不同接線方式下的中壓配電網經濟性分析

周振宇，李紅英，劉海俊，張兆省

（1.華北電力大學，北京 071003；2.國網浙江云和縣供電公司，浙江 323600；3.上海浦海求實電力新技術有限公司，上海 200090）

1 課題調研

近年來，國內外對配電網經濟性研究較多。文獻［1］在引入動態經濟評價方法的基礎上，加入了敏感性的分析法來綜合分析對經濟性影響最大的不確定性因素。文獻［2，3］介紹了工程經濟法，分別從兩方面的經濟角度對項目進行財務評價和經濟性評估。文獻［4］在充分考慮配電網技術特點的基礎上，結合配電網經濟參數和技術參數，建立了全面的經濟性評價體系。文獻［1-4］主要考慮了配電網規劃方案的經濟性計算，但與實際配電網架結構聯系較少。文獻［5］在分析城市中壓配電網的接線模式基礎上，分析了經濟性與可靠性，推薦了不同狀況下適宜的接線方式，但其經濟性分析的計算方法不夠完整詳細，評價結果不夠全面細致。文獻［6］考慮了不同條件下中壓配電網的接線模式對其運行經濟性和可靠性的影響，推薦了城市不同區域對于可靠性差異化要求下的接線模式，但在經濟性分析中沒有涉及敏感性分析，以致接線模式的評價和選擇不夠充分。

為此，本文采用一種供電面積可調的分析模型，以替代傳統接線方式分析中采用的假定配電網覆蓋區域的面積和形狀一定的供電模型［7，8］。根據中壓配電網的接線模式，建立了幾種基于接線模式的接線方案。對各種接線模式進行經濟性比較及敏感性分析計算，為電網規劃推薦接線模式和提供技術支撐。

2 中壓配電網的模型及接線方式

在實際電網分析中，對于一個確定的規劃區域，結合區域內的負荷密度以及街道分布狀況，很容易分析出不同接線模式的經濟性。這種常規分析的結論受到所選區域的特定條件約束。基于此考慮，結合中壓配電網的特點，采用一種供電面積可調整的分析模型進行研究。理想化分析模型示意圖，如圖1所示。

圖1 理想化分析模型

對上述理想化模型進行4種假設：①電網所覆蓋區域內負荷分布均勻；②各110 k V配電站的供電區域為圓形，且區域內負荷分布均勻；③4個110 k V配電站在供電區域邊界上均勻分布；④對于同一方案，各個10 k V配電站的變壓器臺數、容量和負載率均相同。

模型中的主要參數表達式為：

式中：r為10 k V配電站的供電半徑；S為10 k V配電站中變壓器的總額定容量；η為變壓器負載率；λ為功率因數；σ為配電網所覆蓋區域的平均負荷密度；P為配電網覆蓋區總負荷；n為變電站的數量。

本文建立的配電網模型，假設覆蓋區域的邊界近似為圓形，設R為配電網覆蓋區域半徑，則有：

310 k V配電網接線模式分析

3.110 k V架空線路

具有代表性的3種架空線路接線模式，即輻射接線、環式接線和多分段多聯絡接線。以下簡稱架空接線1、架空接線2、架空接線3。3種架空線路接線示意圖，如圖2所示。

3.210 k V電纜線路

具有代表性的3種電纜接線模式，即輻射接線、環式接線和環網接線。以下簡稱電纜接線1、電纜接線2、電纜接線3。3種電纜線路接線示意圖，如圖3所示。

圖2 架空線路接線模式

圖3 電纜線路接線模式

3.3 配電網接線模式分析

接線方案不僅需要安全可靠供電，還必須做到投資少、運行費用低。在充分結合各種接線模式的基礎上，提出3種接線方案，即輻射接線方案、多分段多聯絡接線方案和環網接線接線方案。以下簡稱接線方案1、接線方案2和接線方案3，如圖4所示。本文經濟性的分析以接線方案圖為計算依據。

4 中壓配電網經濟性分析

4.1 經濟性算法及計算公式

通常，在實際分析時將配電網劃分成一些小區，每區由110 k V配電站、10 k V饋線和開關等組成。中壓配電網供電方案的經濟性計算思路，即在不同負荷密度下，對每臺110 k V變壓器容量和臺數的配合，劃定變電站的供電范圍，然后根據供電范圍內不同的、合理的架空線路和電纜線路網架結構，計算每種方案的單位負荷年費用，用以判斷經濟性。

