[摘 要] 合理的中压配电网电压等级会直接影响到供电质量、电网的能量损耗、电网建设的投资和电网的年运行费用等一系列问题。近年来，随着经济的发展，生活、生产的用电需求日益增加，负荷的密度随之增大，10kV配电网的容载比越来越低，因而20kV电压等级的配电网开始在江苏省内城镇逐步推广，本文比较10kV配电系统和20kV配电系统的技术经济性，指出对于负荷密度较高的地区20kV配电系统具有更大的优势。其供电质量高，供电半径大，同等容量的情况下变电所占地面积小。虽然基本建设费用稍高于10kV系统，但运行总体经济性更佳。并以南京九乡河变电站为例，分析20kV配电系统运行的特点。
[关键词] 配电网 20kV电压等级 小电阻接地
1.引言
20世纪70年代，我国完成了将众多的繁杂的中压配电电压(2.3kV、3.3kV、5.2kV、6kV、13.2kV等)统一为10kV的工作。在我国，中压配电网10kV电压等级的确定、采用及推广，在电网发展的过程中，确实起了重要的促进作用。20世纪70年代末开始的改革开放政策，大大地促进了我国国民经济的发展。城镇的现代化建设和人民生活水平的提高，使得对电力需求大幅度增长。而今，为了满足日益增大的城市电力负荷密度，根据地区特点，采取了提高和简化电压等级的措施，进而中压配电网引入了20kV电压等级。
追溯20kV的发展背景是这样的，美国早在1948年由于负荷的增长，为了寻求最低支出和最高经营利润，就部分采用了20.8～24.9kV电压；法国和德国在20世纪60年代初开始发展20kV电压等级；80%的欧洲国家，如意大利、奥地利、保加利亚、波兰等，中压配电均采用20～25kV；同期，前苏联几乎将所有大城市的10kV改造成20kV。目前，在14个亚洲国家和地区中，已有9个采用20kV作为中压配电电压等级。[1]在国内，苏州工业园区的配电系统选择了20kV电压等级，这是我国目前出现的惟一的20kV电压供电的配电系统。
2.20kV和10kV配电系统的技术优势比较
20kV和10kV电压相比较，具有较多的优势，本节将从传输容量、电压降落、电能损耗、提高供电半径等方面进行比较。
2.1提高传输容量
在导线截面和通过电流一定的情况下，如式：
可知，电压越高，容量越大。那么20kV比10kV的输送容量大一倍。
2.2降低电压降落
一条线路，如为始端电压，为末端电压，为线路末端有功，为线路末端无功，那么
略去第三项，电压损失
在负荷不变的情况下，。
2.3减少线路损耗
电能损失
[2] （5）
在负荷不变，相同时间情况下，,由此可见，20kV的电压损失是10kV电压损失的50%，相比10kV，电压质量就可得到更好的保证。电能损失是10kV的25%，损失减少了75%。那么在相同输入电能情况下，线损率就会随之减小。
2.4增加供电半径
自20世纪90年代以来，城镇电力负荷增长很快，市区负荷密度大幅度增加，一些城镇的市区繁华地区最大负荷密度已达30～50MW/km2，一些城镇在进行电网建设与改造规划中，预计城镇中心地区负荷密度到2010年可达40～50MW/km2，为满足城镇的用电需求，必然要修建更多的降压变电所。[3]20kV电压等级在输送相同的功率，应用相同截面的导线，在保证电压质量条件下，输送距离比10kV等级可以远1倍，即供电半径大1倍。可大大减少变电所的分布密度，从而减少了建设投资费用。
2.5变电所建设费用比较
在进线为110kV的情况下，出现分别为20kV和10kV进行比较，其中A类指负荷密度为30MW/km2 ，B类指负荷密度为50MW/km2
可带负荷即在变电所内任何设备在停运一台的情况下，不影响正常供电，负荷功率因数按0.85计算得出的。
当地区负荷密度增至30～50MW/km2时，，每隔2km就要修1-2座110/10kV配电变电所。每隔2km修0-1座110/20kV配电变电所，减少变电站的分布密度。据有关文献统计，当负荷密度逐渐加大时，两者的建设费用相应逐渐加大，当负荷密度增至50MW/km2，总建设费用相差达20％。 那么在建设费上用20kV电压等级具有优越性。
3.对系统的影响
3.1中性点接地方式
电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方式。电力系统的中性点接地方式是一个涉及到短路电流大小、供电可靠性、过电压大小及绝缘配合、继电保护和自动装置的配置及动作状态、系统稳定、通信干扰等多方面的综合性技术问题。根据国家规定，电力系统中性点接地方式分为有效接地系统和非有效接地系统，系统中的零序电抗X0与正序电抗X1的比值大于3，零序电阻R0与正序电抗X1的比值大于1，称为有效接地系统，反之为非有效性接地方式。[4]中性点直接接地系统及经低电阻接地系统属于有效接地系统，非有效接地系统包括中性点不接地，经消弧线圈接地，以及经高阻抗接地系统。10kV的电压等级的中性点接地方式常见的是中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地。20kV使用的是中性点经小电阻接地方式，以下是这三种接地方式的比较。
(1) 中性点不接地系统
