我国城市输配电网电压等级和网络结构现状.docx
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我国城市输配电网电压等级和网络结构现状
我国城市输配电网电压等级和网络结构现状
1我国城市输配电网电压等级发展历史
我国于1959年公布高压交流送电电压等级的标准,分别为6、10、35、60、110、154、220、330kV,拟发展的有500kV和750kV。
我国地域宽广、情况各异,各地电网的发展过程也多有不同。
60(66)kV电压级在东北地区至今仍被广泛采用,同时相当地区弃除了35kV;电网发展初期的3.3kV早已被淘汰,而6kV则经过升压改造为10kV。
除东北外,我国电网中从未发展过154kV等级,现东北也不再采用,但却客观地存在过20kV级,直至50年代好些地区还留有20kV电网,此后才逐渐被改造;虽然西北地区建立了330kV电压等级,但国内其它地区已不将其做为发展方向,而径直跨向500kV电压等级。
目前,我国已经形成华北、东北、华东、华中、西北、川渝和南方电网等7个跨省区电网和5个独立的省级电网。
除西北电网最高电压等级为330kV外,其它跨省电网,以及山东、福建电网等已建成500kV主网架。
省会城市和沿海大中城市基本上已形成220kV超高压外环网或双环网。
10kV配电网结构逐步形成手拉手环网接线开环运行模式。
经过多年的发展,目前我国各大区电网已经基本上形成了750/330/110/10/0.4kV、500/220/66/10/0.4kV、500/220/110/10/0.4kV、500/220/35/10/0.4kV等4种主要的输配电压等级序列,仅在部分农村电网的110kV电压等级下仍保留了35kV电压等级。
城市基本上形成了220/110(66)/10/0.4kV或220/35/10/0.4kV四级输配电压,一般称220kV为送电电压,110、66、35kV为高压配电电压,10kV为中压配电电压,0.4kV(380/220V)为低压配电电压。
各级电压电网的功能因城市规模不同而异。
有的城市110kV具有送电功能,而在特大城市电网中,220kV兼有高压配电功能。
2我国城市输配电网和电压等级中存在的主要问题
2.1城市电网电力负荷增长迅猛
随着对外开放的深入、现代化进程的加速,我国城市第三产业发展迅速,家用电器大量进入家庭,城市用电增长迅猛。
1990~2002年全国电力需求年均增长8.4%,需求总量从1990年的6230亿千瓦时增加到2002年的16386亿千瓦时,用电量12年间净增量超过1万个亿,为建国以来我国电力需求总量增长幅度最大的时期。
其中“八五”时期用电年均增长10%;“九五”期间增长速度降低至6.5%。
进入新世纪以来,受经济增长的强劲拉动,全国电力需求快速增长,2001年全国电力需求在2000年11.7%的高增长水平基础上再增加8.7%,2002年增速达到11.6%。
这样的增长速度给城市电网带来很大压力。
在负荷增长的同时,用电结构也发生了变化,居民用电和第三产业负荷上升,2002年我国居民生活用电比重为12.2%,第三产业用电比例为11.2%。
与1990年相比,第一产业和第二产业分别下降了1.4和6.4个百分点,第二产业比重下降明显;第三产业增加了3.1个百分点,居民生活用电增加了4.7个百分比。
预计到2020年我国一些大中城市的居民生活用电比例将接近或达到30%。
现有的中、低压配电网络将难以适应这种增长。
2.2城市电网投资不足技术水平落后
据统计,全国发电量的75%是经由35~110kV供配电网送给用户的,约80%电量是在城市电网内消纳的。
而我国电网工程的投资滞后于发电工程的投资。
每兆瓦发电容量配有35~110kV线路,80年代初期平均为40.2km,以后逐年降低,到90年代初期平均不足24km,仅为1980年的86%。
