東莞電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化搭建研究

潘志達(dá)

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力負(fù)荷增長迅速，城市電網(wǎng)規(guī)模越來越大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，任何一個(gè)電壓等級出現(xiàn)建設(shè)不同步、結(jié)構(gòu)不合理的問題，都會造成電網(wǎng)“卡脖子”的發(fā)生。通過分析國內(nèi)外城市各電壓等級電網(wǎng)網(wǎng)架的應(yīng)用情況，提出了東莞電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的措施，以期能為日后電網(wǎng)規(guī)劃方面的工作提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；電網(wǎng)搭建；接線模式

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.070

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會用電量持續(xù)增長，配電網(wǎng)在分配電能中的作用更加顯著，其關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。而電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的正確與否直接關(guān)系著電網(wǎng)供電性能的發(fā)揮。配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的核心思想是“隨機(jī)應(yīng)變”，對于配電網(wǎng)規(guī)劃方案，要在一段時(shí)期內(nèi)根據(jù)負(fù)荷的不斷變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，應(yīng)以解決電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)為原則進(jìn)一步提升電網(wǎng)規(guī)劃深度，使電網(wǎng)規(guī)劃更具科學(xué)性、前瞻性和指導(dǎo)性。

隨著國家開展輸配電價(jià)改革，國家強(qiáng)化對電網(wǎng)企業(yè)的成本約束，電網(wǎng)企業(yè)如何利用有限投資和電網(wǎng)現(xiàn)狀，因地制宜地規(guī)劃、設(shè)計(jì)與城市建設(shè)相適應(yīng)的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，正確、合理地做好電網(wǎng)投資決策，提升電網(wǎng)規(guī)劃管理的實(shí)效性，提高電網(wǎng)投資回報(bào)率和資產(chǎn)利用率，使配電網(wǎng)在滿足供電需求和發(fā)展需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，是值得思考的問題。

1 國內(nèi)外典型城市網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)用分析

目前，發(fā)達(dá)國家城市電網(wǎng)發(fā)展隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，國內(nèi)先進(jìn)城市電網(wǎng)發(fā)展也依據(jù)各自的實(shí)際情況而獨(dú)具特色，其發(fā)展過程的經(jīng)驗(yàn)可為電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1.1 國外電網(wǎng)

1.1.1 巴黎電網(wǎng)

巴黎電網(wǎng)搭建主要形成“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的400 kV、225 kV和20 kV3個(gè)電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合的供電模式。巴黎市內(nèi)沒有電源，在巴黎遠(yuǎn)郊形成了堅(jiān)強(qiáng)的400 kV雙環(huán)網(wǎng)，環(huán)繞市區(qū)外圍組成了較強(qiáng)的225 kV環(huán)網(wǎng)，并呈放射性向市區(qū)中心的225 kV變電站供電。巴黎20 kV中壓配電網(wǎng)呈現(xiàn)三個(gè)同心圓的環(huán)網(wǎng)供電形式，同環(huán)且相鄰的225 kV變電所之間雙射線或三射線電纜構(gòu)成雙環(huán)網(wǎng)或三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)供電模式，分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)可遠(yuǎn)程遙控。

1.1.2 東京電網(wǎng)

東京電網(wǎng)搭建為圍繞城市形成500 kV雙U環(huán)網(wǎng)，U型環(huán)上的500 kV站以275 kV架空線送入275 kV樞紐變電站，再經(jīng)275 kV電纜或154 kV電纜送入市內(nèi)站。275/66 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用三鏈接線，全部采用電纜線路，且變電站內(nèi)采用單元式接線，供電可靠性比較高。東京電網(wǎng)上下級網(wǎng)架結(jié)構(gòu)搭建的特點(diǎn)可近似概括為“強(qiáng)—強(qiáng)—強(qiáng)”的組合模式，其高壓送電采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，中壓配電采用高可靠性接線方式，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、可靠。

1.2 國內(nèi)城市

1.2.1 北京電網(wǎng)

