法國配電網(wǎng)及其規(guī)劃管理淺析

崔凱，李敬如，趙娟

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院，北京市 100052)

0 引言

法國是世界主要發(fā)達(dá)國家之一，國內(nèi)生產(chǎn)總值居世界前列，人均GDP超過4萬美元［1］。自2000年7月開始，法國實施電力工業(yè)改革，目前已實現(xiàn)廠網(wǎng)分開、輸配分開和配售分開，輸電和配電實行監(jiān)管，發(fā)電和售電開放競爭［2-3］。

法國配電網(wǎng)主要由法國配電公司(ERDF)負(fù)責(zé)運營。此外，全國還有157個小型地方配電公司。ERDF與法國輸電公司(RTE)同為法國電力集團(EDF)的全資子公司，二者經(jīng)營范圍以50 kV電壓等級為界。50 kV以上屬于 RTE，包括400、225、90、63 kV;50 kV 以下屬于ERDF，包括20 kV(中壓)、400/230 V(低壓)以及正在淘汰的15 kV。在人口密度較低地區(qū)，配電網(wǎng)依靠63 kV供電;在人口密度較高地區(qū)，225 kV電網(wǎng)盡量靠近負(fù)荷中心，直接通過225/20 kV輸出中壓［4］。

截止2011年底［5］，ERDF共有各類變電站2200座、變壓器4500臺，其中225/20 kV變壓器400臺;20 kV線路59.3萬km，其中架空線占62%，地下電纜占38%;20 kV電纜線路開關(guān)84.6萬個，其中遙控開關(guān)6.6萬個;20 kV架空線路開關(guān)17.7萬個，其中遙控開關(guān)1.8萬個;20 kV配變72.7萬臺，其中柱上變34.5萬臺;400 V線路66.4萬km，其中地下電纜占35%、架空絕緣線占48%、裸導(dǎo)線占17%。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃管理模式

ERDF組織架構(gòu)分為3級，包括總部、8個大區(qū)(IRD)和23個地方單位(DR)。每個大區(qū)管轄2～3個地方單位。大區(qū)下設(shè)電力研究院，全國共有22個。每個地方單位下設(shè)1～2個調(diào)度中心(RCA)、3～5個運行機構(gòu)(OA)和1個事故應(yīng)急中心(RCC)。ERDF組織架構(gòu)詳細(xì)情況如圖1所示。

ERDF配電網(wǎng)規(guī)劃采取“兩級管理、三級參與”的工作模式，各層級職責(zé)分工如下:

(1)總部層面負(fù)責(zé)把握配電網(wǎng)規(guī)劃的總體原則、技術(shù)路線、電網(wǎng)發(fā)展方向、投資管控重點，研究規(guī)劃方法和工具。

(2)大區(qū)層面負(fù)責(zé)組織編制并審定地方電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)加強工程和用戶接入。其中，電網(wǎng)部負(fù)責(zé)確定區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展方向和建設(shè)重點，審查電力研究院完成的規(guī)劃報告和工程設(shè)計方案，對項目投資進行優(yōu)化;電力研究院在電網(wǎng)部的指導(dǎo)下，具體從事配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計和研究工作，以及電網(wǎng)加強工程和用戶接入的設(shè)計工作。

圖1 ERDF組織架構(gòu)示意圖Fig.1 Organization structure of ERDF

(3)地方單位負(fù)責(zé)為大區(qū)公司提供運行中發(fā)現(xiàn)的問題，協(xié)助現(xiàn)狀診斷，按分配的投資對項目進行優(yōu)選。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃編制

2.1 編制年限

ERDF配電網(wǎng)規(guī)劃分為30年長期規(guī)劃和10年中期規(guī)劃，每5年滾動修編1次。30年電網(wǎng)規(guī)劃不考慮投資，僅從技術(shù)上規(guī)劃理想的目標(biāo)電網(wǎng)，目的是確定電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略。10年中期電網(wǎng)規(guī)劃建立在30年長期規(guī)劃目標(biāo)下，具體到每個工程進行技術(shù)經(jīng)濟分析，對多個解決方案通過對比投資收益率選擇最優(yōu)。

2.2 編制流程

ERDF配電網(wǎng)規(guī)劃重視解決現(xiàn)狀問題，并考慮電網(wǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展需求，一般分為5個步驟:(1)根據(jù)電網(wǎng)總量，細(xì)分規(guī)劃區(qū)域，一般每個規(guī)劃單元含3～6座變電站;(2)將已確定的、列入計劃的工程加入現(xiàn)狀電網(wǎng)，對形成的電網(wǎng)初始狀態(tài)進行分析，并開展負(fù)荷預(yù)測工作;(3)建立30年長期目標(biāo);(4)確定電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，通過戰(zhàn)略方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，明確中期理論目標(biāo);(5)從理論目標(biāo)過渡到10年實用目標(biāo)，并評估10年規(guī)劃的供電質(zhì)量水平。