相应配有的变电容量,1980~1981年为2.02万kVA,1993~1994年降为1.89万kVA,而从发、输、配、用各环节的容量增长关系看,1994年与1980年相比,全国发电装机容量增加2.01倍,用电设备容量增加2.02倍,而同期的变电容量和线路数量仅分别增长1.92和0.8倍。
电网的增长明显低于发电和用电两头,而且城市电网中的配电网(包括中、低压)的投入更为不足,北京市的配电网提高了40%,但也只是还了旧帐,使主网的薄弱环节和安全隐患得到了一定程度的缓解。
尽管北京供电系统2000年入夏前后改造了64座配电室,分装了400多台变压器,但市区800多座配电小区配电室近半数过负荷,9000多台配电变压器10%左右过载。
这些设备平时的容量裕度有限,高峰供电时,处于极限运行状态。
而且,城市电网中的配电网(包括中、低压)的投入更为不足,其资金一般只利用供配电贴费的一部分。
目前我国发电、输电、配电的投资比例大约是1:
0.21:
0.12,而美国是1:
0.43:
0.7,英国是1:
0.45:
0.78,日本是1:
0.47:
0.68。
相比之下,我国在城市电网上的投资确实太少。
因此,输、配电网无论是在投资上还是在容量上或线路长度上都应该协调发展,互相促进电力的传输和分配任务。
近年来虽引进和开发了一些新设备和新技术,但全国城网的技术水平与国外相比差距仍很大。
许多城市在扣除系统电源不足限电因素后,供电可靠性还不到99.6%,城市电网的现代化管理技术直接影响到供电可靠性和经济运行,城市电网领域中的科研工作和新技术推广方面进展较缓慢。
城市电网中,特别是配电网设备普遍陈旧、落后,小截面老旧线路、老式油断路器、老式柱上断路器、三令五申已淘汰的配电设备等仍在大量运行。
据统计,全国服役30年以上的35~110kV高压变配电容量约有1000万MVA,线路约2万km,有不少设施(包括电缆)已运行40~50年,在一些大中城市中更为突出。
如上海市现有220kV变电站近半数的设备陈旧老化,一批70年代设计建设的户外高层布置的变电站,构架强度急待加强,有相当一批30年以上的线路对地距离小,导线截面小,危及安全运行。
低压配电网中,还有不少20~30年从未维修和改造的线路,导线和附件都是按当年居民用电水平设计的,远不能适应目前配送负荷的要求。
现有城网结构备用切换能力差,达不到“N—1”的安全准则,事故停电频繁发生。
城市电网随着城市的发展而不断扩大,城市电网的建设面临与城市建设产生空间冲突的矛盾,而城市提供给电网的资源是很有限的,例如,电力线路走廊有限,变电站站点匮乏等。
因此,作为城市最重要的基础设施之一,城市电网的建设必须满足城市建设的可持续发展的需求,必须朝着小型化、大容量、免维护的方向发展,而配电电压等级确定后,将对配电设备的尺寸,配电设备所占的空间,城市架空线所需的道路空间,以及线路的绝缘配合等产生一定的影响。
2.3现有变电容量序列适应范围有限
现有电压等级序列中的10kV中压配电电压不能很好地适应负荷密度较高地区的供电要求,对于负荷密度较高的地区(30MW/km2以上),110kV主变的容量通常都选择的比较大,例如,北京为350MVA,一般城市也为(2~3)(31.5~40)MVA。
由于负荷密度较高,甚至不到一平方公里就需配置一个110kV变电站,每个110kV变电站又带了大约100台左右10kV的配电变压器,占据了过多的站点和线路走廊资源,也制约了城市电网的可持续发展。
同样,现有电压等级序列中的10kV中压配电电压也不能很好地适应负荷密度较低地区的供电要求,对于负荷密度较低的地区(0.1MW/km2),10kV线路的供电距离有限,而110kV站的容量又太大,需要在110kV和10kV电压等级之间增加35kV电压等级来进行供电。
因此,采用10kV作为中压电压等级,供电密度的适应范围较窄,对于负荷密度较高或负荷密度较低的地区,其运行特性都不理想,远不及20kV对供电密度的适应范围大。
表2-1各电压等级设备主变容量的范围和典型值
电压等级(kV)
主变容量范围
