摘要

我國目前的配電網(wǎng)系統(tǒng) 中壓主要以10kV為主，而以20kV為主的配電網(wǎng)系統(tǒng)在國外同樣也被廣泛采用；20kV配電網(wǎng)較10kV配電網(wǎng)具有供電容量大、輸送損耗和單位造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，因地制宜地發(fā)展20kV系統(tǒng)是配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢之一。本文就20kV配電線路設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要總結(jié)……

01

概述

配電網(wǎng)是指從電源側(cè)(輸電網(wǎng)、發(fā)電設(shè)施、分布式電源等)接受電能，并通過配電設(shè)施分配給各類用戶的電力網(wǎng)絡(luò)。曾經(jīng)，我國中壓配電網(wǎng)的電壓等級(jí)較多，如2kV、3kV、6kV、10kV、20kV等，直到上世紀(jì)末期考慮到供電容量、用電需求和簡化電網(wǎng)等級(jí)，逐步將中壓配電網(wǎng)電壓等級(jí)統(tǒng)一為以10kV為主的配電系統(tǒng)。

10kV配電網(wǎng)的采用及推廣對(duì)我國電網(wǎng)發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用，但隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力負(fù)荷密度逐漸增大，很多10kV中壓配電網(wǎng)供電的地區(qū)呈現(xiàn)出供電半徑過小、供電能力不足、電壓水平偏低、網(wǎng)損過大等諸多問題，解決這些問題的有效措施就是發(fā)展20kV中壓配電網(wǎng)。

20kV與10kV相比供電半徑與供電容量可增加一倍，電壓損失和線路損耗僅為10kV的25%，再者配電網(wǎng)的單位容量建設(shè)資金及維修費(fèi)用都可明顯降低，因地制宜地發(fā)展20kV系統(tǒng)是配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢之一。

02

國內(nèi)外20kV電網(wǎng)的使用現(xiàn)狀

20kV電壓等級(jí)在IEC(國際電工委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)中是作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓出現(xiàn)的。目前，國外發(fā)達(dá)國家中壓電網(wǎng)普遍采用20kV電壓等級(jí)。20kV電壓等級(jí)目前在美國、法國、英國、德國、意大利、加拿大、保加利亞、匈牙利等很多國家都得到了廣泛應(yīng)用，在亞洲和拉丁美洲的19個(gè)國家中有12個(gè)采用20kV電壓等級(jí)，如日本、韓國、新加坡、馬來西亞、泰國、柬埔寨、印度尼西亞、巴西、阿根廷等，俄羅斯諸多大城市的10kV配電網(wǎng)也逐步升壓改造為20kV。

我國早在1908年云南省石龍壩水電站(中國第一座水電站)至昆明20km長的輸電線路中采用的就是22kV。目前，20kV配電系統(tǒng)在我國也取得了一定發(fā)展，江蘇蘇州工業(yè)園區(qū)、如皋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、遼寧本溪南芬地區(qū)、云南獨(dú)龍江區(qū)域等電網(wǎng)均采用了20kV配網(wǎng)系統(tǒng)，此外，上海軌道交通、地鐵及輕軌，昆山南亞公司等也都采用了20kV配電系統(tǒng)。

江蘇、浙江、天津、廣東、云南等電網(wǎng)均在進(jìn)行20kV供電研究，20kV配電系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)程規(guī)范也在逐步得到補(bǔ)充完善。

03

對(duì)20kV線路設(shè)計(jì)知識(shí)的整理

3.1 20kV配電線路設(shè)計(jì)可參考的主要相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

20kV配電線路設(shè)計(jì)可參考的主要相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)如下表：

3.2 20kV配電線路設(shè)計(jì)主要內(nèi)容的腦圖

3.3 對(duì)20kV與10kV配電線路設(shè)計(jì)的對(duì)比

建設(shè)20kV配電線路一般有兩種方式：

①全新建設(shè)；

②把現(xiàn)有10kV線路改造成20kV線路。

在第二種方式中，正因?yàn)?/span>20kV線路與10kV線路的區(qū)別并不很大（造價(jià)差異也不大），由此具備了改造的基礎(chǔ)條件。以下具體來看一下兩者之異同：

