蔡 菲,歐陽武
近年來南昌經(jīng)濟快速發(fā)展,新報裝用戶接入需求越來越多,用戶專線或樓盤線路占用變電站間隔比例越來越高,而部分樓盤線路或?qū)S镁€路負載率卻較低,造成變電站線路容量資源與間隔資源使用情況不匹配、公用網(wǎng)間隔資源緊張等問題,給南昌配電網(wǎng)的運行發(fā)展帶來了不利影響。因此,協(xié)調(diào)規(guī)劃變電站容量與間隔資源、公用網(wǎng)與專用用戶資源對于南昌配電網(wǎng)的經(jīng)濟高效發(fā)展具有重要意義。
目前已有論文進行公用配網(wǎng)與專用配網(wǎng)協(xié)調(diào)性規(guī)劃研究[1,2],以及中壓設備利用率及相關評價體系[3,4]的研究。這些研究側(cè)重于變電站專用線路的優(yōu)化整合以及提高線路等設備利用率等方面,目前還沒有沒有從變電站容量以及間隔資源兩方面綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃方面的研究。本文針對南昌電網(wǎng)變電站容量與間隔資源不匹配的矛盾情況,提出一種整體協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,通過整合變電站間隔資源同時提高變電站容量利用率,提升變電站的運行效益。
從變電站運行安全性(N-1)及經(jīng)濟性來看,變電站負載率一般在60%~70%范圍較合適,該負載情況下變電站10 kV間隔使用率接近100%,此時變電站容量及間隔資源利用效益最大。因此在不考慮負荷快速發(fā)展初期的特殊情況下,變電站的10 kV間隔使用率與變電站負載率的比值在1.4~1.7區(qū)間較為合理,說明變電站容量與間隔的使用相匹配。本文中定義匹配系數(shù)如式(1):
分析匹配情況不合理的2種情況如下:
1)匹配系數(shù)大于1.7時,變電站10 kV側(cè)負荷較小,變電站10 kV線路負載率較低而10 kV間隔的使用率過高,間隔利用效率偏低;
2)匹配系數(shù)小于1.4時,變電站10 kV負荷與10 kV間隔的使用率較不協(xié)調(diào),10kV負荷較大而10kV間隔的使用率較小,主變利用效率偏低。
統(tǒng)計分析南昌地區(qū)2016年度公用變電站容量與間隔資源使用的匹配系數(shù)如圖1所示。
圖1 變電站間隔使用率與負載率的匹配系數(shù)分布
以上統(tǒng)計分析可知,2016年南昌地區(qū)變電站容量與間隔資源利用情況最合理的變電站僅有12座。對于其余不合理的變電站情況分析如下:
1)匹配系數(shù)>1.7的變電站數(shù)量超過變電站總數(shù)的60%,說明南昌地區(qū)重點需要整合變電站10 kV出線間隔,提升變電站間隔利用效率。
2)匹配系數(shù)<1.4的變電站比例接近20%,這類主變?nèi)萘坷眯势?。對于重載的變電站,通過增加主變?nèi)萘炕蛘咄ㄟ^聯(lián)絡變電站轉(zhuǎn)移重載線路負荷。對于負荷不重的變電站,根據(jù)新增負荷需求合理新出10 kV線路來均衡負荷和間隔使用率。
廣陽片區(qū)西至昌東大道、東至創(chuàng)新二路、北至艾溪湖北路、南至廣陽路,區(qū)域面積為5.8平方公里,區(qū)域用戶以居住、商業(yè)為主,以行政辦公、教育科研等為輔。2016年區(qū)域最大負荷約為48 MW,區(qū)域內(nèi)有一座110 kV廣陽變作為主供電源,負載率為36%,出線間隔利用率達100%,匹配系數(shù)為2.8,廣陽變間隔資源緊缺且使用率較低。