(MVA/台)
城市电网主变典型值(MVA/台)
500
500~1080
750~1000
330
40~240
90~240
220
31.5~240
90~240
110
6.3~75
20~63
35
3.15~40
6~20
20
0.05~2
0.1~2
10
0.05~2
0.1~1.6
2.4变电电压等级过多
从全国范围来看,我国现存的主要电压等级为:
500、330、220、110、66、35、20、10、0.4kV。
然而,由于历史的原因,个别地方还存在例如23kV、6.6kV等非标准电压。
城市电网中的主要电压序列构成有:
●220/110/35/10/0.4kV
●220/110/10/0.4kV
●220/35/10/0.4kV
●220/66/10/0.4kV
●330/110/35/10/0.4kV
●330/110/10/0.4kV
在220kV之上还有500kV作为输电电压,在330kV之上也即将有750kV作为输电电压。
我国的城市电网在220kV或330kV(含)之下,至少还需要经过四级或五级电压才能向用户供电。
而国际上的城市供电电压,在220kV等级下一般仅需要三级或四级电压即可。
因此我国的供电电压等级序列有必要进行优化和简化变压层次,以达到提高城市电网供电能力,改善城市电网运行特性,以及增大城市电网运行适应性的目的。
3我国城市输配电网的主要形式
城市电网的电压等级取决于当地负荷的规模,随着负荷的增加,只有出现更高的电压等级才能满足电网的运行要求时,新的更高的电压等级就会出现,而这时下一电压等级的网络就有必要解环运行。
由于城市低压供电电压为0.4kV,这使得负荷密度高,负荷规模大的城市电网,变电电压层次较多。
目前我国电网的电压等级从500kV到0.4kV(或330kV到0.4kV),共需经过五~六级变电电压才能向用户供电。
而同样的负荷需求,每增加一级变电电压,都需要增加一定的投资和承担更多的损耗,这意味着变电电压层次的增加,降低了电网建设和运行的经济性,并使供电企业的经济效益受到影响。
因此有必要对我国现有输配电网的电压等级序列进行分析,为优化和简化我国输配电网的电压等级序列做准备。
3.1西北地区的城市电网
目前,西北地区电网的最高系统电压为330kV(宁夏电网的最高电压等级为220kV),将来的最高系统电压为750kV。
现在330kV电网贯穿西北区域的东西南北,并已形成从西安-咸阳-渭南的330kV单回环网和以兰州、白银为中心的330kV单回环网。
主要的电压等级序列为330/110/35/10/0.4kV和330/110/10/0.4kV(宁夏为220/110/35/10/0.4kV和220/110/10/0.4kV)。
西北大部分城市以110kV为高压配电网。
110kV高压配网的干线一般采用双端电源供电的环网结构,开环运行。
由于西北地区的经济发展水平比东部地区相对落后,负荷密度相对较低,不得不采用35kV为部分农网供电。
因此目前西北电网在城市基本需要四级电压向用户供电,而在农村则至少需要五级电压向用户供电。
3.2东北地区的城市电网
我国东北地区城市电网的电压等级序列为220/66/10/0.4kV。
目前我国只有东北大部分地区采用这种电压等级序列,原来有过6.6kV,154kV电压等级,现在已经取消。
东北地区的最高电压等级为500kV,500kV超高压电网构成整个东北输电电网的主网架以及电源间的联络线,并存在单回输电线、单回环网以及双回环网等接线形式。
220kV通常作为城网主网架的送电网,既是电力系统的主网,也是城市电网的主电源。
东北地区大部分城市以66kV为高压配电网。
东北地区城市电网的电压等级序列只有四级电压,相对国内其他采用220/110/10/0.4kV的地区电网,避免了不得不采用35kV为部分农网供电的麻烦。
3.3我国其它地区的城市电网
3.3.1220/110/10/0.4kV电压等级序列
