湖南电网发展20kV配电网的技术经济性研究

第35卷第2期电网技术Vol.35No.22011年2月PowerSystemTechnologyFeb.2011文章编号：1000-3673（2011）02-0088-06中图分类号：TM727文献标志码：A学科代码：470·4051湖南电网发展20kV配电网的技术经济性研究廖国栋，谢欣涛，刘定国，侯益灵（湖南省电力公司试验研究院，湖南省长沙市410007）ResearchonTechno-EconomyofAdopting20kVDistributionNetworkinHunanPowerGridLIAOGuodong,XIEXintao,LIUDingguo,HOUYiling(HunanElectricPowerTest&ResearchInstitute,Changsha410007,HunanProvince,China)ABSTRACT:Whetherthe20kVdistributionnetworksshouldbedevelopedinHunanpowergridaswellaswhatkindofvoltagegradeseriesshouldbeadoptedinHunanpowergridareimportantproblemsthatthepowernetworkplanningofHunanpowergridhastobefacedwith.AccordingtoactualconditionofHunanpowergrid,amethodtoevaluatevoltagegradeseriesschemeisgiven,andonthisbasistakingBaodongtechnopark,easturbanpowersupplyareainShaoyangandruralareainZiyangforexample,thetechno-economyofdeveloping20kVdistributionnetworksintheareaswherepowernetworksarenewlybuilt,builtupareasincityandrurallowload-densityareasarerespectivelyanalyzed.Theobtainedresultsareavailableforreferenceinthedevelopmentof20kVdistributionnetworksinotherpowergrids.KEYWORDS:20kVvoltagegrade;medium-voltagedistributionnetwork;Hunanpowernetwork;techno-economyevaluation摘要：是否发展20kV配电网以及采用何种电压等级序列是当前湖南电网规划面临的一个重要问题。结合湖南电网实际情况，提出了电压等级序列方案评估方法。在此基础上以邵阳宝东科技园、邵阳城东供电区和益阳资阳农村地区为例，分别分析了在湖南电网新建区域、城市建成区和农村低密度负荷区发展20kV配电网的技术经济性情况，所得结论可为其他电网发展20kV配电网提供参考。关键词：20kV；中压配电网；湖南电网；技术经济性评估0引言目前国外中压配电网20kV供电技术已相当成熟，很多国家已将20kV作为中压配电网电压等级，国际电工委员会也认为中压配电网采用20kV是一种趋势[1-3]。20kV配电网发展经验表明，发展20kV配电网需结合社会经济的发展情况以及电网的发展情况[4-6]。目前我国除江苏苏州工业园区以及辽宁本溪等个别地区采用20kV供电外，绝大部分城市农村中压配电网均采用10kV供电。随着20kV供电在苏州工业园和辽宁本溪南芬变电所的成功运行以及升压试点实验在江苏的成功实施[7-10]，国内许多城市也对其中压配电网是否采用20kV电压等级进行了可行性论证，如京津2城市部分地区、云南昆明新机场和广东佛山南海等地区[5]。湖南尚无20kV中压配电网络，但随着湖南经济和城市建设的快速发展，尤其是湖南“两型社会”建设的快速推进，高新技术园区大量涌现，大容量城市客户大量增加。对于此类大客户，如果继续沿袭传统的10kV网络供电方式，将有可能带来110kV变电站布点过密、中压馈线主干线出线回路数较多和输电走廊走线难等一系列问题，这对人口众多、土地资源相对紧张的湖南而言是一个较大的挑战。另外，湖南地处我国东南腹地，东西南三面山地环绕，大部分地区是山区和湖区农村。近年来，随着湖南农村经济的发展，特别是国家拉动内需政策、家电下乡政策的深入，农村用电负荷需求正在快速增长，但湖南农村电网相当一部分线路的供电距离较长，线损率高，甚至有些地区的末端电压难以满足设备供电要求，这对处于快速发展的湖南电网而言是一个急需解决的课题。中压配电网发展20kV电压等级在提高线路输变电容量、增加高压变电站主变容量、促进节能降损和加大供电半径等方面具有显著优势[11-15]，并可为降低单位输电成本和占地面积成本等难题提供解决思路。但国内外发展20kV配电网的经验表明，由于受绝缘和制造工艺的影响，20kV设备比既有10kV设备的造价水平要高，同时改造既有10kV网络也应循序渐进，因而需要大量投资建设相应的过渡措施甚至输电线路[4-5]。第35卷第2期电网技术89发展20kV中压配电网无论对新建区域还是建成区域，都需进行技术经济性评估，以确定20kV供电是否经济以及升压改造时机是否合适。目前城市化进程在加快，湖南省内各大、中型城市新一轮的城市总体规划正在修编，在这种背景下，本文将分析湖南电网是否适合发展20kV配电网以及采用何种电压等级序列等战略性问题，以优化湖南电网的电压等级序列和发展模式。