浅析20kV在深圳地区的应用前景
浅析20kV在深圳地区的应用前景
蒋晓东
（深圳供电局有限公司 广东）
【摘要】本文在20kV 配电网在我国城乡电网的实际应用现状、
应用效果及存在问题的基础上，对20kV 配电网在深圳地区的应用
前景进行了简要的技术经济研究，证明了20kV 在深圳地区应用的
可行性和必要性。
【关键词】20kV 配电网；应用；技术经济
一、20kV 在我国城市电网的应用情况
江苏省20kV 电压等级最早在苏州工业园区实施，是中国与新
加坡合作的产物。1994 年，苏州工业园区根据园内负荷密度较高
的特点，经过论证决定在园区内采用20kV 电压等级，并最终于于
1996 年正式投入运行。
江苏省电力公司通过了2008 年20kV 配电电压项目的审查，
并分别于2007 年8 月、10 月正式发文要求全省13 个地区、14 处
区域全面试点推广20kV 配电电压等级，以期减少站点和线行，降
低电网建设难度，引导电力事业健康持续发展。
2007 年9 月9 日，国家发改委正式批准江苏省增设20kV 电压
等级销售电价。
二、中压配电网采用20kV 的优劣分析
1、20kV 相比10kV 的优势
根据国内外多年的研究和实践，与10kV 供电相比，采用20kV
供电在技术上具有以下优点：
（1）可以增加主变容量，提高变电站的供电能力；
（2）可以提高配电线路的送电能力，减少配电线路数量；
（3）增大中压线路的供电距离；
（4）提高中压电网的电压质量；
（5）降低中压电网的电能损耗；
（6）节约有色金属使用量；
（7）减少占地面积。
随着城市建设的发展，土地资源越来越紧张，城区内变电站建
设征地的困难已十分突出，因此当采用20kV 电压等级作为配电电
压时，一方面可减少上级变电站的个数和输电线路的回路数，另一
方面也可减少20kV 配电站和开闭站的个数以及20kV 配电线路的
回路数（与10kV 相比）。表1 是10kV、20kV 变电站的占地面积
对比表。
表1 110kV变电站占地面积对比
变电站类型容量（MVA） 占地面积（m2）
单位容量占地面积
（m2/MW）
220/110 3×240 8000
110/10kV 3×63 3000 13.750
110/20kV 3×80 3300 12.963
220/20 3×120 6000
从表1 中可以看出：110/20kV 变电站单位容量的占地面积比
110/10kV 变电站减少6.1%，而且110/20kV 的变电站单台容量可以
做到100MVA，此外还可以采用220/20kV，这样就会更加减少上
一级变电站的占地面积，这对于土地资源十分紧张的深圳地区而言
是十分重要的。
2、20kV 应用存在的困难
首先，目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，运行人
员基本已习惯了10kV 配电网的操作规程制度，20kV 电压等级的
操作和熟悉需要重新学习，达到熟练的程度也需要一个过程；其
次，由于目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，而增加采
用20kV 作为配电电压，在过渡期必将带来20kV 电网和10kV 电
网同时并存的问题，这将加大供电企业的运行维护负担；最后，采
用20kV 配电电压等级需要政策支持，主要是需国家相关部门尽快
确定20kV 的电价。
三、20kV 配电网经济性分析
1、经济比较方法简述
经济比较采用净值法。净值法适用于对项目决策的最后评估。
净现值（NPV）是指将投资项目在有效期内或寿命期内的净现金流
量按一定的折现率全部折算到零期的累计现值之和。如果净现值大
于零，说明该方案除能满足预定的收益率要求外，还有盈利，项目
在经济上是可行的。净现值越大，投资项目就越优；净现值小于零，
说明该方案达不到预定的收益率要求，有亏损，项目在济性上不可
行。其公式为：
（2-2）
式中：
CIt——第t 年现金流入量；
COt——第t 年现金流出量；
（CIt-COt）——第t 年净现金流量；
n——项目寿命期或有效期；
i——项目基准报酬率或折现率。
在应用净现值分析法进行分析评价项目方案的优劣时，采用的
标准是：当NPV ≥ 0 时，方案可行；当NPV<0 时，方案不可行。
对于多个互斥方案应该优选NPV 最大值者。