廣陽片區(qū)內(nèi)共有28回10 kV線路供電,其中廣陽變出線24回,瑤湖變出線3回,京東變出線1回。經(jīng)統(tǒng)計,區(qū)域內(nèi)13回樓盤線路與6回專用線路負載率均小于30%,19回線路處于輕載狀態(tài),線路容量利用率較低,廣陽變?nèi)萘坷眯势汀?/p>
2.2.1 用戶報裝情況
目前廣陽片區(qū)已投運用戶有保利香檳、綠地新都會、方大上上城等大型樓盤、紫峰大廈以及高新公安分局、高新法院、高新公安分局、省氣象局等行政單位入駐。表1給出了廣陽片區(qū)用戶戶數(shù)及報裝情況,目前廣陽片區(qū)仍有10家新用戶待接入系統(tǒng)供電,但是區(qū)域內(nèi)主供電源廣陽變已無間隔資源,用戶接入面臨困難。
表1 廣陽片區(qū)用戶報裝情況
2.2.2 負荷預測結果
預測方法:結合用戶報裝容量及樓盤戶數(shù)等數(shù)據(jù)信息以及規(guī)劃局提供的廣陽片區(qū)土地利用性質(zhì)圖,采用空間負荷密度法對廣陽片區(qū)進行負荷預測。依據(jù)負荷預測結果及開閉所接帶負荷能力,將廣陽片區(qū)劃分為8個地塊,分別為A#-H#地塊,預測結果如表2與圖2所示。
表2 廣陽片區(qū)各地塊遠期負荷預測結果
圖2 廣陽片區(qū)負荷地塊劃分
堅持供用電一體化規(guī)劃,統(tǒng)籌使用用戶設備資源,由上及下,由遠及近,協(xié)調(diào)發(fā)展,打造城市新型區(qū)域可靠性配電網(wǎng)。
2.3.1 由上至下,協(xié)調(diào)發(fā)展
1)變電站供區(qū):針對現(xiàn)狀變電站供區(qū)不明確問題,結合新建變電站的投運,劃分各變電站供區(qū),明晰變電站供電范圍;
2)供電模式:針對變電站間隔緊張問題及負荷分布集中特點,提出“變電站-》開閉所(環(huán)網(wǎng)柜)-》配電間”三級供電模式,以提高變電站間隔利用率及供電可靠性。
3)開閉所供區(qū):打破現(xiàn)狀樓盤專用線路供電模式,提出以開閉所供電為主的供電模式,按照單個開閉所7~8 MW(考慮N-1)的負荷接帶能力劃分開閉所供區(qū),實行分區(qū)供電。
2.3.2 由遠及近,合理過渡
1)目標網(wǎng)架:結合區(qū)域發(fā)展特點,按照各類供電區(qū)域的相應標準,確定區(qū)域遠期目標網(wǎng)架。
2)近期改造方案:為節(jié)約投資,充分利用用戶及電網(wǎng)現(xiàn)有設備,以滿足用戶接入需求為目標,制定近期改造方案。
3)過渡方案:隨著負荷增長及供電可靠性要求提高,合理過渡至開閉所雙環(huán)網(wǎng)接線模式的高可靠性目標網(wǎng)架。
2.4.1 遠期目標網(wǎng)架及管廊規(guī)劃
根據(jù)《南昌城區(qū)“十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃》,廣陽片區(qū)內(nèi)及區(qū)域附近至遠期規(guī)劃兩座110 kV變電站,分別為110 kV南塘湖變電站和紫陽變電站。
遠期廣陽片區(qū)主要由廣陽變、南塘湖及紫陽變?nèi)冸娬竟╇姟9残纬?組雙環(huán)網(wǎng)接線和5組單環(huán)網(wǎng)接線。廣陽片區(qū)遠期目標網(wǎng)架如圖3所示。
圖3 廣陽片區(qū)遠期目標網(wǎng)架
遠期廣陽片區(qū)管線規(guī)劃道路七條,分別為艾溪湖北路、昌東大道、創(chuàng)新二路、艾溪湖一路~艾溪湖四路,管線亙長為12.3 km,如圖4所示。
圖4 廣陽片區(qū)遠期管廊規(guī)劃
2.4.2 近期改造方案
