新城區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法及實(shí)踐

周星星 周 樹 袁 園 楊軼雷 魏 波

（1. 重慶星能電氣有限公司，重慶 400039；2. 國網(wǎng)重慶市電力公司綦南供電分公司，重慶 401420）

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的末端，與用戶直接接觸，其可靠性與用戶有著密切的聯(lián)系。我國配電網(wǎng)設(shè)備老化問題嚴(yán)重，同時(shí)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性較低。

隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用戶對于配電網(wǎng)的供電能力有了更高的要求。現(xiàn)階段，如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的形勢下發(fā)展配電網(wǎng)絡(luò)，是非常迫切的。配網(wǎng)規(guī)劃[1-8]方案的科學(xué)性、整體性和預(yù)見性，直接關(guān)系到配網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理可靠，進(jìn)而影響配網(wǎng)線損和投資效益。

本文以重慶市某縣城的新城區(qū)為例，在分析地區(qū)特色的基礎(chǔ)上，開展新城區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃，以滿足新城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用電需求。

1 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃的概況

1.1 新城區(qū)配電網(wǎng)的定義

新城區(qū)配電網(wǎng)指的是向一個(gè)市（州、地區(qū)）、縣（包括縣級市、區(qū)）轄區(qū)域內(nèi)的用戶供電的 110kV及以下各級配電網(wǎng)。

1.2 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃[2-6]的特點(diǎn)

政府相關(guān)部門往往已經(jīng)對新城區(qū)進(jìn)行了較詳細(xì)的用地規(guī)劃，新城區(qū)的用地性質(zhì)、建筑容積率等信息通常比較齊全，但是新城區(qū)范圍內(nèi)的歷史負(fù)荷、電量發(fā)展數(shù)據(jù)通常沒有，這使得新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃與其他規(guī)劃相比具有顯著的特點(diǎn)。

1.3 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃存在的問題

1）部分新城區(qū)前期規(guī)劃考慮過于粗糙，對于供電配套的前期考慮不足，致使后期供電問題不斷，使得新城區(qū)規(guī)劃尤為重要。目前的新城區(qū)規(guī)劃前期，城市規(guī)劃部門和供電部門各自規(guī)劃，未能共同制定切實(shí)可行的電網(wǎng)規(guī)劃方案，導(dǎo)致后期建設(shè)中矛盾突出，變電站站址、走廊通道等問題難以解決。

2）電網(wǎng)建設(shè)往往落后于城市建設(shè)，配電網(wǎng)建設(shè)滯后，供電能力不足，不能滿足負(fù)荷增長的要求。

3）配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，供電可靠性差。我國長期對主網(wǎng)的規(guī)劃較為重視，但對配電網(wǎng)缺乏統(tǒng)籌考慮，常常根據(jù)負(fù)荷增長情況，臨時(shí)決定線路布置，導(dǎo)致配電網(wǎng)布置不合理，除了城市中的部分配電線路實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)外，絕大部分配電線路都是樹枝狀分布，備用切換能力差，不滿足“N-1”安全準(zhǔn)則，供電的可靠性很差。

4）配網(wǎng)網(wǎng)損高，電壓合格率低。由于配電線路布置不合理，線路迂回交叉，供電半徑大，導(dǎo)線截面小，導(dǎo)致網(wǎng)損高，線路末端電壓低。

2 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃

2.1 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃的流程

配電網(wǎng)規(guī)劃是一項(xiàng)工作量大、難度高、涉及面廣的工作，其工作流程為：①收集配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)據(jù)資料，確保準(zhǔn)確詳細(xì)；②分析配電網(wǎng)的現(xiàn)狀，找出存在問題；③開展負(fù)荷預(yù)測及電力平衡分析；④規(guī)劃高壓變電站和配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；⑤投資估算及敏感性分析；⑥規(guī)劃成效及對上級電網(wǎng)的建議。

圖1 配電網(wǎng)規(guī)劃流程

2.2 新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容

1）電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

根據(jù)收資數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)狀電網(wǎng)的概況，對新城區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行全面分析，得出現(xiàn)狀電網(wǎng)存在的問題，為規(guī)劃提供思路。

2）負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測[7]有很多方法，比如：大用戶加自然增長法、人均用電量法、空間負(fù)荷預(yù)測法、趨勢外推法、類比法等，對數(shù)據(jù)的處理有各自的特點(diǎn)。其中空間負(fù)荷預(yù)測法適用于中遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測，人均用電量法主要作為校核方法。

（1）空間負(fù)荷預(yù)測法[8]