2、分析模型
在建立本经济分析模型时，根据上述分析作如下假设：
（1）变电站供电区域为圆形，变电站位于圆心，在供电半径R
的供电区域内，负荷密度为σ 且分布均匀；
（2）每种经济评价方法考虑两种线路方案：全电缆方案和架空
方案。
（3）各电压等级负荷功率因数取同一数值，在本模型中功率因
数取0.95 ；
（4）根据南方电网公司相关导则和实际使用现状，各种变电等
级的变压器单台容量按表2 选取。
表2 各种类型变电站单台容量取值列表
主变电压比（kV/kV） 单台主变容量（MVA）
220/110 240
220/35 150
220/20 120或100
110/35 120
110/20 100
110/10 63
35/10 31.5
35/0.4
20/0.4 0.8
10/0.4
（5）线路曲折系数根据深圳市试点区域实际参数计算所得，取
值为1.88（面积156.1km2，变电站座数为9，计算得到每座供电面
积17.34km2，一共1083km 线路，245 回，每回出线长度4.42km，
由此计算可得曲折系数为1.88）。
计算方法如下：
a）变电站供电范围计算
Skycosφ=πR2σ（附1-1）
式中：
S——变电站容量（MW）；
ky——变压器运行率；R 为供电半径（km）；
σ——负荷密度（MW/km2）；
cosφ——功率因数。
由（附1-1）可得变电站的供电半径
b）线路投资计算
Il=NoutL=NoutkqR（附1-3）
式中：
Il——线路投资；
Nout——出线回路数Nout=πR2σ/PL，PL 为每回线路所带的负荷
（MW）；
L——线路长度（km）；
kq——线路曲折系数，根据接线方式得出的理论数据并结合深
圳市实际参数计算得出。
c）变压器损耗计算
对于变压器而言，损耗主要是铁耗和铜耗。设变压器额定容量
为ST（kVA），运行率为ky，年最大负荷损耗时间为τ（h），空载
损耗为ΔPT0（kW），短路损耗为ΔPTk（kW），则变压器年电能损
耗ΔW（kWh）为：
（ 附 1-4）
式中：
kloss=[kCu（ky）2τ+8760kFe]——变压器等效损耗系数
ky——变压器运行率；
kFe、kCu——分别为变压器铁耗、铜耗折算系数；
τ——变压器年最大负荷损耗
时间（h）。
d）线路损耗计算
假定每回出线的供电范围为一
扇形，如附图1-1 所示，其圆心角
θ=2π/N110，半径为R，在距离变
电站x 处，导线电流应为：
（ kA）（附 1-5）
则在dx 线路长度上的电阻为 ，于是可以求出每回出线的
功率损耗为：
（ MW）（附1-6）
Nout 条出线一年线路的总损耗CL 为：
（ 附1-7）
式中：
SL——线路截面积（mm2）
kL——线路的负载（MW）
ρ——线路的电阻率（Ω•m）
J——电流密度
3、净现值法结果分析
（1）电缆线路净现值结果分析
六种方案的净现值及其对应的趋势图如附表1-7 和图2-6 所示。
图1-1 电缆线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）
从图1-1（具体数据参见附表1-7）可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，电缆线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最
优，220/35kV 方案次之，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方
案和220/110/10kV 方案在σ=32MW/km2 时有交点。
c）随着负荷密度的增加，220/20kV 方案与220/110/20kV 方案
相比，单位负荷的净现值增长比例在30% ～ 46% 之间，并且随着
负荷密度的增大净现值基数在不断增大，220/20kV 供电方案经济
性的优势会越来越明显。
d）城市高负荷密度地区常采用电缆线路，因此结果对高负荷
密度地区的电网建设具有实际指导作用。
（2）电缆线路净现值率结果分析
图1-2 电缆线路各方案的单位负荷净现值率趋势图
从图1-2（具体数据参见附表1-8）中可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，电缆线路各方案的净现值率呈增大的趋势；净现值率的变化
