1、20kV电压等级应用情况介绍,白云供电局生产技术部2013年4日,2,主 要 内 容,20kV电压等级简介,3,20kV电压等级简介,20kV电压等级应用的必要性分析 发达国家部分城市电网电压等级配置及使用情况 国内城市电网电压等级配置及使用情况 20kV的技术优势分析 20kV的技术可行性分析 20kV引入对电压等级配置的影响,4,20kV电压等级应用的必要性分析,满足第三产业用电和居民用电的需要 适应配电网规模增量发展的需要 缓解站点和线路走廊资源紧张的需要 提高供电能力的需要 充分利用现有电网存量和装备制造水平的需要 提高客户接入适应范围的需要 建设节约型电网的需要 节省配电网建设投资费
2、用的需要,20kV电压等级简介,5,发达国家部分城市电网电压等级配置情况,20kV电压等级简介,6,国外20kV电压等级的使用情况,美国早在1948年就部分采用了20.8kV24.9kV电压等级；法国和德国于20世纪60年代初开始发展20kV电压等级；前苏联在20世纪60年代几乎将所有大城市的10kV改造为20kV；意大利、奥地利、保加利亚、波兰等欧洲国家中压配电网均采用20kV25kV；日本、新加坡、韩国、印度等亚洲国家也采用20kV作为中压配电电压等级；据不完全统计，欧洲有80%的国家、亚太地区有60%的国家采用20kV作为中压配电电压等级。,20kV电压等级简介,7,巴黎高压输电网结构,
3、实例-法国巴黎20kV配网情况,8,巴黎225/20kV变电站结构,实例-法国巴黎20kV配网情况,9,巴黎20kV配网联络结构,实例-法国巴黎20kV配网情况,10,20kV电压等级简介,国内城市电网电压等级配置情况,11,国内20kV电压等级的使用情况,目前，国内正在运行和即将采用20kV中压配电网的地区和部门如下：南方电网公司，2004年即确定对20kV配网调研和论证进行立项，2007年制定20kV配电设备技术标准。由昆山供电公司220kV供电的南亚公司（台湾独资的塑胶企业）有一座110kV变电站，因考虑到用电负荷大，其配电采用20kV电压等级。苏州工业园区青秋浦以东4.5km2工业园区
4、全部采用20kV中压配电电压等级。辽宁本溪南芬地区的1座农网变电站采用20kV配电电压供电。,20kV电压等级简介,12,国内20kV电压等级的使用情况,电力部门用户，如上海轨道交通，地铁和轻轨，在引进磁悬浮列车过程中，改为20kV配电，取消35kV电压等级，实际运行中情况良好。苏州的轻轨现在初设阶段，在园区中央公园和新区苏州乐园各建一座110kV变电站，其中中压配电电压等级也将采用20kV。天津滨海新区、哈尔滨群力开发区确定对20kV配网调研和论证进行立项。江苏省电力公司2007年制定20kV设备技术规范和20kV配电系统技术导则，将于2008年全面推广应用20kV电压等级供电。,20kV电
5、压等级简介,13,20kV的技术优势分析,1、减少电压损失电压由10kV升至20kV后，在负荷不变的条件下，电压降可比10kV减少75%；负荷增加一倍后，电压降可比10kV减少50%。2、提高线路的输送功率在不改变原有线路导线规格的情况下，20kV的输送容量是10kV的2倍。3、提高中压网络的供电范围在电压损失要求一致，负荷不变的条件下，20kV的供电范围是10kV的2倍。4、降低线损电压由10kV升至20kV后，在负荷不变的条件下，功率损耗降低了75%。,20kV电压等级简介,14,20kV的技术优势分析,5、节约有色金属电压由10kV升至20kV后，在输送容量不变的情况下，有色金属消耗量可
