同步城市發展的電網布局規劃

秦茹靜

(北京恒華偉業科技股份有限公司，北京 100011)

同步城市發展的電網布局規劃

秦茹靜

(北京恒華偉業科技股份有限公司，北京 100011)

總結了適應城市發展的各電壓等級電網的電網結構以及電網結構的過渡方案，在規劃階段確保電網建設方案能夠靈活過渡到目標電網。同時給出了適用于城市分區控制規劃的負荷預測模型，預測出片區負荷的數量和位置。

電網規劃；負荷預測；同步城市發展

0 前言

城市的發展和規劃要求應有與之相配套的城市電網支持[1]，而城市電網建設也需要城市規劃為其安排必要的變配電設施和供配線路的用地空間。土地資源的緊缺導致電網建設的難度越來越大，變電站布點、電力通道建設將越來越困難。電網規劃和市政規劃需協調同步[2]。與城市發展同步的電網應滿足如下要求[3]：

1)提高電網供電能力，與負荷增長同步并適度超前，具備向各級用戶供電的能力，滿足各類用戶負荷增長的需要；

2)提高供電可靠性，滿足日益增長的安全可靠供電的要求；

3)環境友好，資源節約，集約發展，降低網損，減少占地；

4)合理安排建設資金和建設時間；

5)提高電網規劃的科學性、前瞻性、可操作性和靈活性；

6)爭取政策支持，建立電網建設綠色通道。

7)本論文重點闡述與城市發展同步的各電壓等級電網規劃相關內容。

1 負荷預測方法研究

電網的供電能力要與負荷增長同步并適度超前，具備向各級用戶供電的能力，滿足各類用戶負荷增長的需要。因此，科學合理的負荷預測是關鍵。準確地預測負荷增長的數量、位置和時間是合理安排建設資金和建設時間的重要因素。為提供負荷預測增長位置的信息，需要對預測區域在空間上進行分區。

1.1 負荷的分區模型

根據規劃目的和范圍的不同，負荷預測分為規劃分區、功能分區、街區三個層次進行。

將規劃范圍分為若干規劃分區，每個規劃分區細分為若干功能分區，功能分區分為若干街區。分區間的包含關系，規劃分區由功能分區組成，功能分區由若干街區組成，如圖1；空間劃分與層次負荷之間的對應關系如圖2所示：

圖1 分區劃分的包含關系

圖2 空間劃分與層次負荷的對應關系

從負荷預測角度，街區的負荷預測實質上是配變負荷的預測；功能分區負荷預測實質上是饋線負荷的預測；規劃分區負荷預測實質上是變電站負荷的預測。

從電網規劃角度，配變的臺數及容量取決于街區的負荷預測結果；饋線的條數、中壓配網結構取決于功能分區的負荷預測結果；變電站的臺數、容量取決于規劃分區的負荷預測結果。

1.2 負荷預測的層次模型

由于負荷曲線的疊加特性，規劃分區的最大負荷不是所屬功能分區最大負荷之和，需考慮同時率；功能分區的最大負荷不是所屬街區最大負荷之和，需考慮同時率。街區的最大負荷不是建筑電氣負荷預測值的簡單疊加，需同時考慮需用系數和同時率系數。負荷預測層次模型的提出是為了解決不同分區間負荷預測值疊加時同時率參數的選取[7]。

如圖3所示，配電網節點負荷分為：變電站負荷、饋線負荷、低壓線負荷和進戶線負荷。

圖3 住宅小區配電系統典型結構

圖4 節點負荷的層次結構和同時率關系圖

由圖4可以看出，層次負荷間上下層之間存在著同時率的關系，從而得到層次負荷之間的相互關系模型。變電站間的負荷考慮同時率后的最大負荷為片區負荷。

2 500 kV電網布局研究

環型結構和網格型結構為城市500 kV電網普遍采用的電網結構型式，有其合理性和必然性。環網結構的特點是環網上變電站間相互支援能力強，便于從多個方向受入電力，便于采取解環或擴大環網的方式調整結構。網格型結構的特點是線路短、相互支援能力更強、網架堅固，便于多點受入電力，便于擴大電網或通過解開聯絡線的方式調整網架結構。缺點是短路電流難以控制，難以通過采取解列電網的措施控制事故范圍。

