接地中都有应用,其中最具代表性的为中性点经消弧线圈接地和小电阻接地方式。
美国中压电网一般采用中性点经低、中电阻或直接接地等方式,很少采用经消弧线圈接地方式。造成这种情况主要是由于历史的原因和其现在的经营体制有关,但是在美洲电网经消弧线圈接地的方式却在增多。
日本电力系统的中性点以前主要采用经消弧线圈接地方式,二战后因美国原因改为了大电流接地方式,但后来中性点经消弧线圈接地和不接地方式得到了很大的发展。
此外,经济较发达的欧洲中压电网主要采用小电流接地方式,如德国、法国、瑞典以及芬兰、意大利、奥地利的中压电网普遍采用经消弧线圈接地方式,独联体和东欧的几个国家,经消弧线圈接地方式在中压电网中都占有相当的或绝对的优势。
法国电力公司对全国电网技术政策进行了通盘考虑,在1990年前后开始了中压电网中性点接地方式的改造工作,将运行了30年的大电流接地方式全部改为经消弧线圈接地方式运行。
北欧的斯堪地那维亚半岛几国中,电力系统的中性点也广泛采用经消弧线圈接地方式。芬兰全国的10~20kV中压电网都采用小电流接地方式,中性点不接地和经消弧线圈接地方式运行的各占80%和20%。另外,德国柏林的30kV、俄罗斯莫斯科的35kV、奥地利维也纳的26kV、瑞士日内瓦的18kV等中压电缆网络,中性点也都采用经消弧线圈接地方式,运行情况良好。
我国的中压电网几十年来一直采用小电流接地方式,其中大部分中性点不接地运行。近几年国家和地方大力投资进行城网、农网改造,电网规模扩大,电缆线路不断增加,6~35kV中压配电网原有的中性点不接地方式已不再适宜,而老式手动调匝式消弧线圈接地方式在运行中也有许多问题,因此目前已经逐步改造为自动消弧线圈接地方式。
总结国内外几十年来中性点接地方式的运用,可以看出中性点经消弧线圈接地有以下优点:瞬间单相接地故障可经消弧线圈动作消除,保证系统不断电;永久单相接地故障时消弧线圈动作可维持系统运行一定时间,可以使运行部门有足够的时间启动备用电源或转移负荷,不至于造成被动;系统单相接地时消弧线圈动作可有效避免电弧接地过电压,对全网电力设备起保护作用;由于接地电弧的时间缩短,使其危害受到限制,因此也减少维修工作量;由于瞬时接地故障等可由消弧线圈自动消除,因此减少了保护错误动作的概率;系统中性点经消弧线圈接地可有效抑制单相接地电流,因此可降低变电所和线路接地装置的要求,且可以减少人员伤亡,对电磁兼容性也有好处。
可见,中性点经消弧线圈接地是20kV中压配电网(包括电缆网络)乃至高压系统的比较理想的中性点接地方式。
2、目前存在问题
目前,很多电器厂商已经具备了20kV电压等级电气设备和装置的生产条件和能力,且已有产品供应,一些外资厂家或中外合资厂家也引进了20kV电压等级的电气设备和配电装置,但这些设备的技术条件、绝缘配合、测试标准等均引用国外产品标准,还没有适应我国具体条件的相关标准。
四、结束语
解决城镇用电负荷高而造成的供电困难的出路,只能是提高中压配电网的电压等级。中压配电电压等级引入20kV,从城市电网发展及负荷增长的角度,具有一定的必要性,能够满足配电网发展的需求。从提高中压配电网的容量,降低线路上的电压损失,增大中压配电网的供电半径,降低线损等方面分析,都比10 kV等级具有很大的优势。配电网选用20kV电压等级,具有较高的经济优势,并且在技术上也是合理的。但是,配电电压等级的选用涉及面非常广,会影响到其运行、维护、设备选型等,因此,在具体实施前,应认真调查、进行全面规划,让技术先进、经济合理的20 kV配网发挥出其潜在的优势。
【参考文献】
(1)陈通,浅谈20kV电压等级在配电网中的应用
(2)王世阁,崔广富,鲍利,赵景德 20kV供电系统在电网改造中的应用
(3)姜祥生,城网配电电压等级研究
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