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浅析10kV配电网升压为20kV的过渡问题

提示:

浅析10kV配电网升压为20kV的过渡问题1、10kV配电网10kV配电电压是上世纪五十年代,从原苏联引进的,经过半个世纪的发展建设,在

浅析10kV配电网升压为20kV的过渡问题1、10kV配电网10kV配电电压是上世纪五十年代,从原苏联引进的,经过半个世纪的发展建设,在国内已一统天下。随着工业化水平的不断提高,这种10kV配网电压愈发显露它的种种弊端:

    ①输送容量小:为了保证线路末端合格的受电电压及合理的线路损耗,10kV仅可输送10000kW以下的数千千瓦负荷。

   ②输送距离短:苏南地区伴随着工业化的发展进程,负荷密度越来越大,10kV线路的输送距离,从过去的近十公里的较长距离缩短到现在的2~3公里甚至更短距离;

  ③由于10kV变电所的布点过密,浪费了大量的土地资源;

  ④10kV线路、变压器的大量增加,造成了不必要的电网损耗过大,浪费了大量不可再生的电力资源。

  借鉴世界发达国家电网工业化发展的经验,英法等国的输电网和配电网均以满足客户供电可靠性的电能质量为唯一目标,电网发展重视两端简化中间,即输电网要确保供电安全,中低压配电网要确保用户供电可靠性,必须具备充足的负荷转供能力,而高压配电网尽可能简化。正是基于国外的这些有益经验,我国目前将35kV电压和10kV电压合并简化为20kV电压,探索出符合我国国情的配网发展规律,逐步缩小与发达国家的差距。

  2.过渡过程的合理性

  法国电力公司从20世纪50年代开始决定强化巴黎地区供电网络,其中重要的一项措施就是采用20kV作为中压配网电压逐步取代原有的10kV及15kV配网电压,从1970年开始实施以来,至2000年经过30年的发展和努力,也仅仅是将20kV为标准的配网电压“越来越多”地取代原来的配电电压,至今也未曾宣布此项工作的全面完成,还在继续努力。英国的经验更可借鉴,早期的英国配电电压亦为33kV,11kV两级。但是发展到一定阶段后,在高负荷密度地区,11kV电网无法满足用电负荷增长的需要,伦敦市的规划者们适时引入了一个新的20kV配网电压,这与我国当前情况极其相似。可想而知这一过程的长期性,复杂性,浩繁性。

  整个过渡过程可分为三个阶段。第一阶段:起步阶段,根据电网规划,结合当前各地负荷增长的需要,由电网公司将新建110kV以上系统变电所统一设置20kV电源点,在新出的20kV线路覆盖面上,新增客户一律按照20kV配网电压设计施工投运,客户享用20kV标准的配网电压;第二阶段,中期阶段,由于20kV电源点的不断增加,一定时期后,20kV标准配电电网与原有的10kV配电电网基本持平,20kV网架初步建成,第三阶段,最终建成20kV配电系统,由20kV配电网络全部或大部分覆盖用电客户,占有配电系统的主导地位。

  目前,江苏正处于20kV升压工程的第一阶段,新增客户急需大量的20kV电源点。20kV电源点包含地区性20kV变电所及送出线路两部分,属于电网建设,需要投入巨额资金,有一个建设过程;另一方面,从客户端为20kV升压工程创造条件,客户新上设备具有20kV电压接受功能,同时在20kV电源尚未到来之前,又能适应周围正在普遍使用的10kV电压,即具备双电压功能。如果通过日积月累,这样的客户数量多了,待将来20kV电压送到时水到渠成,自然而然地完成过渡。从目前的工作量来看,纯粹的20kV新上客户只占整个升压工程的20~30%,而按20kV设计,10kV运行的客户工程占到70~80%的工程量。