（1）桿塔方案

20kV線路與10kV線路均采用以水泥桿為主，焊接塔、螺栓塔、鋼管桿等為輔的桿塔方案。我們知道，桿塔的選型主要取決于受力(強(qiáng)度)和間隙、對(duì)地對(duì)物距離(塔頭尺寸、桿塔高度)等要求，而20kV線路與10kV線路采用的導(dǎo)線基本相同(裸導(dǎo)線完全相同；絕緣導(dǎo)線僅絕緣層厚度不同：10kV為3.4mm、20kV為5.5mm)、導(dǎo)線的對(duì)地距離20kV僅比10kV大0.5m左右、導(dǎo)線橫擔(dān)長度20kV僅比10kV長0.1m左右、導(dǎo)線與接地體的最小間隙差異也不大(10kV為0.2m、20kV為0.4m)，因此，10kV線路的桿塔經(jīng)過校驗(yàn)合格(或經(jīng)簡單改造)后，基本上均可用于20kV線路。

（2）導(dǎo)線、絕緣子及金具設(shè)計(jì)的最小安全系數(shù)（兩者相同）

（3）線路檔距和最小線間距離

（4）多回路同桿架設(shè)線路橫擔(dān)間的最小垂直距離

（5）線路空氣間隙及絕緣距離

（6）導(dǎo)線對(duì)地、建構(gòu)筑物和樹木的允許最小距離

注：1.導(dǎo)線與建筑物間的最小距離和邊導(dǎo)線與建筑物間的最小距離分別指最大計(jì)算弧垂情況下的垂直距離和最大計(jì)算風(fēng)偏情況下的水平距離，邊導(dǎo)線與多層建筑或城市規(guī)劃線間的最小水平距離，以及邊導(dǎo)線與不在規(guī)劃范圍內(nèi)的城市建筑物間的最小距離。架空電力線路邊導(dǎo)線與不在規(guī)劃范圍內(nèi)的城市建筑物間的最小距離。在無風(fēng)偏情況下，不應(yīng)小于上表相應(yīng)規(guī)定數(shù)值的50%；

2.導(dǎo)線與樹木之間的最小距離應(yīng)考慮自然生長的高度。

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（7）架空配電線路與鐵路、道路、河流、管道、索道及各種架空線路交叉或接近的基本要求

20kV相關(guān)要求詳見《20kV配電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL 5449-2012)表4.3.7-2及3(P11)；10kV相關(guān)要求詳見《10kV及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL／T 5220-2005)表13.0.9(P28)。

（8）接地方面（兩者基本相同）

配網(wǎng)線路在多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)可架設(shè)地線(可采用單根)，10kV地線對(duì)邊相導(dǎo)線保護(hù)角不宜大于45°(25°≤20kV宜≤45°)，有地線的桿塔應(yīng)接地，工頻接地電阻應(yīng)滿足以下要求：

無地線的桿塔在居民區(qū)宜接地，金屬桿塔均應(yīng)接地，接地電阻不宜超過30Ω。

注：除多雷區(qū)外，瀝青路面上的架空線路的鋼筋混凝土桿塔和金屬桿塔，以及有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可不另設(shè)人工接地裝置。

（9）氣象重現(xiàn)期（兩者相同）

20kV線路及10kV線路設(shè)計(jì)的氣象重現(xiàn)期均應(yīng)取30年(DL/T 5220中6.0.2條風(fēng)速有10年之說，DL 5449、GB 51302、GB50061中均為30年，鑒于前者發(fā)布時(shí)間較早，宜統(tǒng)一為30年；風(fēng)速的基準(zhǔn)高度均為離地面10m)。

小結(jié)：現(xiàn)有的10kV線路大都采用桿長為12～18m的水泥桿，桿頂導(dǎo)線多呈“品”字排列，導(dǎo)線對(duì)地距離一般都會(huì)適當(dāng)留有裕度，改造為20kV時(shí)如局部交叉距離不夠，可采用加戴頂帽等方法解決；線距方面可采取更換橫擔(dān)（直線、耐張桿）或加裝瓷橫擔(dān)絕緣子（直線桿）、以及下移橫擔(dān)位置的方式來滿足其間隙距離要求。總的來說，20kV線路與10kV線路的設(shè)計(jì)方法基本相同，設(shè)計(jì)參數(shù)較為接近，故具備了由10kV線路升級(jí)改造為20kV線路的可能性。

04

某境外22kV線路設(shè)計(jì)案例

4.1 項(xiàng)目概況

某境外項(xiàng)目需從230kV變電站新建2回(一主一備)22kV線路至22kV用戶端變電站，用戶端采用電纜進(jìn)線，每回線路均需隨同敷設(shè)24芯通信光纜；設(shè)計(jì)覆冰厚度為0mm，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為27m/s，年平均雷暴日為80日，年平均氣溫29℃，年均降雨量約為1573mm；導(dǎo)線為JKLYJ-25/150鋁芯架空絕緣導(dǎo)線。