6、减少50%。6、减少主变低压侧的短路电流在变压器容量和变压器阻抗百分比相同的情况下，110/20kV变压器的20kV侧短路电流为110/10kV变压器10kV侧短路电流的一半，意味着其它条件不变时，20kV可采用较低遮断容量的断路器，大大减少设备费用和设备的占地空间。同样，在相同条件下，220/20kV变压组合的20kV侧短路电流为220/10kV变压组合的10kV侧短路电流的一半，一般可以容易地控制在20kA以下。这样，从控制短路电流的角度出发，可以选用220/20kV的电压等级配置，从而简化掉110kV和35kV两个高压配电电压等级。,20kV电压等级简介,15,20kV的技术可行性分析,
7、（1）20kV设备,主变压器国内对110/20kV主变压器的制造，无论从设计、材料、到工艺等方面都不成问题。配电变压器将10/0.4kV高损耗配变更换为低耗的20/0.4kV配变并不存在困难。电力电缆1220kV同为中压电缆，采用同一个绝缘水平，国产电缆产品数据和安全载流量都一样，成本价格也一样。开关设备624kV同处于中压开关设备的范畴，采用同一个绝缘水平。进口开关（例如SM6型开关）的结构基本相同，但20kV开关的电气间隙稍大，价格稍高5%左右，对基建投资成本无大增加。,20kV电压等级简介,16,20kV的技术可行性分析,绝缘子绝缘子电压分级比较明显，P-10T与P-20T相比20kV绝
8、缘子质量增加1.8倍，价格明显增加。但绝缘子价格较低，相对增加的总额有限。设备供应1020kV处于中压配电等级内，设备的设计、制造技术基本上是类似的，且国外20kV设备的生产技术比较成熟。如果国内需求增加，依靠国内水平生产供应20kV设备是完全有保障的。总体来说，20kV设备的造价比10kV设备有所增加，增加幅度应在5%15%的范围内。,20kV电压等级简介,17,20kV的技术可行性分析,（2）20kV运行管理,线路升压改造线路升压改造可采用原杆原线，唯横担略需加长，这是由于线间距离应稍增大之故。过电压保护20kV中性点非直接接地系统，若单相接地电容电流IC10A时，系统中性点应装设消弧线圈
9、。为了减少铁磁谐振过电压的发生，在20kV母线上监视系统绝缘用电压互感器的开口三角形绕组上应并接一个30W的灯泡。防雷问题规程规定，320kV进线段保护不需采用避雷线。除木杆外，对水泥杆和铁塔架设的320kV进线段，不采用管型避雷器。对320kV进线段水泥杆或铁塔必须接地。在目前情况下，20kV系统的配电装置以户内式为主，防雷保护也应在这个前提下考虑。,20kV电压等级简介,18,20kV的技术可行性分析,保证供电可靠性应注意的问题应在110/20kV（220/20kV）变电站的分支线上设立开闭所或设置重合器和分段器，对离变电站距离不同的用户分别供电，即分层布线。这样负荷分配更加合理，供电可靠
10、性增高。升压后对配电网的要求10kV线路升压为20kV线路，需适当调整线间距离和绝缘子，更换配电变压器、避雷器、瓷瓶和跌落式熔断器几大元件。继电保护方案20kV配电线路：可采用过流速断作主保护，以定时过流作后备保护，并采用自动重合闸装置；20/0.4kV配变：500kVA以下建杆上变压器架，用熔丝保护；500kVA及以上用开关作闭合与跳闸，二次侧采用定时过流或反时限过流保护。供高压电动机用的20/6kV配变，500kVA以下一般用速断过流作主保护、定时过流作后备保护，500kVA及以上用纵联差动作主保护、速断过流作后备保护；,20kV电压等级简介,19,20kV的技术可行性分析,继电保护方案1
11、10/20kV主变：原则上可套用现有110/35kV主变的各项保护方案；保护级差及配合：电网电压等级的简化，增大了保护的时间差，给保护的配合带来了好处。供电系统中原按0.5秒的级差配合，事实上相当紧促，采用110/20kV制可以减少中间级差时间；单相接地故障处理：20kV系统宜作非直接接地系统，其电容电流会稍小于35kV系统，但因线路总长度多于原35kV线路长度，又会使电容电流增大。当电容电流超过10A（相当于线路总长超过160-180km）时，应加装消弧线圈以作补偿（由35kV“Y”接改20.2kV“”接时，可另加“人工中性点”），使系统发生单相接地时能持续运行一段时间以便寻找故障点。此外，
