同步城市發(fā)展的電網(wǎng)布局規(guī)劃

秦茹靜

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

同步城市發(fā)展的電網(wǎng)布局規(guī)劃

秦茹靜

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

總結(jié)了適應(yīng)城市發(fā)展的各電壓等級(jí)電網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的過渡方案，在規(guī)劃階段確保電網(wǎng)建設(shè)方案能夠靈活過渡到目標(biāo)電網(wǎng)。同時(shí)給出了適用于城市分區(qū)控制規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)出片區(qū)負(fù)荷的數(shù)量和位置。

電網(wǎng)規(guī)劃；負(fù)荷預(yù)測(cè)；同步城市發(fā)展

0 前言

城市的發(fā)展和規(guī)劃要求應(yīng)有與之相配套的城市電網(wǎng)支持[1]，而城市電網(wǎng)建設(shè)也需要城市規(guī)劃為其安排必要的變配電設(shè)施和供配線路的用地空間。土地資源的緊缺導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)的難度越來越大，變電站布點(diǎn)、電力通道建設(shè)將越來越困難。電網(wǎng)規(guī)劃和市政規(guī)劃需協(xié)調(diào)同步[2]。與城市發(fā)展同步的電網(wǎng)應(yīng)滿足如下要求[3]：

1)提高電網(wǎng)供電能力，與負(fù)荷增長(zhǎng)同步并適度超前，具備向各級(jí)用戶供電的能力，滿足各類用戶負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；

2)提高供電可靠性，滿足日益增長(zhǎng)的安全可靠供電的要求；

3)環(huán)境友好，資源節(jié)約，集約發(fā)展，降低網(wǎng)損，減少占地；

4)合理安排建設(shè)資金和建設(shè)時(shí)間；

5)提高電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性、前瞻性、可操作性和靈活性；

6)爭(zhēng)取政策支持，建立電網(wǎng)建設(shè)綠色通道。

7)本論文重點(diǎn)闡述與城市發(fā)展同步的各電壓等級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容。

1 負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究

電網(wǎng)的供電能力要與負(fù)荷增長(zhǎng)同步并適度超前，具備向各級(jí)用戶供電的能力，滿足各類用戶負(fù)荷增長(zhǎng)的需要。因此，科學(xué)合理的負(fù)荷預(yù)測(cè)是關(guān)鍵。準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng)的數(shù)量、位置和時(shí)間是合理安排建設(shè)資金和建設(shè)時(shí)間的重要因素。為提供負(fù)荷預(yù)測(cè)增長(zhǎng)位置的信息，需要對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)域在空間上進(jìn)行分區(qū)。

1.1 負(fù)荷的分區(qū)模型

根據(jù)規(guī)劃目的和范圍的不同，負(fù)荷預(yù)測(cè)分為規(guī)劃分區(qū)、功能分區(qū)、街區(qū)三個(gè)層次進(jìn)行。

將規(guī)劃范圍分為若干規(guī)劃分區(qū)，每個(gè)規(guī)劃分區(qū)細(xì)分為若干功能分區(qū)，功能分區(qū)分為若干街區(qū)。分區(qū)間的包含關(guān)系，規(guī)劃分區(qū)由功能分區(qū)組成，功能分區(qū)由若干街區(qū)組成，如圖1；空間劃分與層次負(fù)荷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示：

圖1 分區(qū)劃分的包含關(guān)系

圖2 空間劃分與層次負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系

從負(fù)荷預(yù)測(cè)角度，街區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)上是配變負(fù)荷的預(yù)測(cè)；功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)上是饋線負(fù)荷的預(yù)測(cè)；規(guī)劃分區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)上是變電站負(fù)荷的預(yù)測(cè)。

從電網(wǎng)規(guī)劃角度，配變的臺(tái)數(shù)及容量取決于街區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果；饋線的條數(shù)、中壓配網(wǎng)結(jié)構(gòu)取決于功能分區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果；變電站的臺(tái)數(shù)、容量取決于規(guī)劃分區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。

