縣城10 kV配電網規劃實用方法及其應用

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(1. 國網重慶墊江縣供電責任有限公司,重慶 408300；2. 重慶星能電氣有限公司，重慶 400039)

0 引 言

配電網作為發、輸電與用戶設備的連接環節，其規劃設計的水平直接關系到供電的可靠性和經濟性。縣城電網是電力系統的重要組成部分，是促進縣域經濟發展、加快城鄉物質文明和精神文明的基礎條件。縣城電網規劃[1-10]可以使縣城電網在現有基礎和水平上有目標、有計劃地健康發展，加大縣城電網技術的科技含量，改善縣城電網現狀。

電網規劃方法的發展有4個階段：初級階段、應用階段、研究階段和研究與應用階段。目前，國內電網規劃采用的方法大多還處在初級階段，即人工擬定方案和人工計算校驗。但是，計算機自動規劃也有很大的局限性，電網規劃還不能完全交由計算機實現。因此，較常采用的實用規劃方法是人工擬定方案，再加上計算機輔助。

下面的主要工作是利用重慶星能電氣有限公司的《供電網計算分析及輔助決策軟件》(www.ceesinc.com)，對重慶D縣城的電網進行規劃。基準年為2013年，規劃年為2018年。首先，基于已給的歷史負荷數據及其用地規劃，采用大用戶加自然增長法及空間負荷預測法，對2014—2030年的負荷進行預測；接著進行電力平衡的計算；然后，根據電力平衡計算結果和現狀網分析，對縣城電網進行網架規劃和投資估算，最后進行評估并提出建議。

1 縣城配電網規劃特點、思路及內容

1.1 縣城配電網規劃的特點

目前，縣城發展迅速，但其電網建設往往落后于縣城的規劃建設；縣城的中、遠期用地性質可根據其規劃區域用地規劃成果獲得；單個設備的容量和投資相對較小，但整個配電系統的投資、維護和運行費用卻很高；配電網電壓等級主要以110、10、0.4 kV為主；在網絡結構上，一般采用閉環設計、開環運行方式，還存在輻射型線路；配電系統量測較少，網絡的可觀性較差；縣城配電網一般不采用電纜網，多采用架空絕緣線；一般要求雙電源供電；配電網自動化程度低。

1.2 縣城配電網規劃的思路

縣城配電網規劃[4-7]一般包括現狀網分析、負荷預測、電力平衡、配電網規劃、投資估算、配電網自動化規劃等內容，它們遵循一定的先后順序，并存在一定的聯系，如圖1所示。

圖1 縣城配電網規劃思路圖

1.3 縣城配電網規劃的內容

(1)現狀網分析。在進行縣城電網規劃之前，首先應分析現狀電網。根據供電部門給的數據，了解現狀電網的概況，并從縣城電網高、中、低壓的設備和運行方面進行全面分析，得出現狀網存在的問題，為后續規劃提供思路和側重點。

(2)負荷預測。電網規劃的基礎是負荷預測，對于縣城電網規劃來說，可將縣城負荷分為一般負荷和點負荷，分別采用自然增長法和大用戶法進行近期逐年負荷預測，采用空間負荷預測法預測飽和年和遠景年負荷。最后，負荷預測的結果還可以用彈性系數進行檢驗。

(3)電力平衡。負荷預測之后是電力平衡分析。根據規劃期逐年的負荷預測結果、各大用戶的接入方案、各發電廠的接入系統方案和區間電力交換等，得到逐年的電力平衡結果，為網架規劃奠定基礎。

(4)中壓配電網規劃及投資估算。由現狀電網結構、目標年電網負荷水平、高壓變電站規劃結果以及規劃技術原則推薦的接線方式，初步構建目標網架，并進行線路分段和導線型號選擇等。最后，進行逐年項目投資估算。

(5)配電網自動化規劃。根據國網導則相關規定要求，規劃建設配電自動化系統、營銷自動化系統和配電網管理信息系統。在優化城網結構、提升設備水平和科技含量的同時，以GIS為核心構建一體化配電管理系統(DMS)，提高運營效率和管理水平。