12、也可考虑采用中性点经电阻接地或直接接地方式，但在20kV线路很多时，可采取增设开关站的解决办法。,20kV电压等级简介,20,20kV引入对电压等级配置的影响,20kV引入中压配电电压等级后，可采用的电压等级配置方案和电压等级配合将发生相应变化：,电压等级配置方案500/220/20/0.4kV500/220/110/20/0.4kV500/220/110/10/0.4kV,电压等级配合思想高压送电强化220kV高压配电适当弱化110kV，简化35kV中压配电强化20kV，简化10kV,20kV电压等级简介,21,20kV设备情况简介,20kV设备名称 20kV设备额定容量,22,变压器,分段
13、器,断路器,重合器,隔离开关,电流互感器,电压互感器,并联互感器,熔断器,高压负荷开关,中性点接地设备,开关柜,过电压保护设备,绝缘子及穿墙套管,20kV设备情况简介,20kV相关设备,23,20kV设备情况简介,20kV设备额定容量,24,10kV配电网主要设备的升压改造 升压改造工程实施中的技术问题,25,10kV配电网主要设备的升压改造,26,10kV设备的升压利用问题,10kV线路,避雷器,架空线路,架空裸导线及其附属设备,裸导线,导线选择,线间距离,附属设备,绝缘子和金具,横担,杆塔,避雷器,架空绝缘导线及其附属设备,架空绝缘导线,线间距离,绝缘厚度,附属设备,导线金具,绝缘子,横担
14、,杆塔,27,10kV钢芯铝绞线升压至20kV运行后，输送容量增加一倍。但需注意，电压等级升高以后，故障时线路受到的机械应力也会有较大提高，因此建议除主干线仍采用LGJ-240和LGJ-185;分干线仍采用LGJ-95外，末端的T接线也采用LGJ-95为宜，以提高20kV电网的整体机械强度。,架空裸导线导线选择,28,架空裸导线线间距离,29,架空裸导线附属设备绝缘子和金具,30,架空裸导线附属设备横担,31,架空裸导线附属设备杆塔,32,架空裸导线附属设备避雷器,33,架空绝缘导线线路间距,34,架空绝缘导线绝缘厚度,苏州曾经选取JKLYJ-120型灰色耐候性交联聚乙烯电缆进行试验，绝缘厚度
15、分别选取5.5、6、6.5、7、7.5mm等5种，分别进行了雷击冲击和交流电压试验，根据苏州的运行经验，并考虑杆塔负载、安全裕度及长期运行安全等因素，得出绝缘厚度为5.5mm、截面为185mm2的绝缘导线能够较好地满足升压的要求，但仍需在长期的升压运行中密切关注机械性能参数和长期载流量。,35,升压后的架空线路的安全距离,36,10kV设备的升压利用问题,10kV线路,目前，10kV电缆线路的升压尚无成熟的运行经验，仅在江苏南京进行了个别线路的升压试验。针对YJV-8.7/10-3400型电缆，在南京雨花经济开发区实施升压试点以后，电缆绝缘电阻符合要求，电缆无进水，耐压试验正常，但电缆介质损超
16、标，可以进行升压试运行。总之，10kV电缆线路的升压需要进行严格的技术测试，并对电缆的规格型号、运行年限、敷设条件、故障及负荷等状况进行评估，若绝缘强度满足20kV等级要求，并采取一定的绝缘配合措施，则现有运行年限较短、绝缘水平好的10kV电缆线路在更换终端头以后就可以升压至20kV等级运行，且建议在中性点经小电阻接地的方式下运行。,电缆线路,37,10kV设备的升压利用问题,10kV线路,架空及电缆混合线路,针对由原10kV架空线及10kV电缆线路组成的混合线路，在直接升压过程中，中性点接地方式宜选择“消弧线圈+小电阻”的灵活接地方式。采用灵活接地方式以后，当系统正常运行时，并联小电阻不投入