1电压等级序列方案评估步骤20kV供电技术是否经济，除了需考虑令电网综合费用(包括初期投资费用、运行维护费用、线损费用以及升压改造相关费用)最小的经济目标外，还需要考察占地面积等社会性指标，且由于中压配电网电压等级对高压变电站容量、变电站布点和中压配电网供电方式等因素产生很大影响，因此研究湖南电网发展20kV电压等级的技术经济性时也必须考虑高压配电网以及20kV供电对中压配电网供电方式的影响。评估电压等级序列方案的步骤如下：1）划分待研究的供电区域类型。将供电区划分为城市新建区、城市建成区和农村建成区。城市新建区指现状电网薄弱的新建供电区域；城市建成区指具有相当规模的10kV配电网城市供电区；农村建成区指那些负荷密度较低的偏远农村、山区和城镇近郊区。2）选取电压等级序列方案。结合既有电压等级序列和电压级差约束因素，选取湖南城市新建区和城市建成区备选电压等级序列为220/20kV、220/110/10kV、220/110/20kV，农村建成区备选电压等级序列为220/110/35/10kV和220/110/20kV。3）选择湖南电网典型供电区。考虑湖南各地区电网现状和发展水平两方面因素，以各地区平均负荷密度作为典型区域选取指标，选取了城市新建区、城市建成区和农村低密度区的代表性区域作为典型供电区。4）估算网络规模。考虑到一般难以直接给出中压配电网主干线架设情况与负荷密度、城市输电通道间的定量关系，因此需预设20kV供电方式，并基于典型供电区的负荷需求预测情况将中压配电网供电方式计入网络规模估算模型[5-6]，求取不同负荷密度下各备选电压等级序列方案的网络规模。5）计算电能损耗。依据网络损耗理论模型，计算各备选电压等级序列方案下中高压配电网在不同负荷水平时的年电能损耗[4-5]。6）估算静态总投资和改造费用。依据网络建设规模，估算各负荷水平下新建投资和改造费用。7）比较综合费用。将逐年运行维护费和电能损耗费折现为现值，并与初期静态投资费用累加得到综合费用，再乘以资金回收系数，即可得到综合费用的年费用值，然后在此基础上比较相同供电区域下不同备选方案全寿命周期内的经济性。8）比较占地面积。根据网络规模、湖南电网单位设备占地面积和线路走廊宽度，估算各方案的占地面积，比较不同电压等级序列备选方案的占地面积。单位工程造价水平以及运行维护费用相关参数的取值情况如下：1）新建工程中，现有电压等级的工程造价按湖南省通用造价水平进行计算，20kV供电工程的造价水平参照国内20kV供电工程和湖南省相关工程的造价水平估算；2）10kV中压配电网直接升压为20kV配电网的改造工程中，变电站造价为新建工程造价的40%，20kV线路工程造价为10kV线路工程造价的1/2[5]；3）循序渐进改造既有10kV供电网时，年过渡措施费用为现中压配电网资产的10%；4）计算线损费用时，电价取0.5元/kW⋅h，城市和农村供电区最大负荷利用小时数分别为5000h和3000h；5）运行维护费按总资产3%考虑，年利率取8%，公用配变容量占总配变容量70%，运营期和改造期都按25a考虑。2城市新建区案例2.1案例概况根据湖南各地区新建区域投产后20a的平均负荷密度，选取株洲云龙开发区、长沙梅溪湖开发区和邵阳保东科技园为湖南电网城市新建区的典型供电区，本节以邵阳保东科技园采用架空线路方式为例对湖南电网新建区域发展20kV配电网的技术经济性进行阐述。邵阳地区保东科技园10km2供电区域内终期负荷预期达到260MW，其具有供电面积小、负荷密度较高的特点。考虑到邵阳市区现状以及远景变电站容量情况，各电压等级序列的高压变电站规模以及单台配变容量配置情况如表1所示，其中公用配变与用户变容量之比为3:2。本文将主要分析以下3种供电方式的供电能力：1）10kV和20kV主干线运行电流均为线路长期允许电流的50%，但10kV和20kV供电区同一90廖国栋等：湖南电网发展20kV配电网的技术经济性研究Vol.35No.2表1保东科技园的高压变电站容量及单台配变容量Tab.1CapacitiesoftransformersinHVsubstationanddistributiontransformersinBaodongtechnologicalgarden电压等级/kV变比容量构成/MVA备注220220/1103×240—220220/203×120—110110/203×100—110110/103×63—2020/0.40.315所占比例50%2020/0.40.500所占比例50%1010/0.40.315所占比例50%1010/0.40.500所占比例50%输电走廊上主干线回路数均为2；2）10kV和20kV主干线运行电流为线路长期允许电流的50%，但10kV和20kV供电区同一输电走廊上主干线回路数分别为4和2；3）10kV和20kV供电区同一输电走廊上主干线回路数均为2，但10kV和20kV主干线运行电流分别为线路长期允许电流的50%和25%。2.2经济性比较图1—3给出了保东科技园采用220/110/10kV、220/20kV和220/110/20kV方案的年费用情况。由图1可知，220/20kV方案简化了110kV变1.00.50.0综合费新投资费损耗费220/110/10kV方案220/110/20kV方案220/20kV方案年费用/亿元图1供电方式1下保东科技园各电压等级序列方案综合费用Fig.1ComprehensivecostsbetweendifferentvoltagesequencesunderthefirstmodeofpowersupplyinBaodongtechnologicalgarden1.00.50.0综合费新投资费损耗费220/110/10kV方案220/110/20kV方案220/20kV方案年费用/亿元图2供电方式2下保东科技园各电压等级序列方案综合费用Fig.2ComprehensivecostsbetweendifferentvoltagesequencesunderthesecondmodeofpowersupplyinBaodongtechnologicalgarden1.00.50.0综合费新投资费损耗费220/110