(6)規劃評估及對上級電網建議。對于現狀電網存在的問題，評估規劃網架實施后對于現狀電網存在問題的解決情況。對于大用戶建設時序變化以及區域結構調整所帶來的負荷突變，應對上級電網提出布點時序調整或新增布點等建議，使規劃網架具有較強的適應性。

2 縣城配電網規劃的重點

2.1 負荷預測

負荷預測是電力系統規劃的基礎，其準確度直接影響電網規劃的質量，是預測管轄范圍內用戶和市場的必要手段，規劃工作以電力負荷市場為導向足見其重要程度。

負荷預測有很多方法，比如：用電單耗法、彈性系數法、空間負荷預測法、趨勢外推法、類比法、自然增長率法等，對數據的處理有各自的特點。但比較常用的是大用戶加自然增長法和空間負荷預測法。

下面著重介紹大用戶加自然增長法、彈性系數法與空間負荷預測法。其中大用戶加自然增長法適用于近期負荷預測，彈性系數法主要作為校核方法，空間負荷預測法則適用于較長時間的遠景年和飽和年負荷預測。

2.1.1 大用戶加自然增長法

大用戶加自然增長法，是采用點負荷與自然負荷疊加的方式。根據已知歷史年的一般負荷增長趨勢，用自然增長法(如回歸曲線法)推算出近期一般用戶負荷增長情況，再加上統計出來的大用戶報裝負荷，疊加得出近期負荷情況。如圖2所示。具體做法如下。

圖2 大用戶加自然增長法

(1)通過對現有、新增大用戶的調查分析，結合現有大用戶的改、擴建情況，對大用戶供電量、供電負荷進行預測。點負荷的電量由用電單耗法求得，最大供電負荷通常給定或基于其最大負荷利用小時數求得。

(2)根據全縣除大用戶外的供電量、供電負荷歷史數據，采用自然增長法對一般負荷進行預測；對預測的增長率進行校驗，即確定增長率是否符合歷史年電量負荷的發展規律、是否與地方國民經濟發展速度相一致。

2.1.2 彈性系數法

電力彈性系數kt是指用電量的年平均增長率kzch與國內生產總值年平均增長率kgzch的比值。通過彈性系數及國內生產總值的年平均增長率，可以計算規劃年份所需用的電量，即

An=A0(1+ktkgzch)n

式中,An為預測期末的需用電量；A0為預測期初的需用電量；kt為電力彈性系數；kgzch為國內生產總產值的年平均增長率；n為計算期的年數。

彈性系數法首先求出歷史年的彈性系數，再考慮到電網發展趨勢、產業結構特點及其調整變化等因素，適當調整歷史彈性系數，作為預測期彈性系數，并結合預測期的GDP增長率，計算得到規劃期的預測電量，本方法主要作為校核方法。

2.1.3 空間負荷預測法

空間負荷預測法[8]，也稱小區負荷預測法，主要是根據政府規劃部門對土地的規劃方案，確定各地塊用地性質、占地面積、容積率、需用系統和飽和密度，首先得到各地塊的飽和負荷，再采用合適的回推曲線預測中間年負荷。該方法適用于較長時間的負荷預測與飽和年負荷預測。

2.2 電力平衡

電力平衡是根據電力負荷預測確定電網容量需求的重要步驟，是保證電網滿足負荷需求的重要手段，是高壓變電站規劃的基礎。根據電力平衡可以得到規劃年內需要的變電容量，并預測規劃年的容載比，校驗上級電網電源規劃方案。

在計算電力平衡時，遵循的一般步驟是：已知由負荷預測得到的110 kV公用最大負荷和35 kV及以下小水電、自備電廠裝機容量，前者減去后者得到計算負荷，乘以容載比后得到所需變電容量，所需變電容量減去電網實際變電容量就是需新增變電容量。35 kV電壓等級的電力平衡計算類似。

2.3 網架規劃

網架的主要功能是互通容量，優化潮流分配，實行快速有效的調度操作和事故處理。網架的優化設計，要保證滿足負荷需求，有效提高供電可靠性、降低線損、確保供電質量。

配電網接線方式[9,10]應根據不同供電區用戶重要程度、負荷情況以及可靠性要求確定，10 kV一般常用有“輻射式”、“手拉手”、“單環網”幾種典型網絡接線。在確定10 kV配電網目標網架結構的基礎上，進行10 kV網絡結構完善優化改造，城區供電區從目前的輻射式供電網絡逐步過渡到單聯絡的環網結構供電網絡，甚至形成雙環網。城區10 kV線路主干線路線徑統一為240 mm2，支干線路線徑不小于95 mm2，供電半徑宜控制在4 km內，一般每條10 kV主干線宜分為3段，每條主干線按長度或裝接容量進行分段。當線路裝接容量達到上限時，一般應再新建10 kV線路轉移負荷或對供區饋線進行重新分配。