線路沿線海拔介于40～80m之間，地貌類型為沖洪積平原，地形平緩，地基巖土主要由粉質(zhì)黏土、黏土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖組成，地基承載力特征值fak=160kPa；地下水埋深0～4m不等，地震基本烈度為Ⅵ度。

4.2 設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）桿塔的選型

國內(nèi)江蘇20kV典設(shè)：單回路直線桿均采用普通非預(yù)應(yīng)力混凝土電桿;多回路直線桿、直線轉(zhuǎn)角桿、受力較小的耐張桿均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度電桿(SP系列);受力較大的耐張桿均采用鋼管桿。

國內(nèi)浙江20kV標(biāo)設(shè)：直線桿、直線轉(zhuǎn)角桿均采用“部分預(yù)應(yīng)力”混凝土桿(SP系列);單回路耐張桿采用混凝土桿,雙回路耐張桿采用鋼管桿。

國內(nèi)國網(wǎng)10kV典設(shè)：受力較小的桿（如單回路直線桿、部分單回路耐張桿）采用普通非預(yù)應(yīng)力（或部分預(yù)應(yīng)力）混凝土電桿；其余情況采用部分預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度電桿；受力特別大的直線及耐張桿均采用鋼管桿。

國內(nèi)云網(wǎng)10kV典設(shè)：采用以預(yù)應(yīng)力混凝土電桿為主，焊接塔等為輔的桿塔方案。

東南亞常見桿型：稍寬為200mm，錐度為140的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土方桿；受力較大時(shí)可采用多桿進(jìn)行組合。

結(jié)論：經(jīng)綜合考慮加工及采購的便利性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可靠性等多方面因素，本項(xiàng)目采用以國內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土錐形桿為主（盡量減少桿型；有條件的小轉(zhuǎn)角耐張桿不打拉線）、按實(shí)際條件設(shè)計(jì)鋼管桿（受力較大或桿高要求較高時(shí)）為輔的桿塔方案。水平檔距按60米左右、垂直檔距按80米左右考慮；桿高一般12～18米（鋼管桿可設(shè)計(jì)更高高度）。

（2）光纜方案

目前，國內(nèi)的20kV線路典設(shè)（如江蘇、浙江）均未考慮架設(shè)地線（包括國網(wǎng)及云網(wǎng)10kV典設(shè)也是按無地線設(shè)計(jì)的），結(jié)合本地區(qū)雷暴日數(shù)（江蘇年平均雷暴日約在25～38d之間；浙江在28～58d之間），根據(jù)需要加裝避雷器、采用過電壓保護(hù)器、安裝穿刺型防弧金具等防雷措施，故當(dāng)10kV線路需隨線敷設(shè)光纜時(shí)，一般采取在導(dǎo)線下方的桿身上懸掛普通光纜（如GYFTY）或ADSS自承式光纜的方案進(jìn)行解決。

（3）兩個(gè)距離的確定

① 本項(xiàng)目按兩個(gè)單回建設(shè)，為最大限度節(jié)約用地，在滿足相關(guān)要求的情況下宜盡量減小兩回線之間的距離。根據(jù)該國“電力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”：如果中壓線路需要架設(shè)在另外一條中壓線路附近或者跨越另外一條中壓線路，則兩條中壓線路之間的距離必須大于或者等于2.0米（如果一條為電纜，另一條為電纜或絕緣導(dǎo)線，則必須大于或等于0.5米）。

解析：本案的兩回線路均采用絕緣導(dǎo)線，在滿足規(guī)程且便于運(yùn)維的基礎(chǔ)上，兩回線路相近導(dǎo)線之間的距離在滿足線距的情況下按不小于1.0米進(jìn)行控制。

② 線路走向主要平行于該國某高速公路走線，需合理確定線路與高速路之間的距離（在確保安全、合規(guī)的前提下，宜盡量靠近，節(jié)約用地）。根據(jù)《中華人民共和國公路保護(hù)條例》：桿塔外緣至高速公路路基外緣的最小水平距離不應(yīng)低于30米；而在該國標(biāo)準(zhǔn)中并未查閱到相關(guān)規(guī)定。

解析：該國所謂的“高速公路”，實(shí)則路基寬度為12m的國內(nèi)二級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，可大致參考國內(nèi)省道的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，桿塔外緣至高速公路路基外緣的最小水平距離以10～15米進(jìn)行控制，且需滿足倒桿的距離要求。

（4）絕緣配置

直線桿、直線轉(zhuǎn)角桿、耐張桿的跳線均選用柱式瓷絕緣子（PS-170/12.5），耐張桿絕緣子配置3片瓷質(zhì)懸式絕緣子(XP-70)成串使用。如有需要，柱式瓷絕緣子可加裝放電間隙(即采用防雷柱式瓷絕緣子)以釋放雷電流，有效保護(hù)絕緣導(dǎo)線。