圖4 中壓配電網接線方案

在不考慮電源變電站費用的狀況下，單位負荷年費用算式為：

式中：Fn為單位負荷年費用值，數值較小的方案經濟性較好；Fns為變電站平均分布在n年內的年費用；Fnl為平均分布在n年內的線路年費用；P為方案中變電站的最大負荷。

Fns、Fnl的計算可以統一表示為：

式中：Z為電力設備（線路或變壓器）綜合投資費用現值；b0為電力投資回報率，取值為0.1；ns為設備經濟壽命（變電站為25年，架空線路為30年，電纜線路為40年）；CU為設備年運行費用。

4.2 敏感性分析

敏感性分析是通過考慮配電網規劃項目的主要因素發生變化，對經濟評價指標產生的影響，以此找到敏感因素，分析敏感因素對經濟性的影響。在整個項目生命周期內，會有許多非確定因素影響經濟效益。例如：變電站投資和線路綜合的投資，電價和負荷密度等。

5 算例分析

在分析計算時，為了得到一般性規律，取不同的負荷密度和變電站容量。以此為前提，將負荷密度和變電站容量作為變量，分別研究架空線路和電纜線路在“負荷密度σ”和“變電站容量S”在合理變化趨勢范圍內變化時對應接線模式的經濟性，以及在這兩個變量確定的狀況下不同接線模式的比較。

以浙江云和縣為例，研究110 k V變電站的經濟性。變電站容量分別取2×20 MVA，2× 40 MVA；負荷密度分別取2.0 MW／km2，5.0 MW／km2，10.0 MW／km2，20.0 MW／km2，40.0 MW／km2。根據變電站和線路的經濟性計算比較方法，計算綜合投資和運行費用，最終計算出單位負荷年費用結果。

5.1110 k V變電站經濟性計算

1）變電站容量為2×40 MVA，采用不同接線模式時，不同單位負荷年費用Fn對負荷密度σ的影響，如圖5所示。

圖5 單位負荷年費用對負荷密度的影響

2）負荷密度為2.0 MW／km2，采用不同配電網接線模式時，不同單位負荷年費用Fn對變電站容量S的影響，如圖6所示。

5.2 中壓配電網經濟性計算結果分析

由計算結果（參見圖5和圖6）可以得出3點結論。

1）在變電站容量（S＝2×40 MVA）狀況下，對于相同的接線模式，架空線路和電纜線路的Fn與供電范圍內負荷密度σ的增長成反比關系。

圖6 單位負荷年費用對變電站容量的影響

2）在負荷密度（σ＝2.0 MW／km2）狀況下，對于同一種接線模式，Fn與變電站容量的增長成反比關系。

3）在同一變電站容量和負荷密度下，3種架空接線模式的Fn由低至高，依次是架空線方案1、架空線方案2、架空線方案3。3種電纜接線模式的Fn由低至高，依次是電纜線方案1、電纜線方案2、電纜方線案3。

5.3 敏感性分析

敏感性分析主要考慮變電站容量、線路綜合投資、電價以及負荷密度這4個因素，同時分析其變化±5%、±10%時的單位負荷年費用的變化狀況。以變電站容量（S＝2×40 MVA），負荷密度（σ＝10 MW／km2），兩聯絡的電纜接線模式為例，不同單位負荷年費用Fn對敏感性的影響，如圖7所示。其他中壓配電網供電方案有類似結論。

圖7 單位負荷年費用對敏感性的影響

從圖7可以看出，對Fn影響，從大到小，依次是變電站綜合投資、線路投資、負荷密度、電價因素。其中，中壓配電站綜合投資、線路投資、電價的變化率增加，會導致單位負荷年費用隨之增加，而隨著負荷密度變化率的減小，單位負荷年費用隨之增大。

6 結語

對于各級電網規劃決策來說，如何規劃出合理的城市配電網，使之既能利用有限的條件將經濟效益最大化，又能最大限度的避免浪費，是最為關注的一個焦點。在總結中壓配電網的典型接線模式的前提下，采用一種可調供電面積的分析模型，建立一個基于典型接線模式的配電網供電方案。通過計算，比較其經濟性，得出最優方案。分析結論可對配電網規劃決策，提供技術參考。

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