深圳供电局有限公司 广东深圳 518000
摘要：2008年，在南方电网公司以及深圳市政府的高度重视和大力支持下，深圳供电局开展了深圳电网电压序列优化研究，以简化电压层级、加强电网结构、降低电网损耗以及节约土地资源，并选取了光明新区作为20kV配电网建设试点。截至目前，光明新区共建设了33回20kV线路（其中2回为用户专线），共建设了5座供20kV配电网的220kV变电站（其中1座为用户站）。本文将从20kV现状、运行经验、远景规划、纵差保护的应用和配电网升压改造策略等方面详细阐述，研究20kV电网在光明新区的应用。
关键词：20kV电网；配电网；纵差保护；升压改造
引言：2010年20kV电网在光明新区试点至今，由于其供电容量大、减少投资、节约土地、减少输送过程中导线上的电能损耗等优点，光明电网的规划建设取得了很大进展。然而，随之而来的绝缘等级要求高、电缆头施工工艺严格、高供电可靠性要求、设备的一次性投资大等问题也给建设、运行和维护带来了一定的挑战。
一、光明新区20kV现状
1、20kV设备负载率
截至目前，光明新区20kV网络供电的公用变电站共4座，共9台主变，总容量1680MVA。受部分220kV变电站需向110kV网络供电（育新站1#、2#主变电压序列为220/10kV，3#、4#主变电压序列为220/20kV，农园站为三圈变，电压序列为220/110/20kV，玉律站、机遇站为两圈变，电压序列为220/20kV）影响，变电站向20kV供电容量为1050MVA，实际供电能力945MVA。
3、20kV线路配变装接容量
在相同地区20kV线路与10kV线路负荷性质相类似，光明新区20kV线路最大安全电流与10kV相等，光明新区20kV线路装接配变容量适宜值应为10kV线路的2倍，即16000~24000kVA之间。小于4000kVA为装接容量偏小，4000~16000kVA之间表示线路装接容量有一定的裕度，16000~24000kVA之间表示线路装接容量较适宜，超过24000kVA装接容量偏高。光明新区20kV公用线路装接配变容量分布如下：
4、现状分析
（1）环网率低
20kV配电网环网率仅为53.33%，主要受电力通道影响，部分组网项目未能实施所致。
（2）容载比偏高
全区供20kV公用网络变电容量1050MVA，供20kV公用网络负荷为52.27MW，公用20kV上级电网容载比高达为20.09。
（3）变电站均轻载运行
供20kV网络的四座公用变电站均为轻载，主要原因为：
①20kV建设初期，总体负荷不高；
②缺乏20kV电缆沟，无法新出20kV线路。
（4）变电站间隔利用率偏低
全区共有20kV出线间隔135个，已用间隔55个，间隔利用率为40.74%，变电站间隔利用率偏低，主要原因为：
①主观原因：20kV网络在光明新区推行尚不足五年，仍处于发展初期，负荷需求总量不高；
②客观原因：光明新区20kV电缆通道基础薄弱，电缆沟资源有限，20kV网络无法布网。
二、运行经验
随着20kV电网在光明新区的逐步推广应用，20kV电网的优势也逐步显现。但随着近几年光明新区负荷急剧增长，电网在推进20kV电压等级的建设过程中，出现配电网线路重过载、网架结构薄弱、廊道资源不足、运维难度大等问题，对20kV电网规划建设产生了一定的影响。
配电网运行风险： 20kV出线受制于电缆走廊、青赔拆迁等因素进展缓慢，而光明电网负荷快速增长，造成45回10kV线路重过载情况严重，生产运行压力极大。
网架结构薄弱：由于20kV试点区域太广，配电网20kV线路构建联络难度较大，导致网络结构相对薄弱。
廊道资源的不足：由于20KV与10KV电缆存在差异，按照10kV电压等级建设的廊道难以满足20kV电网建设要求。
运维难度增加： 10kV电网与20kV电网相互叠加，线路交叉供电，导致同一个区域内不同用户采用不同的电压等级供电，增加了运行维护的难度；20KV电网与10kV电网相比，在电缆头制作、敷设难度等方面均较为复杂，导致20kV电网运维难度增加。
1、20kV电缆
以3×300mm2 电缆为例，在电缆质量方面，20KV电缆对比10KV电缆，具有直径大、质量重，造成装卸、运输难度加大等问题；在电缆头施工方面，由于20KV电缆硬度大以及环网柜柜体相对矮的客观因素影响，导致制作电缆头耗时较长；在敷设方面，由于20KV电缆直径大、重量重、硬度硬等特点，拐弯半径大，因此施工难度较大；在施工方面，中间井、直通井、转角井设计尺寸相应加大，特别是电缆井内空尺寸应加大，环网柜基础深度应加深，保护管应加大，统一环网柜、分支箱电缆进线柜、馈线柜尺寸、适当加大柜体内空间和高度。
2.、20kV共箱式环网柜与电缆连接的工艺改进
由于20kV电缆比同尺寸的10kV电缆直径更粗，重量更重，导致20kV环网柜的故障率更高，主要是套管烧坏放电和套管受损漏气。环网柜套管与20kV电缆的连接在运行中成为一个较大的薄弱环节，光明局对运行中发生的一次故障进行详细分析，找出了20kV电网运行中的一大共性问题。