  20kV配网升压试点初期,有部分客户增容工程,听说将来都要改为20kV供电,提出一步到位,按20kV设计,安装运行,但由于电网系统不具备20kV供电条件,供电部门服务窗口只能答应他们:要么耐心等待20kV送过来后再增容,要么仍按10kV电压增容供电,客户提出将来谁来承担升压供电费用,窗口部门无言以对。由此可见,如果没有20(10)kV过渡措施,势必造成供用电之间关系的不和谐,带来不必要的经济损失。

  3. 20kV配电变电所中电气设备20(10)kV过渡措施:

  3.1变压器的过渡措施:

  20kV配网电压与10kV配网电压存在双倍压差关系,受到这个特点的启发,从而研发出变压器每相高压线圈由同线径、同匝数、同绕向的两个线圈组成,通过特制的三功能分接开关的转换操作,灵活方便地完成10~20kV电压转换。详细结构如图1所示。变压器的抽头调压过程如下。

  变压器三功能转换分接开关外形图中的第一层为线圈串并联换接开关,当A-A’,X-X’并接时,为两组高压线圈并联,用于10kV电压,而当A’-X并接时,为两组高压线圈串联,用于20 kV电压。第二层及第三层为两个高压线圈的调压抽头换档开关。

  按照变压器变压的基本原理,一、二次电压(U1,U2)、一二次绕组的匝数(N1,N2)、频率f与磁通φm之间有如下的关系式:

  U1=4.44fN1φm

  U2=4.44fN2φm

  则变压器低压侧的电压U2=U1/k,当一次侧电压U1及二次侧线圈匝数不变时,k值愈小或者N1匝数愈少,低压侧U2值愈大,反之,k值愈大或者N1匝数愈多,低压侧U2值愈小,换句话说,改变k值,只需改变变压器高压侧的匝数,即可达到调压的目的,按照图一所示,变压器在设计制造时,设有Ⅰ-Ⅴ档调压抽头,分别为2-3(2’-3’),3-4(3’-4’),4-5(4’-5’),5-6(5’-6’),6-7(6’-7’),每档分别调压为N(2.5%),其分接开关调节顺序为图2(a)所示。(电压回调,亦可按反序进行)

 按照图2(a)所示,当2-3(2’-3’)连接时,N1匝数最多,而处于6-7(6’-7’)连接时匝数最少,设总匝数由基本匝数Np1 Np2 =N,及抽头调节部分为N(4*2.5%)组成,如图2(a)所示(3-4,4-5,5-6,6-7)四部分。那么当处于2-3(2’-3’)连接时,总匝数为N1(Ⅰ)=Np1 Np2 Nx =N(1 4*2.5%)

 

  同理推得,当处于3-4(3’-4’)及其它档连接分别为

    N1(Ⅱ)=N(1 3×2.5%)

  N1(Ⅲ)=N(1 2×2.5%)

  N1(Ⅳ)=N(1 1×2.5%)

  N1(Ⅴ)=N(1 0×2.5%)

  如果把上述式中分别加上(-2*2.5%N),使N1(Ⅲ)变为N1(Ⅲ)=N(1 2*2.5) (-2*2.5%N=N(1 0*2.5%)即为额定电压档,那么上述公式重新排列为

  N1(Ⅰ)=N(1 2×2.5%)

  N1(Ⅱ)=N(1 1×2.5%)

  N1(Ⅲ)=N(1 0×2.5%)

  N1(Ⅳ)=N(1-1×2.5%)

  N1(Ⅴ)=N(1-2×2.5%)

  上述五项公式,可以统一为一个公式,即20(10)±2×2.5%

  变压器抽头调节到Ⅰ档时U2电压最低,Ⅴ档时U2电压最高,只不过普通变压器仅为单线圈带抽头,20(10)kV过渡型变压器为双线圈双抽头通过三功能高压开关并接后同步调节。根据理论推导及制造厂现场实测验证,过渡型变压器在两种电压状态下,变压器容量,铜、铁损耗,二次电压调整等考核指标基本上没有变化。过渡型变压器在相同的使用效果下,方便快捷地完成两种电压转换过渡,这一技术措施得到了极大的推广和应用。

