一軸多線式堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究

苗培青

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

1 問題的提出

配電網(wǎng)直接面向用戶，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性和傳輸電能質(zhì)量非常重要。而受投資和重視程度影響，配電線路多由用戶發(fā)展順序搭接而成，是自然的而非規(guī)劃指導(dǎo)下形成，由于建設(shè)主體不同且所連接用戶容量不同造成線路線徑不同、資源利用不充分，因建設(shè)時(shí)間不同和投資效益影響難免造成線路迂回，主、支線不分，線損高，因線路資產(chǎn)單位不同給運(yùn)行維護(hù)與管理帶來困難，因缺少分段與拉手造成停電面擴(kuò)大、可靠性降低。兩網(wǎng)改造雖進(jìn)行了資產(chǎn)類整合與線路拉直與擴(kuò)徑增供式改造，也引進(jìn)和試點(diǎn)了配電自動(dòng)化，但因缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，問題未能得到根本解決。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用戶及負(fù)荷的增加，使固有問題再度發(fā)生。同時(shí)現(xiàn)代工業(yè)與社會(huì)對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量要求的提高，催生了堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)建設(shè)。

2 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)范圍

網(wǎng)絡(luò)問題是一個(gè)系統(tǒng)工程，解決10 kV配網(wǎng)問題不僅要考慮10 kV，還要對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)的配置與接線和下一級(jí)電網(wǎng)的供給方式做綜合考量。因此10 kV配網(wǎng)研究的范圍應(yīng)包括110（35）kV線路接線、110（35）kV變電站布點(diǎn)、10 kV配網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、400 V用戶接入方式等內(nèi)容。

2.2 110（35）kV線路接線形式

隨著輸電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)，打開了110 kV電網(wǎng)的電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成了較多使用的“三線兩站為主、兩線兩站為輔”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，此方式可較好地解決220 kV和110 kV電網(wǎng)的保護(hù)配合問題，特別是10 kV配網(wǎng)有源狀態(tài)時(shí)的保護(hù)配合。

2.3 110（35）kV變電站布點(diǎn)原則

變電站布點(diǎn)間距應(yīng)綜合考慮變電站供電范圍內(nèi)的負(fù)荷密度、電壓質(zhì)量、變電站配出線路數(shù)量及變電容量、供電區(qū)域特點(diǎn)等因素，實(shí)用中一般按《城市中低壓配電網(wǎng)改造技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，城區(qū)不超過2 km、農(nóng)村不超過5 km的單位圓布點(diǎn)，以滿足10 kV供電半徑不超標(biāo)。

2.4 10 kV配網(wǎng)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)原則。公用線路供電范圍明確、線間無交叉、線路無大分支線、線徑與供電區(qū)域飽和負(fù)荷密度相適應(yīng)；公用線路布置與城市建設(shè)相協(xié)調(diào)、便于運(yùn)行維護(hù)和事故處理；線路便于用戶業(yè)擴(kuò)發(fā)展和新布點(diǎn)變電站的配出改造分割。

配電線路接線設(shè)計(jì)。線路分公用線與專線，專線直供點(diǎn)負(fù)荷，公用線路布置形式兼顧城市大多以方格形道路為主的實(shí)際，采取“一軸多線”的接線方式，即：在布點(diǎn)變電站單位園內(nèi)取一順道路方便出線的徑向?yàn)檩S，沿此軸向安負(fù)荷矩及城市建設(shè)分區(qū)規(guī)劃情況分N-1份，在各分點(diǎn)垂直軸向配（射）出N條支線，變電站沿此軸向配出N條線路接入雙向配出的支線，使用戶就近接入。2 km單位圓供電的1軸多線的各線路的供電半徑分別長2 km、2+4/（N-1）km、2+2×4/（N-1）km、……，最長支線4 km。此布置形式是唯一無交叉、迂回的方式。一軸九線結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 “一軸九線”配網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

公用線路分段數(shù)設(shè)計(jì)。以有利于提高供電可靠性和方便配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、降低線損為主，一般采取雙向三分段三開關(guān)方式，分段點(diǎn)根據(jù)線上用戶數(shù)和用戶分布情況設(shè)計(jì)。

10 kV配電線間連線構(gòu)網(wǎng)設(shè)計(jì)。線間聯(lián)絡(luò)考慮配網(wǎng)本體可靠性大都在99%以上，需聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷次數(shù)不多，而常規(guī)轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間不超過4 h，本接線方式轉(zhuǎn)移負(fù)荷量為本線負(fù)荷量的1/2～1/4，當(dāng)線路按經(jīng)濟(jì)電流密度選型時(shí)不超過長期允許負(fù)荷，且接線復(fù)雜易造成施工困難、提升造價(jià)，反而使正常操作和事故恢復(fù)處理慢，鑒此以雙向雙聯(lián)絡(luò)單開關(guān)（兩兩拉手）為宜，不考慮多線聯(lián)絡(luò)；軸間聯(lián)絡(luò)是在新站初期負(fù)荷小、單變壓器時(shí)和負(fù)荷飽和期或變電站設(shè)備壽命后期，為保重要負(fù)荷可由軸向與相鄰站配電線路的軸向線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，形成軸向雙向雙聯(lián)絡(luò)單開關(guān)（也是兩兩拉手），此時(shí)最多可設(shè)計(jì)4個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)接帶站母線的專線用戶供電?！耙惠S九線”標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)架分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)配置方案見圖2。