按照上述步驟，全國22個電力研究院分別編制完成配電網(wǎng)規(guī)劃后，由各大區(qū)向總部上報規(guī)劃投資。總部層面負(fù)責(zé)確定全國配電網(wǎng)總投資，并對各大區(qū)進行綜合平衡。ERDF不開展全國性的配電網(wǎng)規(guī)劃。

3 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)選擇

3.1 供電安全標(biāo)準(zhǔn)

ERDF制定網(wǎng)絡(luò)方案時考慮不同時期、不同地區(qū)對配電網(wǎng)的具體要求，不機械地追求電網(wǎng)層層滿足“N －1”［6］，供電安全標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 供電安全標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Power supply safety standard

按照供電安全標(biāo)準(zhǔn)，法國對輸電線路和主變要求滿足“N－1”，但當(dāng)特殊時期(如變電站建設(shè)初期)和特殊地區(qū)(如首都巴黎)依靠輸電網(wǎng)自身不能滿足時，可通過中壓線路轉(zhuǎn)供實現(xiàn)供電可靠性要求。

3.2 中壓配電網(wǎng)

ERDF中壓配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)不多，大致分為“雙T”結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和放射結(jié)構(gòu)3種［3］。

(1)“雙T”結(jié)構(gòu)。用于負(fù)荷密度較大的重點城市，中壓主干線采用雙環(huán)及多環(huán)結(jié)構(gòu)，配變“雙T”接入，如圖2所示。

圖2 “雙T”結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)Fig.2 Distribution network with double‘T’structure

(2)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。適用于中等負(fù)荷密度城市，中壓主干線采用單環(huán)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，配變破口接入，如圖3所示。

圖3 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)配電網(wǎng)Fig.3 Distribution network with chain structure

(3)放射結(jié)構(gòu)。適用于農(nóng)村地區(qū)，中壓主干線采用單環(huán)結(jié)構(gòu)，配變“單T”接入樹枝狀支線，主干線一般采用電纜，支線采用架空線，如圖4所示。

圖4 放射結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)Fig.4 Distribution network with radiation structure

3.3 低壓配電網(wǎng)

ERDF低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為樹枝狀［7］，依據(jù)道路系統(tǒng)和負(fù)荷密度而建。在低壓配電網(wǎng)發(fā)展的早期，巴黎曾通過熔絲互聯(lián)，但從1998年開始逐步打開。低壓配電網(wǎng)發(fā)展趨勢是越簡單越好，連接點越少越好，因為連接點往往是故障的滋生點。統(tǒng)計顯示，配電網(wǎng)故障多發(fā)生在中壓，若采用低壓互聯(lián)方式，不僅帶來設(shè)備長期閑置，而且還需定期維護更換，增加了運維成本。

4 配電設(shè)備選型

4.1 配電變壓器

在城市及城鎮(zhèn)地區(qū)，配電變壓器的容量選擇范圍為250 ～1000kVA(250，400，630，1000kVA)，在農(nóng)村地區(qū)為 50 ～ 630 kVA(50，100，160，250，400，630 kVA)。

法國對于非晶合金變壓器尚未進行推廣應(yīng)用，但已開展對中國和日本應(yīng)用情況的調(diào)查，目前正處在研究試驗階段。

4.2 中壓線路

4.2.1 電纜線路

中壓埋地電纜包括鋁95 mm2、鋁150 mm2、鋁240 mm2、銅 240 mm2這 4 種。鋁 150 mm2、鋁240 mm2電纜用于主干線。鋁95 mm2電纜保留在現(xiàn)有放射線路中，以后不再發(fā)展。銅240 mm2電纜僅應(yīng)用于變電站直接出線等少數(shù)場合。

中壓電纜都是單相電纜。電纜線路的供電容量一般按照6000kVA配置，最大不超過12000kVA。主干電纜的載流量一般按400 A考慮，在使用2根電纜并聯(lián)時，可按630 A考慮載流量。分支電纜的載流量一般按250 A考慮。

4.2.2 架空線路

法國中壓架空線路基本為裸導(dǎo)線，一般選擇鋁絞線，在覆冰地區(qū)選擇鋼芯鋁絞線。中壓主干架空線路導(dǎo)線截面一般為148 mm2，分支線路導(dǎo)線截面一般為75，54 mm2。

中壓主干架空線路的載流量一般按400 A考慮，分支架空線路的載流量一般按100 A考慮。

4.2.3 低壓線路

法國低壓埋地電纜包括鋁240 mm2、鋁150 mm2、鋁95 mm2這3種。低壓電纜最大負(fù)載電流按400 A考慮，低壓接線箱電纜按400 A或250 A考慮。

法國低壓架空線路一般采用絕緣鋁導(dǎo)線，導(dǎo)線截面有70，150 mm2。架空線路最大負(fù)載電流按250 A考慮。

4.3 開關(guān)