  3.2电流互感器(简称为CT)的过渡措施:

  电流互感器作为配网系统中的辅助设备,但它们在整个系统运行中承担着状态检测、控制、保护等功能,它们所起的重要作用不容忽视。当它们承受的电压改变时,同样存在着过渡问题,具体措施有两种办法:电流互感器的一次线圈串并联法和二次线圈抽头法

现以靖江互感器厂生产的环氧浇注型LZZB8-20(10)为例,按一次绕组段数×一次绕组的额定电流/二次额定电流(5A)。例如2×100/5,即用于20kV电压时为100/5A,用于10kV电压时为200/5. LZZB8-20(10),100-200/5.

  采用二次线圈抽头法此时,电流互感器按照20kV绝缘电压进行浇注,用于20kV电压时,选用S1-S2抽头如100/5,S3抽头悬空,S1、S2必须有一个接地,用于10kV时选用S1-S3抽头,200/5,S2抽头悬空,S1、S3必须有一个接地,标注为LZZB8-20(10)S1-S2,100/5 S1-S3,200/5。

 3.3电压互感器(简称为PT)过渡措施

  电压互感器20(10)kV过渡方案,采用二次抽头法。互感器在结构尺寸以及耐压绝缘等均按20kV电压要求进行制造,一次侧无论用在20KV或是10kV,只有AN(BN、CN)一组线圈,双次级线圈均留有n1、n2及dn1、dn2二个抽头。其二次抽头如图3所示。

  这种过渡型电压互感器无论用于20kV或者用于10kV二次侧输出电压均为100V,保证二次侧所接元件型号的统一性,暂不接线的空位抽头称为悬空。这里的悬空不等于开路,在另一抽头接出带负荷时,悬空抽头是安全的,也是允许的。

  3.4避雷器,带电显示传感器等设备

  由于避雷器,带电显示传感器等设备的密封等特殊制造工艺的要求,不能在安装现场进行调整,只能在成套柜制造生产时,按照20kV设备结构尺寸留足位置,暂时选用10kV电气设备,待将来升压20kV运行时更换为20kV设备,防止因绝缘距离不足而产生安装困难。

  3.5无过渡的电气设备

  在配电系统20KV变电所设计中,通过分析、筛选、比较,从中总结出一条规律:凡带有一二次线圈并伴随发生电磁转换关系的电气设备如变压器、CT、PT等,均可由线圈串并联或留有线圈抽头等办法,解决过渡问题,无需更换设备。

  除此以外,并不是所有的设备都采用过渡方案,我们在设计中对一次系统主设备断路器、隔离开关、电力电缆采用按20kV选型一步到位的做法。就以断路器来说吧,因为20kV断路器降压至10kV运行,不存在任何技术问题,只需在确定断路器额定电流、开断电流时,按10kV系统选用,将来升压至20KV电压运行,安全系数只会更加绰绰有余而已。

  4.结束语

  为了提高配网供电的电能质量,简化配网结构,将35kV及10kV两级电压合并为20kV电压运行,是我国今后配网供电势在必行的发展方向,那么配网变电所按20kV电压设计,降压10kV运行的过渡问题,是我们面对现实的带有共性的普遍问题,应当引起足够的重视。

  如何正确合理的解决好过渡问题,是涉及到供电部门及用电客户之间的直接有效的经济利益,是达到和谐供电的双赢措施。20(10)kV过渡方案优点是:

  ①增强了升压工程的战略性决策的可行性,采用过渡性措施,即满足了当前广大客户急迫的增容需求,又为今后升压工程创造了扎实的物质基础,既满足了当前,又兼顾了长远,起到事半功倍的效果;

  ②节省了大量的人力物力,当今后条件具备需要升压20kV运行时,现场停电后,方便地调整一下有关设备档位、抽头,更换小件设备如避雷器,传感器等即可升压送电,无需大量运输及拆装大件电器设备;

  ③节省了不可再生资源和施工时间,创造了巨大的社会效益。


(责任编辑: 佚名 )

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