空間負(fù)荷預(yù)測法，也稱小區(qū)負(fù)荷預(yù)測法。具體來說，根據(jù)政府規(guī)劃部門對城區(qū)的規(guī)劃方案，通過搜集規(guī)劃區(qū)的用地規(guī)劃，與建筑部門用地規(guī)劃的負(fù)荷分類相對應(yīng)，然后用分類負(fù)荷現(xiàn)狀和規(guī)劃年的用地面積乘上相應(yīng)規(guī)劃年份的分類負(fù)荷密度得出分類負(fù)荷。

（2）人均用電量法

人均用電量法，也稱綜合用電水平法。根據(jù)地區(qū)人口和每個(gè)人平均年用電量來推算年用電量，城市生活用電按每戶的平均用電量來推算，工業(yè)和非工業(yè)等分類用戶的用電量按單位設(shè)備裝接容量的平均用電量來推算。現(xiàn)狀和歷史年的用電水平可通過典型調(diào)查和資料分析獲得；目標(biāo)年的戶數(shù)、設(shè)備裝接容量的預(yù)測值，可通過城市規(guī)劃部門的資料信息、外推法或參照國內(nèi)外同類型城市的數(shù)據(jù)或用外推法。

綜上，考慮到新城區(qū)為新規(guī)劃建設(shè)地區(qū)，且區(qū)域用地規(guī)劃成熟、數(shù)據(jù)齊全，故采用空間負(fù)荷預(yù)測方法（小區(qū)負(fù)荷密度法）進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，并采用人均用電量法校驗(yàn)。

3）電力平衡

負(fù)荷預(yù)測之后需要進(jìn)行電力平衡，根據(jù)規(guī)劃期的逐年負(fù)荷預(yù)測、各大用戶的接入方案、各發(fā)電廠的接入系統(tǒng)方案等，得到逐年的電力平衡結(jié)果，為網(wǎng)架規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

電力平衡計(jì)算時(shí)，步驟如下：已知由負(fù)荷預(yù)測得到的110kV公用最大負(fù)荷和35kV及以下小水電、自備電廠的裝機(jī)容量，前者減去后者得出計(jì)算負(fù)荷，乘以容載比后就是所需容量，所需容量減去電網(wǎng)實(shí)際容量就是需新增容量。35kV的電力平衡計(jì)算類似。

表1 110kV電網(wǎng)規(guī)劃年電力平衡表

參考國家電網(wǎng)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》中對110kV容載比取值范圍的界定，考慮該新城區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)，最終選取110kV容載比指標(biāo)：2.0～2.2。

4）高壓配網(wǎng)規(guī)劃

主網(wǎng)近期規(guī)劃銜接于高壓中遠(yuǎn)期規(guī)劃。一般來講，主網(wǎng)在每個(gè)大區(qū)域都已經(jīng)規(guī)劃了高壓變電站布點(diǎn)，對于主網(wǎng)的規(guī)劃結(jié)果我們一般可以直接引用，但是配網(wǎng)規(guī)劃具體工作中應(yīng)該向主網(wǎng)及時(shí)提出建議。在對新城區(qū)的中、遠(yuǎn)期高壓配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，必須以空間負(fù)荷預(yù)測結(jié)果為基礎(chǔ)，參考電力平衡結(jié)果，結(jié)合規(guī)劃區(qū)域區(qū)塊建設(shè)方向及時(shí)序來布點(diǎn)。布點(diǎn)的選擇還得考慮220kV及以上主網(wǎng)的影響，以保證110kV及35kV變電站的接入。

110kV電網(wǎng)網(wǎng)架應(yīng)簡化，一般采用內(nèi)橋、線變組等接線方式。電網(wǎng)應(yīng)滿足“雙電源”供電的要求。110kV網(wǎng)絡(luò)根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和規(guī)劃的220kV變電站情況，因地制宜采用“鏈?zhǔn)健焙头派湫拖嘟Y(jié)合的供電方式。每臺主變低壓側(cè)宜按10回出線配置，最多不超過12回。

變電容量的容載比應(yīng)按《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》規(guī)定進(jìn)行規(guī)劃，110kV系統(tǒng)容載比取2～2.2。

5）中壓配網(wǎng)規(guī)劃

中壓配電網(wǎng)規(guī)劃的整體原則如下：中壓配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)以建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)可靠、運(yùn)行靈活的網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)。注重主干網(wǎng)架的優(yōu)化以及各變電站之間的聯(lián)絡(luò)，為上級電網(wǎng)提供有力的轉(zhuǎn)供支持。在上級電壓已保證足夠供電可靠性的前提下，中壓配電壓的結(jié)構(gòu)可相對簡化；若上級電壓達(dá)不到供電可靠性的要求時(shí)，應(yīng)通過加強(qiáng)中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來保證達(dá)到各供電區(qū)要求的供電可靠性。