中壓開關(guān)的設(shè)置原則是每800 kW負(fù)荷點安裝1臺遠(yuǎn)程控制開關(guān)，遠(yuǎn)控開關(guān)裝在主干線上，平均占到整條線路總開關(guān)數(shù)的1/5～1/4。其他開關(guān)都是手動控制開關(guān)。中壓開關(guān)僅在變電站出口線路上使用斷路器，其他均為負(fù)荷開關(guān)。在配電站內(nèi)部，中壓開關(guān)的額定電流一般選擇400 A，開關(guān)的絕緣方式有真空、SF6等。

低壓饋線開關(guān)的額定電流一般選擇250 A。低壓主進線側(cè)為負(fù)荷開關(guān)，低壓出線側(cè)均為熔絲。

5 分布式電源接入

法國分布式電源主要有生物質(zhì)能發(fā)電、余熱發(fā)電、垃圾發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電等。其中，發(fā)展較快的是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電。

5.1 接入容量

根據(jù)ERDF的有關(guān)研究，分布式電源允許接入電網(wǎng)的最大容量主要取決于地區(qū)電源結(jié)構(gòu)及其調(diào)峰能力。法國核電、水電裝機容量分別占總裝機容量的50%和20%，法國電網(wǎng)目前有能力接受更多的分布式電源，但推薦最多不宜超過總裝機容量的30%。

5.2 接入電壓等級

按照法國的規(guī)定，250 kW以下的分布式電源接入低壓配電網(wǎng)，大于250 kW且小于12 MW的分布式電源接入中壓配電網(wǎng)［8］。中壓配電網(wǎng)如不能消納，在滿足電流、電壓和功率不越限情況下，允許經(jīng)主變向上送電，但上送容量在低谷時段不能超過主變?nèi)萘?。法國分布式電源一般都小?2 MW，光伏發(fā)電基本接在低壓配電網(wǎng)，風(fēng)電大部分接在中壓配電網(wǎng)。

5.3 接入電網(wǎng)方式

分布式電源接入變電站還是接入線路，要經(jīng)過計算確定。以盡量就近、簡單為原則，計算內(nèi)容包括分布式電源接入后的最大電流、最大短路電流、電壓幅值、諧波等。如滿足要求，則可直接從線路接入，否則根據(jù)情況選擇接入變電站。接入時一方面考慮供電安全性，另一方面考慮對附近電網(wǎng)的影響。

5.4 接入電網(wǎng)投資

分布式電源接入電網(wǎng)費用由發(fā)電商承擔(dān)。作為政策導(dǎo)向，此規(guī)定旨在引導(dǎo)發(fā)電商選擇經(jīng)濟的接入方案，使電網(wǎng)發(fā)展科學(xué)、合理。

6 配電網(wǎng)供電可靠性

6.1 供電可靠性指標(biāo)

法國配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)分為低壓用戶供電可靠性指標(biāo)B和中壓用戶供電可靠性指標(biāo)M［9］。由于指標(biāo)M已經(jīng)廢除，指標(biāo)B在供電質(zhì)量管理中占據(jù)十分重要地位，其計算公式如下:

計算指標(biāo)B時，不考慮電源供電不足、輸電網(wǎng)造成停電、極端惡劣天氣造成停電、計劃停電以及低于3 min 的短時停電等因素［10］。

ERDF的指標(biāo)B經(jīng)歷了從1988年的3 h 40 min到1995年的1 h 17 min，到2002年降為57 min的變化。近年來隨著設(shè)備的老化，設(shè)備故障率有所提高，低壓用戶停電時間呈增加趨勢。ERDF公司根據(jù)設(shè)備故障情況，對達(dá)到運行年限的設(shè)備逐步開展升級改造，通過增大投資力度、加強電網(wǎng)建設(shè)改造等手段，到2010年低壓用戶停電時間穩(wěn)定至85 min，2011年進一步降低至73 min，其中小巴黎為15 min，整個巴黎地區(qū)為35 min。

6.2 供電可靠性監(jiān)管

2000年以前，供電可靠性目標(biāo)由EDF和政府部門協(xié)商制定。2000年以后，法國開放電力市場，形成競爭機制，供電可靠性目標(biāo)由各級政府職能部門以法律、法規(guī)形式實行監(jiān)管。在國家層面，政府與ERDF簽署了公共服務(wù)合同，要求遇到極端惡劣天氣時90%用戶恢復(fù)供電時間不能超過5天;同時按照質(zhì)量激勵規(guī)定TURP3，法國能監(jiān)會從2009年開始執(zhí)行獎懲機制。地方供電可靠性監(jiān)管工作由法國各省分別負(fù)責(zé)，考核標(biāo)準(zhǔn)是停電次數(shù)和時長超出標(biāo)準(zhǔn)的用戶比例不超過5%，地方政府依此對ERDF進行獎勵或罰款。

7 結(jié)語

ERDF是法國乃至歐洲配電領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，經(jīng)過長期的工作實踐，在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計等方面積累了豐富的經(jīng)驗。研究借鑒法國配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的先進理念，結(jié)合我國的國情進一步消化吸收，對提高我國配電網(wǎng)建設(shè)水平，加快改變配電網(wǎng)發(fā)展滯后局面具有重要意義。

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