北京電網(wǎng)的電壓序列包括500 kV、220 kV、110 kV和10 kV這4個(gè)電壓等級，是典型的受端電網(wǎng)。目前，2/3的電力依托外網(wǎng)供給。北京輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)搭建的特點(diǎn)是：城區(qū)為“強(qiáng)—強(qiáng)—強(qiáng)”的組合模式，其高壓電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，中壓配電網(wǎng)多采用可靠性高的環(huán)網(wǎng)接線；郊區(qū)為 “強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的組合模式，其高壓輸電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，高壓配電網(wǎng)采用雙輻射式接線，中壓配電網(wǎng)多采用可靠性高的環(huán)網(wǎng)接線。

1.2.2 香港電網(wǎng)

香港電網(wǎng)的電壓序列為400 kV/132 kV/11 kV/380（220）V。香港電網(wǎng)400 kV變電站環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，132 kV變電站分組閉環(huán)運(yùn)行，主變和線路均滿足“N-1”的要求，重要設(shè)備可以滿足“N-2”的要求。11 kV電網(wǎng)采用N供1備接線方式，其全電纜網(wǎng)絡(luò)，配網(wǎng)一二次均按輸電網(wǎng)理念全為斷路器配置，同一變電站3～4回出線閉環(huán)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，不同站間設(shè)備用相關(guān)設(shè)備聯(lián)絡(luò)。香港電網(wǎng)上下級網(wǎng)架結(jié)構(gòu)搭建的特點(diǎn)可概況為“強(qiáng)—強(qiáng)—強(qiáng)”的組合模式，其高壓電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，中壓配電采用閉環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，供電可靠性高。

2 東莞電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

按照國內(nèi)外先進(jìn)城市電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，其輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)形成“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”或“強(qiáng)—強(qiáng)—強(qiáng)”的組合模式?！皬?qiáng)—弱—強(qiáng)”組合模式兼顧電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性，“強(qiáng)—強(qiáng)—強(qiáng)”組合模式兼顧電網(wǎng)的安全性、可靠性。本文重點(diǎn)研究上下級間電網(wǎng)網(wǎng)架接線模式的組合優(yōu)化，為城市各級電網(wǎng)上下級間接線模式協(xié)調(diào)配合發(fā)展提供良好的指導(dǎo)方向和科學(xué)的決策依據(jù)。

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上看，目前，東莞500 kV電網(wǎng)發(fā)展比較成熟，未來將發(fā)展成為堅(jiān)強(qiáng)、可靠的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此，本文側(cè)重于研究220 kV、110 kV、10 kV3個(gè)電壓等級的電網(wǎng)接線模式組合優(yōu)化方式，不再討論500 kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟(jì)性、電網(wǎng)實(shí)際建設(shè)等方面考慮，同級電網(wǎng)接線模式組合優(yōu)化搭建比較困難，所以，重點(diǎn)考慮從下級電網(wǎng)接線方式配合上級電網(wǎng)入手，研究電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化搭建方式。在工作過程中，分別建立220 kV—110 kV、110 kV—10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架組合模型，從供電能力、安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性幾方面研究上下級電網(wǎng)配合最優(yōu)方式，再整合第二個(gè)模型所得結(jié)果，從而得到220 kV、110 kV、10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架組合的最佳匹配方式。

2.1 220 kV—110 kV電網(wǎng)網(wǎng)架組合優(yōu)化研究

2.1.1 建立計(jì)算模型

在建模的過程中，以單座220 kV變電站為中心的供電區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)圓，供電區(qū)域內(nèi)負(fù)荷均勻分布，其所供110 kV變電站在區(qū)域內(nèi)均勻分布，每個(gè)變電站的主變?nèi)萘肯嗟?；電源變電站和下級變電站的?shù)量根據(jù)主變?nèi)萘俊⒐╇娙葺d比來匹配。