规律与净现值的变化规律基本一致。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最优，
其次是220/35kV 方案，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方案
和220/110/10kV 方案在σ=35MW/km2 时有交点。
c）当负荷密度增加时，220/20kV 方案净现值率的增长速度更快，
优势会更加明显。
（3）架空线路净现值法结果分析
图1-3 架空线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）
从图1-3 具体数据可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，架空线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势，这与电
缆线路是一致的。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案
最优，220/35/10kV 方案最差。在负荷密度在30 ～ 50MW/km2 时，
220/110/35kV 方案和220/110/10kV 有交点，但两者的净现值相差
不大。
c）低负荷密度区常采用架空线路，因此结果对低负荷密度地
区的电网建设具有实际指导作用。
d）与电缆线路相比，架空线路的单位负荷净现值比电缆线路
高出7% ～ 50%，这主要是因为电缆线路的造价比架空线路高出相
当多的结果。
（4）架空线路净现值率结果分析
从图2-9（具体数据参见附表1-10）中可以看出：在负荷密度
10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，各方案中220/20kV 的净现值率最高，
是最优方案。这一结果与前述净现值的结果是一致的。
四、小结
根据深圳试点地区的计算结果表明，在负荷密度较高的区
域实行20kV 是可行且经济上是具有一定优越性的，尤其是采用
220/20kV 方案后，相比常规方案经济效益更加明显。通过论述，
证明了20kV 是可以在深圳地区试行并推广的。
图2-9 架空线路各方案净现值率趋势图
蒋晓东
（深圳供电局有限公司 广东）
【摘要】本文在20kV 配电网在我国城乡电网的实际应用现状、
应用效果及存在问题的基础上，对20kV 配电网在深圳地区的应用
前景进行了简要的技术经济研究，证明了20kV 在深圳地区应用的
可行性和必要性。
【关键词】20kV 配电网；应用；技术经济
一、20kV 在我国城市电网的应用情况
江苏省20kV 电压等级最早在苏州工业园区实施，是中国与新
加坡合作的产物。1994 年，苏州工业园区根据园内负荷密度较高
的特点，经过论证决定在园区内采用20kV 电压等级，并最终于于
1996 年正式投入运行。
江苏省电力公司通过了2008 年20kV 配电电压项目的审查，
并分别于2007 年8 月、10 月正式发文要求全省13 个地区、14 处
区域全面试点推广20kV 配电电压等级，以期减少站点和线行，降
低电网建设难度，引导电力事业健康持续发展。
2007 年9 月9 日，国家发改委正式批准江苏省增设20kV 电压
等级销售电价。
二、中压配电网采用20kV 的优劣分析
1、20kV 相比10kV 的优势
根据国内外多年的研究和实践，与10kV 供电相比，采用20kV
供电在技术上具有以下优点：
（1）可以增加主变容量，提高变电站的供电能力；
（2）可以提高配电线路的送电能力，减少配电线路数量；
（3）增大中压线路的供电距离；
（4）提高中压电网的电压质量；
（5）降低中压电网的电能损耗；
（6）节约有色金属使用量；
（7）减少占地面积。
随着城市建设的发展，土地资源越来越紧张，城区内变电站建
设征地的困难已十分突出，因此当采用20kV 电压等级作为配电电
压时，一方面可减少上级变电站的个数和输电线路的回路数，另一
方面也可减少20kV 配电站和开闭站的个数以及20kV 配电线路的
回路数（与10kV 相比）。表1 是10kV、20kV 变电站的占地面积
对比表。
表1 110kV变电站占地面积对比
变电站类型容量（MVA） 占地面积（m2）