1.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)的層次模型

由于負(fù)荷曲線的疊加特性，規(guī)劃分區(qū)的最大負(fù)荷不是所屬功能分區(qū)最大負(fù)荷之和，需考慮同時(shí)率；功能分區(qū)的最大負(fù)荷不是所屬街區(qū)最大負(fù)荷之和，需考慮同時(shí)率。街區(qū)的最大負(fù)荷不是建筑電氣負(fù)荷預(yù)測(cè)值的簡(jiǎn)單疊加，需同時(shí)考慮需用系數(shù)和同時(shí)率系數(shù)。負(fù)荷預(yù)測(cè)層次模型的提出是為了解決不同分區(qū)間負(fù)荷預(yù)測(cè)值疊加時(shí)同時(shí)率參數(shù)的選取[7]。

如圖3所示，配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷分為：變電站負(fù)荷、饋線負(fù)荷、低壓線負(fù)荷和進(jìn)戶線負(fù)荷。

圖3 住宅小區(qū)配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

圖4 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的層次結(jié)構(gòu)和同時(shí)率關(guān)系圖

由圖4可以看出，層次負(fù)荷間上下層之間存在著同時(shí)率的關(guān)系，從而得到層次負(fù)荷之間的相互關(guān)系模型。變電站間的負(fù)荷考慮同時(shí)率后的最大負(fù)荷為片區(qū)負(fù)荷。

2 500 kV電網(wǎng)布局研究

環(huán)型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)為城市500 kV電網(wǎng)普遍采用的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式，有其合理性和必然性。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是環(huán)網(wǎng)上變電站間相互支援能力強(qiáng)，便于從多個(gè)方向受入電力，便于采取解環(huán)或擴(kuò)大環(huán)網(wǎng)的方式調(diào)整結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是線路短、相互支援能力更強(qiáng)、網(wǎng)架堅(jiān)固，便于多點(diǎn)受入電力，便于擴(kuò)大電網(wǎng)或通過解開聯(lián)絡(luò)線的方式調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是短路電流難以控制，難以通過采取解列電網(wǎng)的措施控制事故范圍。

500 kV電網(wǎng)的目標(biāo)網(wǎng)架宜根據(jù)城市的地理環(huán)境、土地性質(zhì)，結(jié)合電廠的布點(diǎn)，在城市外圍最終形成雙環(huán)網(wǎng)或C型 (U型)環(huán)網(wǎng)的大框架。在條件不具備的城市，可將形成網(wǎng)架的范圍往外擴(kuò)展，與臨近地區(qū)的變電站或電廠形成雙環(huán)網(wǎng)或C型 (U型)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)要控制接入雙環(huán)網(wǎng)主網(wǎng)架的變電站數(shù)量，條件具備時(shí)，新建的變電站應(yīng)盡量按終端變電站考慮。500 kV電網(wǎng)建設(shè)的過渡期間，可以考慮建成不完全雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)、C型或U型環(huán)網(wǎng)，當(dāng)條件成熟時(shí)，逐步完善網(wǎng)架成為雙環(huán)網(wǎng)，提高供電可靠性和電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。

環(huán)型結(jié)構(gòu)在形態(tài)上可分為單環(huán)網(wǎng)、C(U)環(huán)網(wǎng) (半環(huán)網(wǎng))和雙環(huán)網(wǎng)，分別對(duì)應(yīng)城市電網(wǎng)發(fā)展的不同階段，單環(huán)網(wǎng)和半環(huán)網(wǎng)可以很容易地過渡到雙環(huán)網(wǎng)。

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)從形態(tài)上可分為日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型，由圍繞城市多個(gè)中心區(qū)或多個(gè)城市的500 kV環(huán)網(wǎng)疊加而成。日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型對(duì)應(yīng)城市擴(kuò)展的不同階段，過渡方式為雙環(huán)網(wǎng)-日字型-目字型-田字型-網(wǎng)絡(luò)型。

隨著城市的發(fā)展、負(fù)荷的不斷增加，500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在形態(tài)上可由單環(huán)網(wǎng)或半環(huán)網(wǎng)逐步過渡到雙環(huán)網(wǎng)、日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)。