圖2 “一軸九線”配網(wǎng)分段與聯(lián)絡(luò)開關(guān)配置方案

2.5 10 kV/400 V配變接入方式

采用所有配電負(fù)荷就近接入“一軸多線”主線的方式，實(shí)現(xiàn)無分支線的接線，引下線最長2/（N-1）+到T接點(diǎn)距離，即無轉(zhuǎn)接配變的分支線、只有自主線的10 kV下戶線。

2.6 配電網(wǎng)改造與發(fā)展預(yù)留

配電網(wǎng)雖電壓低但變化頻繁，用戶業(yè)擴(kuò)接入、經(jīng)濟(jì)發(fā)展致使變電站過負(fù)荷而增加布點(diǎn)、城市建設(shè)要求線路遷移等等都會(huì)對(duì)配網(wǎng)造成頻繁改造，建設(shè)的配網(wǎng)必須適應(yīng)這種變化，本接線對(duì)業(yè)擴(kuò)發(fā)展采用直接接入方式，對(duì)新布點(diǎn)站配出預(yù)設(shè)計(jì)采用軸向區(qū)域切入或線向分段切入方式可滿足要求，受篇幅限制不作詳述。

3 配網(wǎng)網(wǎng)架供電能力及負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力分析

3.1 供電能力評(píng)價(jià)

1）配電線路負(fù)載率

式中：K線路為某條線路的負(fù)載率；I實(shí)際為該條線路的運(yùn)行實(shí)際電流；I額定為該條線路的額定電流。

2）配電線路與配變傳輸容量比

式中：∑SN該為線路配變?nèi)萘恐停籌e為該線路額定電流；Kx-p為用戶配變?nèi)萘颗c線路傳載能力比。

Kx-p過大表示線路有可能過載，Kx-p過小表示線路冗余大，一般為2～3。

3）變電站容載比

式中：K變電為容載比；S最大為該變電站的最大負(fù)荷；Se∑為該變電站的主變?nèi)萘俊?/p>

容載比是反映城網(wǎng)供電能力的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。容載比過大，電網(wǎng)建設(shè)早期投資增大；容載比過小，電網(wǎng)適應(yīng)性差，影響供電。按《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，35～110 kV電網(wǎng)容載比一般為1.8～2.1，如所有變電站均為兩臺(tái)主變時(shí)，容載比可按K=2.45～2.76取值。

4）變配電容量傳輸比

式中：SNP為該站所有配電容量之和；SZb為該站主變?nèi)萘恐汀?K變-配為變配電容量傳輸比，K變-配過小表示新站投運(yùn)初期變電容量冗余大，K變-配過大表示變壓器過載。

3.2 轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力校驗(yàn)分析

1）配電線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力

式中：I額定為線路導(dǎo)線額定電流；I允許為線路導(dǎo)線最大允許電流；K線路為線路轉(zhuǎn)移負(fù)荷系數(shù)，K線路＞1表示線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移受限。

2）配電線路線段負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力

式中：I額定為線路導(dǎo)線額定電流；I允許為線路導(dǎo)線最大允許電流；K線段為線段轉(zhuǎn)移負(fù)荷系數(shù)，K線段＞1表示線路線段負(fù)荷轉(zhuǎn)移受限。

3）變電站單臺(tái)變失電校驗(yàn)

變電站單變失電一般在設(shè)計(jì)變電容量時(shí)考慮，僅當(dāng)另一臺(tái)變壓器能力受限時(shí)才校驗(yàn)，而如果（4）滿足要求則不需校驗(yàn)。

4）變電站失電校驗(yàn)

主要目的考察下一級(jí)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力，即當(dāng)整座變電站失電時(shí)，通過下一級(jí)網(wǎng)能轉(zhuǎn)帶的負(fù)荷的多少。此時(shí)相鄰線路按導(dǎo)線長期允許過流取代額定電流，軸向聯(lián)絡(luò)供母線轉(zhuǎn)供變電站點(diǎn)負(fù)荷，線向聯(lián)絡(luò)供公用線進(jìn)行具體校驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文分析了傳統(tǒng)配電網(wǎng)形成的機(jī)理與弊病，提出了適應(yīng)智能配網(wǎng)建設(shè)要求的一軸多線配網(wǎng)典型接線方式，該方式既滿足配電線路供電范圍清晰、線間不交叉、路經(jīng)最優(yōu)化，又規(guī)范了接線方式、分段和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的設(shè)置，還方便與城市建設(shè)匹配、便于實(shí)施操作，是一個(gè)較優(yōu)化、規(guī)范、統(tǒng)一、經(jīng)濟(jì)、可靠、易施行的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)智能配網(wǎng)自識(shí)別、自組織功能有很好的基礎(chǔ)，同時(shí)此典型結(jié)構(gòu)模式對(duì)側(cè)重配網(wǎng)發(fā)展也將起到積極的促進(jìn)作用。