新城區(qū)中壓網(wǎng)架的組網(wǎng)很大程度取決于高壓變電站的多少及布點(diǎn)位置，中壓線路規(guī)模按照負(fù)荷大小來計(jì)算，線路路徑選擇主要依據(jù)道路網(wǎng)規(guī)劃，每個(gè)區(qū)塊的負(fù)荷決定了各路徑線路條數(shù)。在規(guī)劃中壓網(wǎng)架時(shí)必須考慮規(guī)劃區(qū)域的近期入住企業(yè)的供電，對于重要用戶的雙電源也應(yīng)該有所考慮。

中壓配電網(wǎng)的規(guī)劃思路如下：

（1）基礎(chǔ)網(wǎng)架構(gòu)建

以基礎(chǔ)年網(wǎng)架為基礎(chǔ)，參考該年續(xù)建項(xiàng)目構(gòu)建基礎(chǔ)網(wǎng)架。

（2）目標(biāo)年出線規(guī)模計(jì)算

根據(jù)新城區(qū)目標(biāo)年負(fù)荷水平為基礎(chǔ)，結(jié)合各分區(qū)類型、接線模式、設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)及原則以及各變電站實(shí)際情況，計(jì)及發(fā)展儲備系數(shù)和負(fù)荷不均衡系數(shù)，每回出線按照3.5～4MW的負(fù)荷水平進(jìn)行理論出線計(jì)算。

（3）負(fù)荷轉(zhuǎn)供方式及能力確定

新城區(qū)的中壓配網(wǎng)一般常用電纜“雙環(huán)網(wǎng)”、電纜“雙射式”幾種典型網(wǎng)絡(luò)接線。其中，電纜“雙射”作為“雙環(huán)網(wǎng)”過渡接線模式；在采用電纜“雙環(huán)網(wǎng)”接線方式時(shí)，應(yīng)首先構(gòu)建主干網(wǎng)雙線路，近期負(fù)荷密度較高時(shí)可一次性建設(shè)。中壓配網(wǎng)線路聯(lián)絡(luò)率達(dá)到100%。110kV變電站之間通過中壓配網(wǎng)轉(zhuǎn)帶負(fù)荷比例不低于80%。

（4）開關(guān)設(shè)備布置

10kV電纜單回線路掛接環(huán)網(wǎng)柜宜控制在 3～5座，應(yīng)按環(huán)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)。

（5）通道走廊規(guī)劃

電纜通道以排管為主，應(yīng)與城市道路網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)，單通道（除變電站出口外）主干電纜回?cái)?shù)不宜超過排管孔數(shù)的50%，埋深不小于70cm，在建設(shè)過程中宜按照環(huán)網(wǎng)構(gòu)建。

6）投資估算

投資估算參照2012年《國網(wǎng)公司輸變電工程典型造價(jià)指標(biāo)》，根據(jù)目前實(shí)際設(shè)備價(jià)格情況，進(jìn)行投資估算，并做敏感性分析。

7）規(guī)劃成效及對上級電網(wǎng)的建議

對網(wǎng)架進(jìn)行效果分析，對現(xiàn)狀電網(wǎng)存在問題的解決情況給予評估、供電能力評估、配電網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)改善情況、轉(zhuǎn)供能力評估等。

同時(shí)，對于大用戶建設(shè)時(shí)序變化以及區(qū)域結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來的負(fù)荷突變，應(yīng)對上級電網(wǎng)提出布點(diǎn)時(shí)序調(diào)整或新增布點(diǎn)等建議，使規(guī)劃網(wǎng)架具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 算例

針對高壓電網(wǎng)，新城區(qū)轄區(qū)內(nèi)無公用變電站；220kV線路共計(jì)5回，110kV線路共計(jì)7回，35kV線路1回。

針對中壓配網(wǎng)，新城區(qū)10kV線路有3回，其中：2回線路重載；2回主干線路偏長，主干線長分別為：10.32km、7.45km。

本次規(guī)劃采用美國加州WLSL星能電氣有限公司和重慶星能電氣有限公司開發(fā)的《CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析輔助決策軟件-空間負(fù)荷預(yù)測子系統(tǒng)》（www.ceesinc.cn），對新城區(qū)進(jìn)行了負(fù)荷預(yù)測。