2014年光明局曾经发生过一起由20kV环网柜引起的故障。故障发生后，深圳电力技术研究中心组织技术人员会同光明局技术人员对故障环网柜单元进行分析。对环网柜故障单元进行拆解，发现A、B相支柱绝缘子完好，C相已烧坏破损（如图4所示），并在C相绝缘子底部可见明显放电击穿痕迹。分离电缆绝缘子与电缆终端头后，电缆有明显下沉痕迹，证明施工质量不佳，制作抱箍未能紧固电缆或由于长期运行状态下受电动力影响抱箍逐渐松动，造成电缆长期有下沉趋势，对绝缘子产生拉力。对比三相电缆的下沉情况，C相最为严重，可见制作电缆终端头时可能存在施工工艺不佳造成C相电缆偏短。这使得C相支柱绝缘子长期受力底部产生裂纹，根部铜导体对金属法兰放电击穿。
分析故障原因为：
1、三芯电缆固定部位为外护套，各单相无法实现实质性固定。即使都连接好后，由于20kV电缆直径更粗、重量更重，电缆自身重力和外力摆动，都会使各单相外力矩传递至套管部分，导致套管烧坏放电、套管受损漏气。
2、由于三芯电缆安装过程中多数需要核对相序，在固定之前需要加以外力矩扭动，而在安装之后因扭动产生的内部应力会逐渐释放，产生恢复力矩并作用在套管上。
3、因环网柜电缆小室高度低，限制了电缆各相线芯的长度，对安装精度要求较高，据现场施工人员反映，一名具有经验的电缆头制作人员制作一个20kV电缆终端头需时约4小时。
4、一旦接线端子压接后则安装长度已经确定，且因电缆单相长度短，不能轻易加以弯曲以配合安装到位，如T型插头不能直接安装到位则必然会对电缆施以搬、拉、撬等大力动作加以调整，可能致使套管受损、接触不良等后果。
针对上述问题，从环网柜、安装工艺、环网柜土建基础等三个方面采取了一系列应对措施进行解决。
1.适当提高SF6共箱式环网柜电缆小室的高度
2. 加强对环网柜套管运行温度的监测。由于共箱式环网柜是全封闭的开关柜，在运行中不能打开，目前运行巡视中常用的红外测温设备，无法测量其接头的温度，可用手摸电缆小室前板，感知柜内温度，以便判断电缆T型连接头是否发热。
3. 电缆进入环网柜前先在电缆井处固定，即采用双固定方式。要求电缆采用双固定的方式(分段固定电缆外护套)，即在正常固定下端电缆井内加设一固定梁和固定支架，增加一固定位。
4.严格要求电缆分相处理的工艺。在进行电缆的分相处理时，要先用电缆卡箍固定电缆分支手套下端，然后修整电缆线芯的长度，B相对正B相套管，A、C相从根部先稍微向外弯曲，再向上垂直对正套管。
5.环网柜的土建基础。环网柜基础高出地面一般为300～500 mm，基础下的电缆井深度要做到800 mm以上，在现场条件许可时要达到1000 mm，这样可以保证电缆(特别是大截面电缆)从基础下进入环网柜时有足够的弯曲半径，能够垂直进入，减少应力。
三、纵差保护在20kV电网中的应用
为进一步提高供电可靠性， 2012年2月开展了20kV配电网采用断路器加光纤纵差保护合环运行的试点研究， 12月完成了《光明新区20千伏断路器加光纤纵差合环运行试点工程》施工图，目前项目正处于施工阶段。
由玉律站同一主变新出两回20千伏线路与育新站F41育华一线形成联络，并在玉律站新出两回线路的主干节点和联络断路器柜处配备光纤差动保护，本项目的实施主要为试点20kV配电网合环运行和纵差保护，可实现全部用户在N-1的情况下不间断供电，供电可靠性和自动化程度都很高，是国际上较为先进的配网接线、运行方式。本项目的实施将为光明新区配电网建设积累经验，同时也是深圳供电局努力打造国际先进供电企业的一项尝试。
根据光明新区各中压网格单位面积存量配变容量（X）和单位面积负荷增加量（N）分布情况，对各类型网格根据改造难易程度涂色区分，并将此作为规划期内网格升压过渡特征。绿色区域为20kV快速发展区（发展区），黄色区域为20kV和10kV长期混合供电区（混供区），红色区域为10kV平稳过渡至20kV供电区（平稳过渡区），各区域升压改造原则如下。
2、使用20/10kV联络变压器进行升压改造
在20kV配电网建设初期因电源点不足、20kV负荷需求较小、电力通道缺乏等问题，20kV配电网环网程度和有效联络程度不高，这种孤岛运行的配电网络难以抵抗故障冲击。为保证供电可靠性，需要通过建设20/10kV联络变压器将尚未成熟的20kV配电线路与周边原有的10kV线路进行有效联络。联络变压器的运行方式及功能主要是实现20kV与10kV线路的联络功能和为10kV负荷供电。最终因地制宜地将10kV配电网逐步改造为20kV供电，这样才能又快又好地推进20kV配电网络在全区全面推广建设。
五、结束语：
经过五年多试点工作，随着光明新区20kV电网的逐步推广应用，20kV电网的优势也逐步显现，政府的大力支持和客户对20kV电网的认知度和认可度逐步提高，提升了20kV电网建设可行性。光明局在五年中也积累了丰富的建设、运维等相关经验，积极解决运行中出现的各种问题，通过新技术的应用逐渐使20kV电网更加坚强。
论文作者:卢济周
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/21
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