目前我国大部分地区(如华中、华东、华北以及南方电网等)的绝大部分城市电网都采用220/110/10/0.4kV电压等级序列(仅苏州工业园区的中压配电电压为20kV)。
在部分城市的局部地区,由于负荷较小且比较分散,也保留了部分220/110/35/10/0.4kV电压等级序列。
220/110/10/0.4kV电压等级序列有四级电压,但是还不得不采用35kV为部分农网或特殊负荷供电。
因此,实际上这种电压等级序列在局部为五级电压。
上述电压等级序列同样以500kV超高压电网构成整个电网输电的主网架以及电源间的联络线,城市电网中的500kV线路通常采用单回输电线、单回环网以及双回环网等接线形式。
220kV通常作为城网主网架的送电网,既是电力系统的主网,也是城网的主电源。
目前我国220kV电网接线既有环形方式又有辐射型方式。
对于负荷规模大的超大城市,220kV电网已经成为高压配网。
电网内重要的站点采用环形连接方式,分区局部网络采用辐射形网,由区内220kV中心站以单电源方式向周围受端站供电,受端站采用双侧电源T接、单侧电源T接、平行双回或3回线等方式。
220kV变电站按其性质划分为两大类:
220kV中心站和220kV受端站。
中心站高压侧接线一般采用1
接线或双母线双分段不设旁路等接线形式。
受端站高压侧主接线一般采用线路—变压器组单元接线,进线侧不配置220kV断路器,只设隔离开关。
目前国内城网110kV高压配网的干线一般采用双端电源供电的环网结构,开环运行。
我国大中城市的110kV变电站多采用内桥或外桥接线方式,也有采用线路—变压器组的简易接线方式。
3.3.2220/35/10/0.4kV电压等级序列
目前我国只有上海、天津等少数几个城市采用220/35/10/0.4kV电压等级序列。
同样以500kV为最高电压等级的输电网。
500kV超高压电网构成整个电网输电的主网架以及电源间的联络线,并存在单回输电线、单回环网以及双回环网等接线形式。
500kV变电站主接线大部分为一个半断路器接线。
220kV通常作为城网主网架的送电网,既是电力系统的主网,也是城网的主电源。
部分城市的220kV电网已经成为高压配网。
电网内重要的站点采用环形连接方式,部分局部网络采用辐射形网,由区内220kV中心站以单电源方式向周围受端站供电,受端站采用双侧电源T接、单侧电源T接、平行双回或3回线等方式。
该电压等级序列采用35kV电网作为城市高压配网的主干线,城市中的35kV电网,一般采用双端电源供电的环网结构,开环运行。
城市电网中的35kV变电站多采用内桥或外桥接线方式,也有采用线路—变压器组的简易接线方式。
4中压配电网结构现状
我国的城市电网主要采用10kV作为中压配电电压(仅苏州工业园区的中压配电电压为20kV),一些大中城市的繁华市区采用10kV电缆网,而其它大部分供电区域仍是沿街道架设的10kV架空线网。
正常方式下,10kV中压配电网基本上都按供电可靠性的要求构成放射式运行的环网。
对可靠性要求较高且采用两台以上变压器的较重要用户可采用双开式结线,即采用两组环网柜,每组各带部分变压器,分别接入两个环网回路中。
两组环网柜不联络,但两组环网柜所带的两台变压器低压侧可联络,以确保低压重要应急负荷获得双电源。
在负荷较密集的地区,由于变电站分布较密,各站间距离较近,供电半径较小,为进一步提高电缆利用率可采用“三供一备”结线。
对于较集中的负荷通常可采用配变站的形式供电。
我国10kV配变站的主接线大部分采用单母线或单母线分段接线形式。
在负荷密度较小的地区,由于供电范围较分散,架空线路距离较长,也在架空线路上支接一些支路,形成放射形线路。
对于较分散的负荷一般采用柱上变的形式供电,柱上变通常T接到就近的架空线路上。
不论电缆或架空线网,都由变电所10kV若干回出线组成独立的、供电范围不交叉重复的片状分区配电网。
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