城乡配电网由10kV改为20kV供电的方案研究

魏庆海

摘要：新中国成立以来，特别是改革开放后，我国电力系统发展迅速，截至2020年，全国发电总装机容量已高达16亿千瓦，居世界首位。输电电压等级不断提高，已建成投产的±1100千伏直流和1000千伏交流输变电网络也创造了全球之最，在全国区域范围内实现了西电东送、北电南送、南北互供的合理格局，为节约能源、减少排放、治理污染、构建人居环境的绿水青山做出了贡献。

40年来，全国用电年均增速在10%左右，随着城乡供电负荷密度的增加，可比口径的供电半径在缩短，电能质量难以保证，配电损失越来越大，严重影响了向城乡居民和工商用户的可靠供电。

本文就全国10kV配电网络与快速负荷增加的不适应问题，提出提高配电网电压等级，在改造和建设资金不会大幅增加的前提下，将现10kV配电网改为由20kV电压再降压向用户供电，从而增加了供电半径，降低了损失，减少了110kV（66kV）变电所的密度和数量，优化了城乡供电环境，提高了向用户供电的可靠性和安全性。

一、全国电网输配电压等级现状

建国70年来，城乡配电网的电压等级一直延续10kV/0.4kV未变，而输电网电压等级逐步提高，最高电压已由60年代的220kV（154kV），提高到±1100kV（直流）和1000kV（交流），致使最高输电电压与配电网之间多达5-6个电压等级【特高压±1100kV（±800kV）和1000kV;超高压（750kV和500kV）;330kV（220kV）输电网;154kV（110kV）输电网，66kV（35kV）输电网以及10kV配电网】，见图1。

±1100kV（±800kV）特高压电网是跨区输电的主通道。从规划的角度，区域电网和省级电网正向～1000kV（交流）同步电网的方向发展，～500kV至66kV（35kV）正呈现开环输电运行的趋势。

10kV/0.4kV配电模式在全国基本是一致的，这与历史沿革（10kV）及国家用电侧电器标准有关，所以0.4kV（0.22kV）的用电电压标准不会轻易改变。欧美国家的用电电器标准，决定了这些国家的用电电压为0.11kV。

二、存在的主要问题

（一）1000kV与500kV交流电磁環网运行问题突出，如不能提前做到规划、设计、建设的三统一，未来将因解开500kV电磁环网付出更大的经济代价，造成不必要的浪费。

（二）500kV至10kV配电网之间（本文即将提出20kV配电网电压等级）的电压等级应进一步简化，以降低输变电损失和电网建设费用。

（三）针对前文提及的配电网负荷密度大的诸多问题，亟待将配电网供电电压由10kV改升至20kV供电，这也是本文研究的核心。

三、10kV配电网改由20kV供电的意义

（一）扩大配网供电半径。由于电压等级提高一倍，同一输送容量的供电半径扩大一倍（功率是电压与电流的乘积，电压提高一倍，电流减小一倍）。

（二）减少变电站数量，节约城市土地占用。由于供电半径的扩大，输送容量的提高，可使城市变电站的密度适当减少，从而节约了占地面积，提高了土地使用效率。

（三）充分利用现有线路，提高输送能力。配网电压升高为20kV供电，现有配电杆塔和导线均不需更换，配电和变电所的变压器也只需改造。因此，在输送能力提高的前提下，投资并没有成比例上升，产出大于投入。

（四）有利于城乡环境，形成输电与景观的协调。20kV城乡配网供电方案，对于居民来说，会觉得新的配电设施给人们带来了美感。这是因为线路上20kV瓷瓶与原杆塔的形状、长度、体积配合十分融洽，只有电力系统的专业人士，才知道这是为现代电网的安全稳定而施行的举措。

四、升压方案的有关研究

城乡10kV配网升压20kV供电的技术方案与实施研究表明，这种供电系统形成后，能够解决目前经济发展与电力供应的诸多矛盾，是一个投资少、见效大，深受行业和用户欢迎的举措。但是，由于全国配电网目前都是10kV供电体系，而且该配电网又是直接与用户相联的主体，要全部实现20kV供电确实是一个庞大的系统工程，必须用统一规划、分区管理、逐步实施的原则才能得以实现。

（一）实施城乡变电站由110（66、35）kV/10kV通过改造或轮替更换的方法，使二次电压升高到20kV，变压器二次线圈的△接线方式不变，20kV配电网仍采用无中性点或配电变压器中性点不接地方式运行。

（二）更换或改造城乡变电站二次侧的开关柜，由10kV升压至20kV，实施开关设备改造与更换并举即可实现这一目的。

（三）完全利用原有10kV杆塔，通过更换瓷瓶的方式，便形成了20kV配电的格局，利用原有导线，输送能力提高一倍。随着负荷的发展调整导线截面。

（四）现有10kV配电台（箱柜）需升压成20kV/0.4kV电压等级。技术和经济分析表明这不是一件难事，将现有10kV/0.4kV变压器改造成20kV/0.4kV变压器，其造价基本不变。原10kV配电台（箱柜）的其他金具等设备还能够得到充分的利用。

五、城乡10kV配网升压20kV供电的组织方案与实施

根据我国10kV配网现状，欲升压20kV供电，既是一个技术课题、经济问题，又是一个组织和管理问题，必须引起国家、省、市、县、乡各级政府部门以及电力行业的足够重视，将其列入国家电网系统重点改造项目，经过几年的努力，才能得以实现。

（一）坚持统一规划、系统设计、分步分区实施的基本原则。由国家电网行业层面统一组织，地方政府大力支持，形成设计、制造、施工企业的相互协调，充分利用市场机制，调动各级主体的积极性。

（二）坚持改造与新建相结合，轮换与更换相结合，变电与配电系统相结合。形成上下一体、横向贯通的技术改造机制和组织实施机制，完成这个全球领先的20kV配电网络格局。

（三）充分考虑和估计形成20kV配电网络中的其他技术问题。研究表明，20kV与10kV配电网不同的是电容电流不能忽视，这也与即将形成的大规模配电网电缆线路有关。因此小电流接地系统的单相接地消弧问题必须在设计施工中一并纳入，采取相应的补偿措施。

（四）大胆引用欧美国家家庭用电方案。目前我国城乡居民用电已由过去的单一照明向现在的全家用电器化方向发展，高峰时，每个家庭用电容量在6-8kw左右，未来也许会更高。因此，在配用电网络中，对家庭来说采用20kV/0.22kV单向变压的供电是一个发展的趋势，应纳入20kV配电网改造和形成过程中。

六、结论

经过研究，结合我国电网结构现状和用电负荷增长水平，得出结论。

（一）在全国范围内，实施建设20kV配电网络，对用户采取20kV/0.4kV三相和20kV/0.22kV单相供电方案，切实可行，非常必要，应尽早实施。

（二）附带结论。我国在大力发展区域1000kV交流同步电网建设的过程中，应同步考虑500kV及以下电网开环运行问题。

（三）附带结论。未来的电网电压等级应在目前500kV、330（220）kV、110（66kV）、35kV的基础上做进一步的简化。