3 220 kV電網(wǎng)分區(qū)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)220 kV分區(qū)規(guī)劃運(yùn)行和電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的要求，研究220 kV電網(wǎng)分區(qū)原則和分區(qū)類型。分層分區(qū)是指打開電磁環(huán)網(wǎng)，按電網(wǎng)的電壓等級(jí)將電網(wǎng)按供電能力劃分出若干包含不同結(jié)構(gòu)層次的供電區(qū)域，在各區(qū)域內(nèi)根據(jù)電力負(fù)荷安排相應(yīng)的電力供應(yīng)，形成區(qū)域內(nèi)電力供需大致平衡[8]。也就是說，分層分區(qū)是相對(duì)不同等級(jí)電網(wǎng)而言的，具體到500/220 kV電網(wǎng)系統(tǒng)，在運(yùn)行時(shí)兩座500 kV變電站的供電區(qū)域之間只有500 kV電壓等級(jí)的聯(lián)絡(luò)潮流，而沒有220 kV電壓等級(jí)的潮流流動(dòng)，形成每座500 kV變電站單獨(dú)帶一片220 kV電網(wǎng)各自為政的運(yùn)行格局。

不同類型的分區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)可采用不同的結(jié)構(gòu)。220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)兩類。

在220 kV電網(wǎng)獨(dú)立分區(qū)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮如下電網(wǎng)結(jié)構(gòu)：

1)由500 kV變電站不同母線的220 kV出線組成鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

2)由500 kV變電站220 kV出線和220 kV地方電廠組成鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

3)由500 kV變電站220 kV出線的不同母線組成鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，再與220 kV地方電廠連接，即1)和2)的組合。

據(jù)此推薦獨(dú)立分區(qū)三種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雙放射結(jié)構(gòu)、雙鏈結(jié)構(gòu)和自環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

互聯(lián)分區(qū)存在兩個(gè)及以上500 kV變電站作為分區(qū)電網(wǎng)的電力下載通道，若干220 kV地方電廠作為分區(qū)電網(wǎng)的電源支撐。根據(jù)220 kV電網(wǎng)分區(qū)的可靠性原則，為保證220 kV電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，互聯(lián)分區(qū)內(nèi)部宜采用環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。因此，在220 kV電網(wǎng)獨(dú)立分區(qū)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮如下電網(wǎng)結(jié)構(gòu)：

1)由不同500 kV變電站220 kV出線組成鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

2)由不同500 kV變電站220 kV出線或相同變電站的不同母線出現(xiàn)組成鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，再與220 kV地方電廠或其它500 kV變電站相連；

3)通過1)和2)的組合，形成日字形、目字型、田字形或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4 110 kV電網(wǎng)規(guī)劃模型研究

根據(jù)變電站結(jié)構(gòu)和主變臺(tái)數(shù)的不同，提出兩臺(tái)主變和三臺(tái)主變條件下的110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)序列，重點(diǎn)分析這些電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)合和不同結(jié)構(gòu)的過渡方案。

110 kV電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運(yùn)行的方式，目的是避免與220 kV電網(wǎng)形成電磁環(huán)網(wǎng)，從而形成以220 kV變電站為獨(dú)立電源點(diǎn)的110 kV電網(wǎng)。同時(shí)110 kV電網(wǎng)接線應(yīng)力求達(dá)到運(yùn)行靈活、經(jīng)濟(jì)，電網(wǎng)接線簡(jiǎn)單，網(wǎng)架適應(yīng)性強(qiáng)，層次清晰。由于110 kV電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線形式繁多，以下主要根據(jù)變電站最終規(guī)模的不同，結(jié)合各種接線模式與主變臺(tái)數(shù)、變電站主接線的合理搭配，介紹以下幾種常用的電網(wǎng)接線形式。

表1 110kV變電站 (兩臺(tái)主變規(guī)模)典型接線模式

表2 110kV變電站 (三臺(tái)主變規(guī)模)典型接線模式

網(wǎng)架過渡有以下幾種情景：

情景一：兩線一變 (單電源)→三線兩變→四線兩變→四線三變

情景二：兩線一變 (雙電源)→兩線兩變(雙電源)→四線兩變→四線三變

情景三：六線兩變→六線三變

情景四：四線兩變→四線三變過渡

5 10 kV電網(wǎng)規(guī)劃模型研究

城市配電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與負(fù)荷以及城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)，城市不同發(fā)展階段和不同區(qū)域?qū)ε潆娋W(wǎng)接線的要求也不盡相同?？傮w來講，配電網(wǎng)接線模式分為輻射、環(huán)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)和多回路平行四種結(jié)構(gòu)。輻射網(wǎng)由于缺乏故障后轉(zhuǎn)供能力，可靠性較差，在配電網(wǎng)規(guī)劃模型中基本不采用；環(huán)網(wǎng)接線和網(wǎng)絡(luò)接線是兩種主要采用的中壓電網(wǎng)接線模式，其中環(huán)網(wǎng)接線包括雙射網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)接線包括#字型和4?6接線。