17、系统，中性点经消弧线圈接地，系统瞬时故障可以由消弧线圈消除以保证系统安全运行。系统发生接地时，在接地初始阶段，系统处于消弧接地方式，若为瞬间接地故障，在消弧线圈接地方式下，系统不跳闸可连续工作；若为永久性故障，则通过避雷器来抑制故障产生的过电压的幅值，并经一定的延时后投入小电阻，最后跳闸，消除故障。,38,10kV设备的升压利用问题,变电站,变电站主变低压侧的短路电流I2为,U1为高压侧电压，kVU2为低压测电压，kVI1为高压侧短路电流，kAI2为低压侧短路电流，kASe为变压器额定容量，kVAUk%为变压器阻抗百分比,其中,当高压侧电压Ul选定，且I1时，,，亦即变压器高压侧为无穷大系统时
18、，有,提高主变低压侧电压U2，可在保持低压侧短路电流I2和变压器阻抗百分比不变的条件下，选用更大容量的主变，这有利于提高变电站的供电能力，减少变电站的布点数量，缓解站点资源的紧张状况。,39,10kV设备的升压利用问题,10kV配电变压器,与10kV相比，20kV配电变压器的主绝缘距离将增大，高压线圈的匝数将是10kV配电变压器（配变）的2倍，因此，现有的10kV配变是无法满足升压要求的，必须更换或送厂家进行撤换改造。通过更换10kV配变的高压线圈，可以达到20kV等级的供电要求，但高压线圈的容量必须降低一个等级才能在原有空间中放置，造成改造后的变压器也将降低一个容量等级。据相关资料表明，改造
19、的总费用为一台新变压器的25%30%。这对升压改造过程中，有效利用现有设备资源，无疑是一项可行的技术改造手段。,40,10kV设备的升压利用问题,10kV开关设备,现有10kV设备的升压，主要考虑开关柜和环网柜。,开关的设备容量,41,开关的绝缘水平,42,熔断器,43,10kV设备的升压改造措施,(1)严格遵循国家颁布的电力线路相关技术标准中对于20kV电压等级所做的具体要求。(2)升压到20kV的原10kV电缆网仍应采用小电阻接地方式。(3)10kV架空线配电网，水泥电杆可在20kV下直接应用，对于三角排列的横担可直接升压到20kV应用，水平排列的横担需校验安全距后升压到20kV应用，绝缘
20、子需更换或增加片数后升压到20kV应用。升压到20kV的原10kV架空网仍建议采用消弧线圈接地方式。(4)20kV线路对地距离与10kV相同，仅线间距离及导线对横担和杆塔等间距略大。在升压改造时，转角、耐张杆用悬式瓷瓶（或槽型瓷瓶）可不作变动，直线杆仅调换瓷瓶和横担即可（使线间距离由0.9m增至1.15m，若局部地段交叉距离不够时，可采取在原杆上加戴顶套等方法）。,配电线路,44,10kV设备的升压改造措施,主变压器,对于现有的110kV等级的主变压器可以通过改变接线方式或重新绕制低压绕组来为20kV电网提供电源。现使用较多的110/38.5/10.5kV变压器，可以将原来的接线方式Y、y、d
21、改为Y、d、d(即将中压38.5kV电压等级改为22.2kV)。改接后的变压器同时具有20、10kV两种电压等级，便于现有10kV配电网向20kV配电网的过渡和升压。对于Y、d接线的降压变压器，也可以改为D、d型。如：将38.510.5kV，Y、d接线的变压器，改为2010.5kV，D、d接线方式的变压器，可以配合使用20kV电压等级，实现过渡和升压。,45,10kV设备的升压改造措施,配电变压器,在10kV电网升压改造过程中，10kV配电变压器数量最多、占用资金最多，其改造技术性也较强。经过相关厂家已经完成的改造试验，得到了可行的改造结论，即对于铜绕组配电变压器，可以进行减容改造，即容量下降