这种接地方式在110kV变电站常见，变压器的绕组方式是Y/Δ，这种方式适合于单相接地故障电容电流IC 10A时接地点难以熄弧，此外，由于单相接地电流相对较小，要实现灵敏而有选择性的接地继电保护也有困难。
(2) 中性点经消弧线圈接地
在中压配电网中，当单相接地故障电容电流IC > 10A，为防止单相接地时产生稳定或间歇性电弧，通常是在中性点与地之间接入消弧线圈。故障点接地电弧可自行熄灭，提高了供电可靠性；减少系统弧光接地过电压的概率；系统可带故障运行一段时间；降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高，减少了跨步电压和接地电位差，减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。这些都是该接地方式的特点。但当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。[5]
(3) 中性点经小电阻接地
中性点经小电阻接地方式，即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻，一般选择电阻的值较小（工程上一般选取10～20Ω）。现在城镇的配电网主要以电缆为主，因为电缆的电容电流是同样长度架空线路的25～30倍，使某些电网出现消弧线圈容量不足的情况，中性点经小电阻接地在这些电网中就得到了应用。该接地方式的优点：① 当发生单相接地故障时，电容电流较大，零序保护会灵敏可靠动作。② 系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。③ 由于电阻是耗能元件同时也是阻尼元件，相当于在谐振回路中串接一个阻尼电阻，电阻的阻尼作用，可以限制谐振过电压的形成。中性点经小电阻接地方式可以消除中性点不接地和消弧线圈接地系统的缺点，对于以电缆为主的配网，比较适宜此类接地方式。
3.2对保护的影响
南京九乡河变低压保护使用的是南瑞科技的NSR600RF系列保护，与往常的10kV相比，针对20kV电压等级且经小电阻接地的运行方式，保护做了如下修改：
(1) 将面板上的电压显示增加了20kV的选择项
(2) 由于中性点经小电阻接地方式，单相接地电流将很大，从而更换了装置里零序电流的CT,最高可达到150A,并使得零序方向动作范围可整定。
4.实例分析
南京110kV九乡河变电站位于城东仙林大学城，供电对象主要是学校。高压侧电压等级为110kV，低压侧则为20kV。现上主变两台，高压进线4条，低压馈线24条，远景主变一台，高压进线2条，低压馈线12条。主变低压侧为双分支结构，每条母线带6条线路。根据省公司下发的《20kV配电系统技术导则》有所规定：20kV中性点采用经小电阻接地，阻值为20欧姆。该站是南京市投入的第二个110kV变20kV的站。由于九乡河变目前还没有带出线负荷，用准确的运行数据来体现20kV的技术优点尚需一些时日。但是该站中性点接地方式是存在缺点的，.当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，尽管防止了事故的扩大，但是牺牲了一些供电可靠性。使线路的跳闸次数大大增加，间断供电，加重了断路器的工作条件。九乡河变的主要供电用户是学校，属于第三级负荷，间断供电造成的影响不是很大，但仍然是亟待解决的问题。
5.结束语
综上所述，从技术经济方面看，20kV中压配电电压等级在技术上的合理性和经济上的优越性都被国内外认可。现有10kV配网的基础上将其升级到20 kV系统，对于20kV供电范围里原老10kV老用户需要对其相应设备升级到20kV供电，对20kV、10kV混供区域新增客户供电电压等级的选择宜优先采用20kV。这是个长远且繁重的工作，其中包括相应设备的研发制造，运方和可靠性的变化转移，日常管理和规程的修改及完善等。从建设方面看，20kV电压等级变电站可以根据负荷情况建在负荷密度大的地区，很大程度上减少变电站的数量，大大减少了电网的投资建设，节约用地，因而在市区建变电站征地难的问题也有所缓解。从整个配网的运方看，目前20kV电压等级还算是试点，没有普遍推广，因此对于新建的20kV站如九乡河，还没有与其他站形成环网，一旦本站电源点失去后负荷得不到转移，那么安全供电就不能得到很好保证。总之，20kV电压等级在技术上是合理的，经济上是优越的，尽管从目前的10kV过渡到20kV是件比较困难的事，需要耗费人力物力财力和大量的时间，但是城镇电压配电网采用20kV电压等级是发展的必然趋势，势在必行。
参考文献：
[1] 钱宜均.《对城市中压配电电压选用20 kV等级的探讨》[J]，农村电气化2006,11:71-72.
[2] 陈珩.《电力系统稳态系统》[M] 中国电力出版社 1995.
[3] 张磊.《对城镇配电网采用20kV电压等级的探讨》[J] 农村电气化，2004,2:18-19.
[4] 姚春球.《发电厂电气部分》[M] 中国电力出版社 2006.
[5] 许嘉麟.《中性点接地方式的选择》[J] 贵州电力技术，2003,9:47-48.
作者简介：
黄锦辉(1983―)，男，肇庆供电局变电部继自专业2班班员，助理工程师，主要从事变电站继电保护及自动化系统工作。