单位容量占地面积
（m2/MW）
220/110 3×240 8000
110/10kV 3×63 3000 13.750
110/20kV 3×80 3300 12.963
220/20 3×120 6000
从表1 中可以看出：110/20kV 变电站单位容量的占地面积比
110/10kV 变电站减少6.1%，而且110/20kV 的变电站单台容量可以
做到100MVA，此外还可以采用220/20kV，这样就会更加减少上
一级变电站的占地面积，这对于土地资源十分紧张的深圳地区而言
是十分重要的。
2、20kV 应用存在的困难
首先，目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，运行人
员基本已习惯了10kV 配电网的操作规程制度，20kV 电压等级的
操作和熟悉需要重新学习，达到熟练的程度也需要一个过程；其
次，由于目前我国大部分地区的中压配电电压为10kV，而增加采
用20kV 作为配电电压，在过渡期必将带来20kV 电网和10kV 电
网同时并存的问题，这将加大供电企业的运行维护负担；最后，采
用20kV 配电电压等级需要政策支持，主要是需国家相关部门尽快
确定20kV 的电价。
三、20kV 配电网经济性分析
1、经济比较方法简述
经济比较采用净值法。净值法适用于对项目决策的最后评估。
净现值（NPV）是指将投资项目在有效期内或寿命期内的净现金流
量按一定的折现率全部折算到零期的累计现值之和。如果净现值大
于零，说明该方案除能满足预定的收益率要求外，还有盈利，项目
在经济上是可行的。净现值越大，投资项目就越优；净现值小于零，
说明该方案达不到预定的收益率要求，有亏损，项目在济性上不可
行。其公式为：
（2-2）
式中：
CIt——第t 年现金流入量；
COt——第t 年现金流出量；
（CIt-COt）——第t 年净现金流量；
n——项目寿命期或有效期；
i——项目基准报酬率或折现率。
在应用净现值分析法进行分析评价项目方案的优劣时，采用的
标准是：当NPV ≥ 0 时，方案可行；当NPV<0 时，方案不可行。
对于多个互斥方案应该优选NPV 最大值者。
2、分析模型
在建立本经济分析模型时，根据上述分析作如下假设：
（1）变电站供电区域为圆形，变电站位于圆心，在供电半径R
的供电区域内，负荷密度为σ 且分布均匀；
（2）每种经济评价方法考虑两种线路方案：全电缆方案和架空
方案。
（3）各电压等级负荷功率因数取同一数值，在本模型中功率因
数取0.95 ；
（4）根据南方电网公司相关导则和实际使用现状，各种变电等
级的变压器单台容量按表2 选取。
表2 各种类型变电站单台容量取值列表
主变电压比（kV/kV） 单台主变容量（MVA）
220/110 240
220/35 150
220/20 120或100
110/35 120
110/20 100
110/10 63
35/10 31.5
35/0.4
20/0.4 0.8
10/0.4
（5）线路曲折系数根据深圳市试点区域实际参数计算所得，取
值为1.88（面积156.1km2，变电站座数为9，计算得到每座供电面
积17.34km2，一共1083km 线路，245 回，每回出线长度4.42km，
由此计算可得曲折系数为1.88）。
计算方法如下：
a）变电站供电范围计算
Skycosφ=πR2σ（附1-1）
式中：
S——变电站容量（MW）；
ky——变压器运行率；R 为供电半径（km）；
σ——负荷密度（MW/km2）；
cosφ——功率因数。
由（附1-1）可得变电站的供电半径
b）线路投资计算
Il=NoutL=NoutkqR（附1-3）
式中：
Il——线路投资；
Nout——出线回路数Nout=πR2σ/PL，PL 为每回线路所带的负荷
（MW）；
L——线路长度（km）；
kq——线路曲折系数，根据接线方式得出的理论数据并结合深
圳市实际参数计算得出。
c）变压器损耗计算
对于变压器而言，损耗主要是铁耗和铜耗。设变压器额定容量
为ST（kVA），运行率为ky，年最大负荷损耗时间为τ（h），空载
损耗为ΔPT0（kW），短路损耗为ΔPTk（kW），则变压器年电能损
耗ΔW（kWh）为：
（ 附 1-4）
式中：
kloss=[kCu（ky）2τ+8760kFe]——变压器等效损耗系数