22、一个等级，而对于铝绕组配电变压器，可以保持原有容量进行改造。,为了兼顾10kV和20kV两个电压等级，新上的配电变压器可以考虑采用一种“双电压配电变压器”，即将配电变压器的每柱高压绕组由1个改为2个，每个绕组的额定电压均为10kV，并带有分接抽头。当接入10kV电网时，配电变压器的每相绕组采用并联连接；当接入20kV电网时，每相绕组则改用串联连接。,46,10kV设备的升压改造措施,开关柜,开关柜作为一种高压开关设备的成套装置，其内部主要一次元件有断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、熔断器和绝缘子等，因此，当电压等级升为20kV时，其内部所有的一次设备的额定电压都应与其一致。要解决好20k
23、V的升压问题，导电和机械方面的问题不大，主要应解决好绝缘和开断性能问题。,断路器,现有的10kV断路器，其短路开断恢复电压等参数要低于20kV等级配电网系统的运行要求。为了稳妥起见，在升压改造时，建议将10kV断路器更换为适应20kV等级运行要求的真空断路器。,47,10kV设备的升压改造措施,环网开关柜,根据相关的技术资料和生产厂家方面的信息，得到现有的几类典型环网柜升压至20kV等级运行的一些技术手段：(l)SM6中压负荷开关柜，可以直接升压为20kV。(2)IMP500、LMC500进出线负荷开关柜，若柜体不做调整加宽，则避雷器必须采用ABB原装进口型。(3)QM/375、QMC/375
24、熔断组合负荷开关柜(20kV)由于顶针或地刀位置的改变，整柜需要更换，但尺寸与10kV柜体相同。,48,10kV设备升压利用结果汇总,(1)可直接利用设备 包括10kV架空线路、线路附属设备（水泥杆塔）；对于10kV电缆，需要进行严格的技术测试，若绝缘强度满足20kV等级要求，并采取一定的绝缘配合措施，即可以升压至20kV等级运行；部分绝缘子，若经过试验测试，各项参数均满足20kV等级运行要求，则可以直接升压至20kV运行。(2)不可利用的设备 包括10kV断路器、熔断器、避雷器、开关柜、部分环网开关柜、线路附属设备（金具、电缆连接头、电缆终端头、部分支撑绝缘子等）等。(3)经改造后方可利用的
25、设备 包括10kV配电变压器、线路附属设备（悬式绝缘子）、部分型号的环网开关柜等。,49,升压改造工程实施中的技术问题,50,中性点接地方式,对于纯电缆线路，20kV中性点可采用小电阻接地方式。对于纯架空线路，当系统对地电容电流小于10A时，20kV中性点宜采用不接地运行方式；当系统对地电容电流大于10A且小于150A时，20kV中性点宜采用消弧线圈接地方式。对架空电缆混合线路，当系统对地电容电流大于10A且小于150A时，20kV中性点宜采用消弧线圈接地方式；当系统对地电容电流大于150A时，20kV中性点宜采用小电阻接地方式。当原10kV电缆(Uo一8.7kV)线路升压改造到20kV运行时
26、，仍应采用小电阻接地方式。当原10kV架空线路升压改造到20kV运行时，20kV中性点宜采用消弧线圈接地方式，不宜采用不接地方式。,51,防雷保护问题,20kV裸导线,20kV架空绝缘线,可不采用避雷措施,装设避雷线 装设线路避雷器 在绝缘子附近局部剥离绝缘导线 在绝缘子附近加装防弧金具 使用钳位绝缘子 改善避雷器的接地,改善电缆头的接地 出线开关安装重合闸装置 重视配电线路入网检测 和施工验收质量 合理调整继电保护整定 加强防雷监控,配电变压器,装设避雷器保护,52,继电保护问题,20kV馈线及主变20kV侧均应配置反映接地故障的零序保护。220/110/20kV三圈变的20kV侧应配置反映相间故障的复合电压闭锁过流保护。客户配电变压器容量为500kVA及以下时采用熔丝保护。,通道资源利用问题,在满足运行要求的前提下，对原有通道资源应合理利用，尽量避免重新开挖道路，造成投资浪费；针对必须新建的线路走廊或沟道，宜与市政建设相结合，力求二者同步实施，将由于建设电力通道造成的影响降至最低。,53,10kV与20kV的联络问题,主变压器采用110/20/10kV三卷变压器,采用20/10kV联络变压器,