在具體進(jìn)行上下級組合安全性分析時(shí)，為了使研究更具意義，在分析前，需要確定一些邊界條件。對此次研究有影響的一些計(jì)算條件是：①220 kV變電站主變?nèi)萘繛椋?×180）MVA，110 kV變電站主變?nèi)萘繛椋?×63）MVA；②220 kV變電站的功率因數(shù)取為0.98，110 kV變電站的功率因數(shù)取為0.97；③各種接線模式均按經(jīng)濟(jì)負(fù)載率67%運(yùn)行；④考慮到故障方式，剩余主變可以短時(shí)間運(yùn)行負(fù)載率為130%；⑤保證同一個(gè)110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)供電單元的電源來自于不同的220 kV供電單元；⑥假設(shè)區(qū)域內(nèi)220 kV變電站供同一類110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式，其可供110 kV電網(wǎng)供電單元組數(shù)按照單臺220 kV變電站折算。

2.1.2 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型安全性研究

結(jié)合建立的220 kV—110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，為明確比較各類接線模式在故障情況下的損失負(fù)荷情況，考慮事故風(fēng)險(xiǎn)概率一定，設(shè)定每座220 kV能供的每組110 kV電網(wǎng)接線模式均同時(shí)出現(xiàn)同類事故，則220 kV—110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型在各類故障情況下?lián)p失負(fù)荷情況如表1所示。

從表1中可以看出，220 kV變電站供8類接線模式在故障情況下?lián)p失負(fù)荷由小到大的排序?yàn)椋弘p鏈?zhǔn)剑ㄋ木€三變）=三鏈?zhǔn)?lt;衍生三T（一）<雙鏈?zhǔn)剑ㄋ木€兩變）=不完全雙鏈?zhǔn)剑ㄋ木€兩變）<不完全三T=完全三T=衍生三T（二）。

2.1.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式研究

綜合220 kV、110 kV電網(wǎng)接線模式的安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性和電網(wǎng)實(shí)際建設(shè)等方面的研究成果，220 kV、110 kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化方案如表2所示。

2.2 110 kV—10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架組合優(yōu)化研究

從國內(nèi)外先進(jìn)城市電網(wǎng)發(fā)展趨勢上看，中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均采取堅(jiān)強(qiáng)、可靠的接線模式為用戶提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的供電保障。本文主要考慮依靠下級來自不同方向電源的聯(lián)絡(luò)線路消除110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在的風(fēng)險(xiǎn)負(fù)荷。綜合考慮110 kV和10 kV電網(wǎng)各類接線方式的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性和電網(wǎng)實(shí)際建設(shè)等方面的研究成果，選取彌補(bǔ)上級電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的10 kV電網(wǎng)接線方式優(yōu)選方案，具體如表3所示。

2.3 電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化搭建方案

綜合220 kV—110 kV和110 kV—10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架研究結(jié)果，220 kV—110 kV—10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化搭建方案如表4和圖1所示。

從表4和圖1中可以看出，220 kV—110 kV—10 kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化搭建方案均形成了堅(jiān)強(qiáng)、可靠的電網(wǎng)搭建方式：圖1（a）和圖1（b）的電網(wǎng)搭建方式在安全性上占優(yōu)，圖1（c）和圖1（d）的電網(wǎng)搭建方式在經(jīng)濟(jì)性上占優(yōu)。此外，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式還應(yīng)從地域性質(zhì)、負(fù)荷密度、電網(wǎng)建設(shè)等實(shí)際情況出發(fā)，兼顧電網(wǎng)安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性等方面的內(nèi)容，綜合考慮，選取最適合城市發(fā)展的電網(wǎng)網(wǎng)架搭建方式。

3 結(jié)束語

隨著國家輸配電價(jià)改革的開展，對于電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)規(guī)劃而言，新電改政策在給企業(yè)帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)也帶來了發(fā)展機(jī)遇。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，考慮企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)線、營銷線的需求，以主、配網(wǎng)聯(lián)動為原則，理性地規(guī)劃、投資和建設(shè)新建配電網(wǎng)項(xiàng)目，以保障電力的安全、可靠供應(yīng)。同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化電源布局和電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，選取適合城市發(fā)展的電網(wǎng)網(wǎng)架搭建方式，做好電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化工作。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