（5）電纜與架空線連接處裝設(shè)避雷器

電纜線路與架空線相連的一端應(yīng)裝設(shè)避雷器，應(yīng)選用無間隙金屬氧化物避雷器。本案選用YH5WZ-34/85電站型有機(jī)復(fù)合外套無間隙金屬氧化物避雷器（標(biāo)稱放電電流為5kA；額定電壓為34kV；標(biāo)稱放電電流下的殘值85kV），通過底部螺栓豎立固定安裝在鋼管桿橫擔(dān)上。

（6）電纜導(dǎo)體的相電壓

20kV電纜纜芯與絕緣屏蔽或金屬套之間的額定電壓應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式確定，當(dāng)系統(tǒng)中性點(diǎn)采用低電阻接地方式、單相接地故障切除時(shí)間不超過1min時(shí)，宜采用12/20kV；當(dāng)采用經(jīng)消弧線圈接地方式、單相接地故障不超過lh～2h，電纜額定電壓宜符合133%使用回路工作相電壓的要求；當(dāng)單相接地故障可能持續(xù)8h以上，或安全性要求較高時(shí)，電纜額定電壓可選擇符合173%使用回路工作相電壓，可采用18/30kV的電纜（引自DL 5449 4.2.2條）。

結(jié)論：本案中，系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地方式，且對(duì)供電的安全性要求較高，根據(jù)DL 5449 4.2.2條條文說明，選用ZA-YJV22-18/30kV-3×185mm2A級(jí)阻燃型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鋼帶鎧裝三芯電力電纜。

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（7）基礎(chǔ)方案

該20kV線路主要為單回路架空架設(shè)，桿塔以水泥桿為主、鋼管桿為輔，地基承載力為160kPa、地下水位0～-4m，地震烈度為Ⅵ度。一般荷載條件下，水泥桿按桿長的1/6進(jìn)行埋深即可，當(dāng)荷載較大時(shí)，可增加底盤、卡盤甚至采用套筒基礎(chǔ)；鋼管桿根據(jù)具體實(shí)際情況可采用臺(tái)階式基礎(chǔ)、灌注樁基礎(chǔ)。

小結(jié)：境外項(xiàng)目一般需在遵循所在國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、尊重當(dāng)?shù)仫L(fēng)土習(xí)慣的基礎(chǔ)上，通過與國內(nèi)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，最終確定出一個(gè)符合當(dāng)?shù)氐赜蛱厣侠砗弦?guī)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)方案。

05

結(jié) 語

20kV配電網(wǎng)在國外被廣泛采用，而我國目前采用的是以10kV為主的配電網(wǎng)；由于20kV較10kV具有供電容量大、輸送損耗和單位造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)國內(nèi)在具備條件的區(qū)域(或用戶)也成功建設(shè)了多個(gè)20kV配電網(wǎng)，國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)已日趨完善，我國具備逐步推進(jìn)20kV配網(wǎng)系統(tǒng)的條件。

就當(dāng)下我國的國情來看，在工業(yè)化、城市化進(jìn)程中，宜按因地制宜的原則發(fā)展20kV配電網(wǎng)，即在新建及改造配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要以取得綜合效益為目標(biāo)，在確保與已有配電系統(tǒng)達(dá)到良好匹配的基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)地有序推進(jìn)，建設(shè)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的智能化配電網(wǎng)。

20kV線路與10kV線路的設(shè)計(jì)方法基本相同，設(shè)計(jì)參數(shù)也較為接近（即使境外項(xiàng)目與國內(nèi)項(xiàng)目相比也大同小異），總體而言，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)項(xiàng)目各要素全面系統(tǒng)把握下的精益化呈現(xiàn)。

本文重點(diǎn)對(duì)20kV配電線路設(shè)計(jì)方面的知識(shí)進(jìn)行了梳理，以方便應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目，歸納較為淺薄，更多的保藏還有待于進(jìn)一步深入挖掘——面對(duì)專業(yè)匠?的星辰大海，我們時(shí)常抬頭望著月亮，但或許卻長期徘徊于六便士的街上；前路漫漫，我輩需躬身力行、加倍努力！加油！

參考的主要標(biāo)準(zhǔn)

【1】20kV配電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(DL 5449-2012)；

?【2】20kV輸配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(Q/CSG 10701-2008)；

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?【15】20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50053-2013)；

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?【10】配圖主要來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，在此表示誠摯的謝意。