同步城市發(fā)展的中壓配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和改造已成為電力發(fā)展的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工程，其中電網(wǎng)接線模式的選擇是一個(gè)十分重要的問題。

1)架空線路避免復(fù)雜接線，推薦采用手拉手簡(jiǎn)單接線模式。

2)電纜接線可采用單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、平行直供，以雙環(huán)網(wǎng)為主。

3)當(dāng)饋線容量控制在10 000 kVA時(shí)，最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)下，電纜饋線的配變綜合負(fù)載率為43%左右；而架空饋線為36%左右，低于電纜系統(tǒng)。

4)饋線安全電流控制在460 A時(shí)，手拉手接線的架空線配變裝機(jī)容量應(yīng)限制在10 000 kVA。

5)饋線安全電流控制在400 A時(shí)，單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、平行直供結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)的饋線裝設(shè)容量宜控制在8 000 kVA；安全電流控制在500 A時(shí)，配變?nèi)萘恳丝刂圃?0 000 kVA。

6)可根據(jù)用戶重要性和報(bào)裝容量大小等因素選擇相應(yīng)的線路接線模式和用戶接入方式，并隨著城市的發(fā)展做靈活調(diào)整。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)城市規(guī)模及負(fù)荷發(fā)展情況，適時(shí)增加500 kV變電站布點(diǎn)。在發(fā)達(dá)城市中心城區(qū)建設(shè)500 kV終端變電站 “中心開花”的電網(wǎng)布局使遠(yuǎn)景電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更為合理，不僅緩解了中心城區(qū)220 kV樞紐站的供電壓力，也有利于對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的充分利用，對(duì)遠(yuǎn)景市中心負(fù)荷超常規(guī)增長(zhǎng)也有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

220 kV電網(wǎng)遠(yuǎn)景發(fā)展方向可概括為 “分區(qū)分片、局部成環(huán)、廠站配合”。適時(shí)解環(huán)，采取分區(qū)分片運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，220 kV各分區(qū)電網(wǎng)在正常方式下應(yīng)保持相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行、不與500 kV線路構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)，在事故方式下可以相互提供支援。

110 kV高壓配電網(wǎng)遠(yuǎn)景發(fā)展的方向可概括為“簡(jiǎn)化接線，放射為主，雙向供電”。110 kV高壓變電站布局規(guī)劃宜考慮 “先布點(diǎn)，后擴(kuò)建”的原則。

10 kV中壓配電網(wǎng)的發(fā)展方向是： “加強(qiáng)環(huán)網(wǎng)，增強(qiáng)互供，縮短半徑”。城市中心城區(qū)以單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)電纜接線為主，重要用戶負(fù)荷采用平行直供接線模式，中心城區(qū)以外區(qū)域以架空絕緣線路為主，采用手拉手接線模式。配電網(wǎng)網(wǎng)架應(yīng)滿足系統(tǒng)安全可靠的要求，加強(qiáng)站間聯(lián)系，增強(qiáng)互供能力。

綜上所述，同步城市發(fā)展的電網(wǎng)布局規(guī)劃，應(yīng)該形成 “220 kV強(qiáng)-110 kV弱-10 kV強(qiáng)”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。互聯(lián)輸電網(wǎng)擁有堅(jiān)實(shí)的安全基礎(chǔ)，高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)化，充分利用中低壓配電網(wǎng)的可靠互聯(lián)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力和變壓器容量裕度，實(shí)現(xiàn)終端用戶的高供電可靠性。

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Review on Power Network Layout Planning for Synchronized Development of City

QIN Rujing
(Beijing Forever Technology Co.，LTD.，Beijing 100011，China)

Construction of the power network should be constructed with city development synchronoThis paper summarizes the power network of each voltage grade adapted city development and it’s transition scheme，at the planning stage ensures the power network can flexible transition to the target network.This paper also gives load forecasting model adapted the city zoning control planning，forecasting the number and location of load.

network planning；load forecasting；synchronized development of the city

TM715

B

1006-7345(2015)05-0053-04

2015-12-16

秦茹靜 (1981)，女，碩士，工程師，北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，從事電網(wǎng)規(guī)劃和系統(tǒng)接入工作 (e-mail) 13511060228 qinrujing＠126.com。