ky——变压器运行率；
kFe、kCu——分别为变压器铁耗、铜耗折算系数；
τ——变压器年最大负荷损耗
时间（h）。
d）线路损耗计算
假定每回出线的供电范围为一
扇形，如附图1-1 所示，其圆心角
θ=2π/N110，半径为R，在距离变
电站x 处，导线电流应为：
（ kA）（附 1-5）
则在dx 线路长度上的电阻为 ，于是可以求出每回出线的
功率损耗为：
（ MW）（附1-6）
Nout 条出线一年线路的总损耗CL 为：
（ 附1-7）
式中：
SL——线路截面积（mm2）
kL——线路的负载（MW）
ρ——线路的电阻率（Ω•m）
J——电流密度
3、净现值法结果分析
（1）电缆线路净现值结果分析
六种方案的净现值及其对应的趋势图如附表1-7 和图2-6 所示。
图1-1 电缆线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）
从图1-1（具体数据参见附表1-7）可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，电缆线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最
优，220/35kV 方案次之，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方
案和220/110/10kV 方案在σ=32MW/km2 时有交点。
c）随着负荷密度的增加，220/20kV 方案与220/110/20kV 方案
相比，单位负荷的净现值增长比例在30% ～ 46% 之间，并且随着
负荷密度的增大净现值基数在不断增大，220/20kV 供电方案经济
性的优势会越来越明显。
d）城市高负荷密度地区常采用电缆线路，因此结果对高负荷
密度地区的电网建设具有实际指导作用。
（2）电缆线路净现值率结果分析
图1-2 电缆线路各方案的单位负荷净现值率趋势图
从图1-2（具体数据参见附表1-8）中可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，电缆线路各方案的净现值率呈增大的趋势；净现值率的变化
规律与净现值的变化规律基本一致。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案最优，
其次是220/35kV 方案，220/35/10kV 方案最差。220/110/35kV 方案
和220/110/10kV 方案在σ=35MW/km2 时有交点。
c）当负荷密度增加时，220/20kV 方案净现值率的增长速度更快，
优势会更加明显。
（3）架空线路净现值法结果分析
图1-3 架空线路各方案的单位负荷净现值趋势图（万元/MW）
从图1-3 具体数据可以看出：
a）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，随着负荷密度的
增大，架空线路各方案的单位负荷的净现值呈增大的趋势，这与电
缆线路是一致的。
b）在负荷密度10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，220/20kV 方案
最优，220/35/10kV 方案最差。在负荷密度在30 ～ 50MW/km2 时，
220/110/35kV 方案和220/110/10kV 有交点，但两者的净现值相差
不大。
c）低负荷密度区常采用架空线路，因此结果对低负荷密度地
区的电网建设具有实际指导作用。
d）与电缆线路相比，架空线路的单位负荷净现值比电缆线路
高出7% ～ 50%，这主要是因为电缆线路的造价比架空线路高出相
当多的结果。
（4）架空线路净现值率结果分析
从图2-9（具体数据参见附表1-10）中可以看出：在负荷密度
10 ≤ σ ≤ 60MW/km2 条件下，各方案中220/20kV 的净现值率最高，
是最优方案。这一结果与前述净现值的结果是一致的。
四、小结
根据深圳试点地区的计算结果表明，在负荷密度较高的区
域实行20kV 是可行且经济上是具有一定优越性的，尤其是采用
220/20kV 方案后，相比常规方案经济效益更加明显。通过论述，
证明了20kV 是可以在深圳地区试行并推广的。
图2-9 架空线路各方案净现值率趋势图