針對日益稀缺的配電網(wǎng)間隔資源,應加強對間隔資源使用的管理力度。而如何利用有限的間隔資源來滿足日益增長的用電接入需求,則需有效的間隔資源整合優(yōu)化方案,形成城市中心配電網(wǎng)間隔資源管理辦法,以實現(xiàn)對間隔資源使用的統(tǒng)籌規(guī)劃和科學決策。隨著城市電纜化的實施,電纜環(huán)網(wǎng)供電模式的發(fā)展,逐步將現(xiàn)有專線用戶公網(wǎng)化,將部分輕載專線合并以節(jié)約間隔資源,乃大勢所趨。
1)現(xiàn)有間隔資源優(yōu)化整合。對實際使用容量不到導線最大輸送容量30%的現(xiàn)有樓盤公用線路或?qū)>€,通過建設開閉所或并柜的方式,推進對現(xiàn)有10 kV間隔資源的優(yōu)化整合利用。
圖5 A號地塊近期改造方案對比圖
2)負荷密集區(qū)域,采用開閉所供電為主的供電模式集中供電。在大型樓盤或商業(yè)地帶等負荷密集區(qū),新用戶采用開閉所供電模式,根據(jù)飽和負荷預測結果,按照單個開閉所7~8 MW的負荷能力接帶開閉所周邊用戶,實行分區(qū)供電。
圖6 B號地塊近期改造方案對比
3)從現(xiàn)狀“單間隔、單電源”的專線用戶中,選擇負荷較輕的用戶專線進行試點改造,形成環(huán)網(wǎng)供電模式。
圖7 E號地塊近期改造方案對比
4)10 kV間隔資源作為配電網(wǎng)的公共資源,優(yōu)先用于公用網(wǎng)架的建設。
對配電網(wǎng)建設與改造接入系統(tǒng)方案,必須符合規(guī)劃。原則上,同一路徑方向存在輕載線路,不再考慮新出其它10 kV線路。
5)對申請變電站專線的用戶,先根據(jù)用戶用電設備容量、需用系數(shù)、飽和負荷校核報裝容量,控制接入變電站的用戶專線數(shù)量。
本文探索適合南昌地區(qū)的變電站間隔資源整合優(yōu)化方案,以廣陽片區(qū)為案例,給出了示范區(qū)近期改造方案及遠期目標網(wǎng)架,規(guī)劃成效包括以下幾個方面:
1)節(jié)省配網(wǎng)投資。廣陽片區(qū)內(nèi)變電站間隔已用盡,現(xiàn)有12家新報裝大用戶面臨難以接入系統(tǒng)的困難,若不進行間隔資源優(yōu)化,則需要新建一座110 kV變電站為近期新報裝用戶提供間隔資源,通過本文中近期間隔資源優(yōu)化整合方案,共釋放10回間隔,節(jié)約一座110 kV變電站的建設投資。
2)改善電網(wǎng)結構,提高供電可靠性。廣陽片區(qū)內(nèi)28回10 kV線路中,9回公用線路中有3回為單輻射接線,13回樓盤公用線路中有7回為單輻射接線,6回專用線路中有5回為單輻射接線,總共15回單輻射接線,經(jīng)近期改造后,除了4回專線外,其余單輻射線路均與其他線路形成聯(lián)絡接線,大大提高了樓盤、商業(yè)等用戶的供電可靠性。
3)提出了間隔資源使用指導原則。對實際使用容量不到導線最大輸送容量30%的現(xiàn)有樓盤公用線路或?qū)>€進行改造,通過建設開閉所或并柜的方式,推進對現(xiàn)有10 kV間隔資源的優(yōu)化整合利用。在大型樓盤或商業(yè)地帶等負荷密集區(qū),新用戶采用開閉所供電模式,根據(jù)飽和負荷預測結果,按照單個開閉所7~8 MW的負荷能力接帶開閉所周邊用戶,實行分區(qū)供電。從現(xiàn)狀“單間隔、單電源”的專線用戶中,選擇負荷較輕的用戶專線進行試點改造。對申請變電站專線的用戶,先根據(jù)用戶用電設備容量、需用系數(shù)、飽和負荷校核報裝容量,控制專用線路數(shù)量。