2.4 配電網自動化

配電網自動化規劃，主要是指規劃建設配電自動化系統、營銷自動化系統和配電網管理信息系統，在優化城網結構、提升設備裝備水平和科技含量的同時，以GIS為核心構建一體化配電管理系統(DMS)，提高配電運營效率和管理水平。

配電網自動化系統采用分層分布式體系結構，由配電主站、配電子站和配電終端三個層次組成。根據實際情況，通信子站也可采用開關站DTU代替，配電終端也可根據需要不經子站而直接接入主站。

這里采用GIS為核心平臺，構建D縣城配電網一體化的綜合管理系統。整合配電自動化實時數據、營銷自動化實時數據、配電規劃及工程項目業務數據、配電生產管理業務數據、配電營銷管理業務數據構建配電數據中心。在實現全面數據整合的基礎上，開發配電規劃及工程項目管理、配電生產管理、配電營銷管理的關鍵業務，構建配電業務中心。

3 算 例

截至2013年，D縣城有110 kV變電站2座，主變壓器4臺，主變壓器容量194.5 MVA，容載比為3.47。其中，1座變電站不能滿足主變壓器N-1校驗。針對中低壓配電網，現有10 kV公用線路16條， 1條重載線路，6條線路不能通過線路N-1校驗。

運用所提方法對該縣城進行規劃，根據負荷預測可知：至2018年，負荷128.50 MW，至2030年，負荷為577.79 MW，如表1所示。

表1 D縣城總電量、負荷預測數據

圖3 2018年小區負荷密度圖

圖4 遠景(2030)年小區負荷密度圖

結合負荷預測的結果，對D縣城進行電力平衡分析可知：至2018年，需新建110 kV變電站1座，共有110 kV變電站3座，容量352 MVA。至2030年，需新建110 kV變電站5座，共有110 kV變電站7座，容量1 284 MVA。其中，每座變電站的容量規劃都采用“具體問題具體分析”的方法，與當地供電部門協商確定變電站的位置及容量。

至2018年，D縣城共有公用線路32條，新建線路12條，共新建及改造電纜0.35 km，新建及改造架空線83.67 km，新建柱上開關52臺，新建開閉所2座。至2018年，110 kV電網容載比為2.05；至2030年，110 kV電網容載比為2.04。

2014—2018年D縣城中壓配電網總投資為2 810.02萬元，其中，電纜投資26.20萬元，架空投資2 175.42萬元，開閉所投資400萬元，柱上開關投資208萬元。

圖5 2018年中壓地理接線圖

圖6 遠景(2030)年中壓地理接線圖

最后進行規劃方案評估。

供電能力評估：110 kV電網變電容載比達到2.04，能夠滿足供電要求且具有一定裕量；城區10 kV線路平均負載率由58.63%降低到53.67%，全網基本上能實現轉帶負荷。

電網可靠性評估：至2018年，該地區中壓配電網供電可靠性可達99.934%，滿足規劃技術原則要求； 10 kV線路均滿足N-1校驗。

線損評估：至2018年，全網理論綜合線損率為5.28%，滿足相關要求。從評估結果可見，規劃方案合理，能夠滿足電網發展的需要。

需注意的是，若評估結果不能滿足規劃要求，則需對規劃方案進行修正，直至找到滿意的規劃方案。

4 結 論

介紹了一種實用的配電網規劃方法，即人工擬定方案，再加上計算機輔助。先做現狀電網分析，找出電網存在的問題及薄弱環節；進行縣城負荷預測，并進行電力平衡的計算；由現狀電網分析和電力平衡的結果，進行目標網架規劃，確定最佳方案。借助重慶星能電氣有限公司的《供電網計算分析及輔助決策軟件》，提高了規劃效率，也使網架規劃和分析變得很方便。

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