計(jì)算得出2015年負(fù)荷為54.32MW；2017年負(fù)荷為97.57MW；2030年飽和負(fù)荷為181.17MW。具體如下：

表2 新城區(qū)最大負(fù)荷預(yù)測結(jié)果 （單位：MW）

圖2 2017年新城區(qū)負(fù)荷分布圖

圖3 遠(yuǎn)景年新城區(qū)負(fù)荷分布圖

通過電力平衡分析得出，新城區(qū)2013年110kV缺額容量為56.02～61.62MVA；2017年110kV缺額容量為195.14～214.65MVA。

分析得出新城區(qū)的高壓變電站布址及建設(shè)時(shí)序情況。其中，2013年新建110kV通惠變2×50MVA。2017年新建110kV玉龍變2×50MVA。至2030年，轄區(qū)內(nèi)共3座變電站，主變8臺，容量共計(jì)400MVA，間隔96個(gè)。

表3 新城區(qū)110kV主變?nèi)葺d比計(jì)算表

至2017年，新城區(qū)的容載比為2.05；至2030年，新城區(qū)的容載比為2.2，均滿足《導(dǎo)則》要求。

圖4 2017年中壓網(wǎng)架示意圖

2013—2017年期間，新出10kV線路26回，新建主干電纜線路99.89km，新建開閉所16座，環(huán)網(wǎng)箱78座。

2013—2017年新城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃共需投資2.45億元，其中，一次設(shè)備投資1.8億元，土建投資6503萬元。

圖5 遠(yuǎn)景年中壓地理接線示意圖

至遠(yuǎn)景年，共有3座110kV公用變電站向該新城區(qū)供電，共形成13組雙環(huán)網(wǎng)；每個(gè)變電站與周邊1～2個(gè)變電站形成聯(lián)絡(luò)，保證用戶的用電可靠性。

供電能力評估：至2017年，重要區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雙環(huán)網(wǎng)；大部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雙環(huán)網(wǎng)接線模式，小部分區(qū)域使用雙射接線模式。2017年電網(wǎng)規(guī)模有較大增強(qiáng)，綜合供電能力有顯著提升，實(shí)際供電能力提高了10倍。

投資效益評估：根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，2012到2017年增加電量 4.65億 kW·h，建成后每年可增加銷售收入14944.82萬元，按照平均電價(jià)為320.98元/千kW·h，預(yù)計(jì)10年可以回收成本。

根據(jù)新城區(qū)的配網(wǎng)規(guī)劃，對上級電網(wǎng)的建議如下：①建議拓寬電網(wǎng)建設(shè)融資渠道，保障中低壓電網(wǎng)建設(shè)。爭取政府、用戶等共同出資，推動(dòng)政府出臺相關(guān)政策，多渠道、多方面籌措資金，保障電網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行；②城市和綠化帶道路旁邊電力桿線入地工程由城建部門統(tǒng)一組織實(shí)施。電纜與架空線差價(jià)原則上由政府出資，對需入地的路段提前開展地下管網(wǎng)規(guī)劃，與道路建設(shè)同步進(jìn)行。

4 結(jié)論

綜上所述，新城區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃，需要深入調(diào)查分析電網(wǎng)現(xiàn)狀，科學(xué)合理地預(yù)測電力負(fù)荷需求，根據(jù)新城區(qū)功能定位及相關(guān)技術(shù)原則，規(guī)劃新城區(qū)的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并對電網(wǎng)提出建設(shè)意見，最終完成詳盡的電網(wǎng)規(guī)劃工作。新城區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃使得基建、技改、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝等工作充分結(jié)合，提高了配網(wǎng)建設(shè)工作的整體效率，有效地避免了重復(fù)投資。

[1]城市電力規(guī)劃規(guī)范. 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布GB/50293—1999.

[2]姜在興, 曹輝, 谷哲飛. 懷柔新城區(qū)核心區(qū)中壓配網(wǎng)規(guī)劃研究[J]. 中國電力教育, 2008(S3).

[3]戴雯霞, 黃健光. 江門城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)踐和探索[J]. 繼電器, 2006(11).

[4]袁媛, 李博. 配網(wǎng)規(guī)劃 如何適應(yīng)城市發(fā)展需要[N].國家電網(wǎng)報(bào), 2013(11).

[5]林潤均. 關(guān)于新城區(qū)市中心區(qū)配網(wǎng)及其配電自動(dòng)化規(guī)劃[D]. 華南理工大學(xué), 2010.

[6]陳光英. 縣城電網(wǎng)規(guī)劃淺議[J]. 農(nóng)村電工, 2003(3).

[7]甘德輝. 淺談配網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷預(yù)測的幾種辦法[J].農(nóng)村電氣化, 2001(11).

[8]樂歡, 王主丁, 肖棟柱, 等. 基于空區(qū)推論的空間負(fù)荷預(yù)測分類分區(qū)實(shí)用法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009(7).