4)具有典型推廣意義。經(jīng)統(tǒng)計分析,在南昌地區(qū),還有艾湖變、瑤湖變、觀田變等6座220 kV變電站和撫生變、贛江變、象湖變等16座110 kV變電站存在該現(xiàn)象,將廣陽片區(qū)間隔資源優(yōu)化整合方案在南昌地區(qū)進行推廣,可解決這一現(xiàn)象,大大節(jié)約配網(wǎng)投資。
本文從示范區(qū)域區(qū)域配電網(wǎng)特點出發(fā),提出具有推廣價值的間隔資源配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方案及典型供電模式,可有效指導城市配電網(wǎng)的規(guī)劃與建設。在下一步工作中有以下建議:
1)為提升配電網(wǎng)資源的利用效率,建議盡快出臺《配網(wǎng)資源管理辦法》,堅持規(guī)劃引領,科學指導變電站的間隔使用。建立規(guī)范的用戶接入標準和流程,認真審核用戶容量,同時明確在完成設備整改的基礎上,用戶出資建設后資產(chǎn)及運維責任無償移交至供電部門。
2)梳理專用線路現(xiàn)狀。了解每一個專線用戶的現(xiàn)狀,摸清線路走徑,對提高用戶供電可靠性,縮短電力故障搶修時間,以及合理規(guī)劃電網(wǎng)發(fā)展、優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)架構有著極為重要的意義。因此,需在整理完善現(xiàn)有資料的基礎上,對年代久遠、電纜走徑資料不全的用戶設備,進行實地勘察,一一落實,為以后全局配電網(wǎng)資料的規(guī)范管理、網(wǎng)架優(yōu)化打下堅實的基礎。
重點針對負載率長期較低的非重要用戶專線,通過評估和經(jīng)濟效益分析,同時對原專線進行改造。優(yōu)化現(xiàn)有變電站間隔使用效率。針對負載率長期較低的非重要用戶專線及公用線路,在不降低供電能力及可靠性的前提下,通過并柜或者改接至新建開閉所的方式,釋放變電站間隔,優(yōu)化配網(wǎng)資源使用效率。
3)規(guī)范用戶專線命名。規(guī)范用戶專線命名原則及資產(chǎn)屬性,解決因用戶名稱不一致導致的不同部門資料沖突問題;理清專線用戶數(shù)量及間隔的使用情況;理清間隔現(xiàn)狀,區(qū)分專線用戶所占間隔資源及負載情況。
4)實行環(huán)網(wǎng)供電??膳c現(xiàn)有用戶協(xié)商,通過給用戶額外提供一路電源,以提高用戶供電可靠性的方式,將用戶的專線資源公網(wǎng)化。通過增加電源,在提升專線用戶供電可靠性的同時,騰出空余的變電站間隔,解決因變電站出線不足導致的局部配電網(wǎng)過負荷問題,有利于電網(wǎng)網(wǎng)架結構的均衡。達到了專線用戶和供電企業(yè)雙贏的效果。
[1]高莉,張亦斌,顧琨,等.西安配電網(wǎng)專線用戶管理現(xiàn)狀研究[J].陜西電力,2011,39(12)∶90-92.
[2]陳明帆,李中中,寧光濤.海南10 kV公用網(wǎng)和專用用戶協(xié)調(diào)發(fā)展的初步探討[J].供用電,2016,33(6)∶63-67.
[3]張蓓,曹華珍,陳荃.廣東配電網(wǎng)設備利用率的影響因素與改進措施分析[J].廣東電力,2014,27(10)∶107-111.
[4]曹磊.中壓配電網(wǎng)設備利用率綜合評價體系研究[D].天津:天津大學,2012.
[5]賈巍.公用電網(wǎng)與專用電網(wǎng)協(xié)調(diào)評價體系探討[J].南方能源建設,2015,2(1).
[6]趙明欣,劉偉,陳海,等.《配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》解讀[J].供用電,2016,33(2)∶2-7.