500 kV電網的目標網架宜根據城市的地理環境、土地性質，結合電廠的布點，在城市外圍最終形成雙環網或C型 (U型)環網的大框架。在條件不具備的城市，可將形成網架的范圍往外擴展，與臨近地區的變電站或電廠形成雙環網或C型 (U型)環網結構，同時要控制接入雙環網主網架的變電站數量，條件具備時，新建的變電站應盡量按終端變電站考慮。500 kV電網建設的過渡期間，可以考慮建成不完全雙環網、單環網、C型或U型環網，當條件成熟時，逐步完善網架成為雙環網，提高供電可靠性和電網安全穩定性。

環型結構在形態上可分為單環網、C(U)環網 (半環網)和雙環網，分別對應城市電網發展的不同階段，單環網和半環網可以很容易地過渡到雙環網。

網格結構從形態上可分為日字型、目字型、田字型和網絡型，由圍繞城市多個中心區或多個城市的500 kV環網疊加而成。日字型、目字型、田字型和網絡型對應城市擴展的不同階段，過渡方式為雙環網-日字型-目字型-田字型-網絡型。

隨著城市的發展、負荷的不斷增加，500 kV電網結構在形態上可由單環網或半環網逐步過渡到雙環網、日字型、目字型、田字型和網絡型結構。

3 220 kV電網分區和電網結構模型

根據220 kV分區規劃運行和電磁環網解環的要求，研究220 kV電網分區原則和分區類型。分層分區是指打開電磁環網，按電網的電壓等級將電網按供電能力劃分出若干包含不同結構層次的供電區域，在各區域內根據電力負荷安排相應的電力供應，形成區域內電力供需大致平衡[8]。也就是說，分層分區是相對不同等級電網而言的，具體到500/220 kV電網系統，在運行時兩座500 kV變電站的供電區域之間只有500 kV電壓等級的聯絡潮流，而沒有220 kV電壓等級的潮流流動，形成每座500 kV變電站單獨帶一片220 kV電網各自為政的運行格局。

不同類型的分區內部電網可采用不同的結構。220 kV電網結構可分為獨立分區電網結構和互聯分區電網結構兩類。

在220 kV電網獨立分區規劃時，應重點考慮如下電網結構：

1)由500 kV變電站不同母線的220 kV出線組成鏈式或環網結構；

2)由500 kV變電站220 kV出線和220 kV地方電廠組成鏈式或環網結構；

3)由500 kV變電站220 kV出線的不同母線組成鏈式或環網結構，再與220 kV地方電廠連接，即1)和2)的組合。

據此推薦獨立分區三種電網結構，雙放射結構、雙鏈結構和自環網結構。

互聯分區存在兩個及以上500 kV變電站作為分區電網的電力下載通道，若干220 kV地方電廠作為分區電網的電源支撐。根據220 kV電網分區的可靠性原則，為保證220 kV電網的運行可靠性，互聯分區內部宜采用環網運行。因此，在220 kV電網獨立分區規劃時，應重點考慮如下電網結構：

1)由不同500 kV變電站220 kV出線組成鏈式或環網結構；

2)由不同500 kV變電站220 kV出線或相同變電站的不同母線出現組成鏈式或環網結構，再與220 kV地方電廠或其它500 kV變電站相連；

3)通過1)和2)的組合，形成日字形、目字型、田字形或網絡結構。

4 110 kV電網規劃模型研究

根據變電站結構和主變臺數的不同，提出兩臺主變和三臺主變條件下的110 kV電網結構序列，重點分析這些電網結構的應用場合和不同結構的過渡方案。

110 kV電網采用環網布置，開環運行的方式，目的是避免與220 kV電網形成電磁環網，從而形成以220 kV變電站為獨立電源點的110 kV電網。同時110 kV電網接線應力求達到運行靈活、經濟，電網接線簡單，網架適應性強，層次清晰。由于110 kV電網網絡接線形式繁多，以下主要根據變電站最終規模的不同，結合各種接線模式與主變臺數、變電站主接線的合理搭配，介紹以下幾種常用的電網接線形式。

表1 110kV變電站 (兩臺主變規模)典型接線模式

表2 110kV變電站 (三臺主變規模)典型接線模式

網架過渡有以下幾種情景：

情景一：兩線一變 (單電源)→三線兩變→四線兩變→四線三變

情景二：兩線一變 (雙電源)→兩線兩變(雙電源)→四線兩變→四線三變

情景三：六線兩變→六線三變

情景四：四線兩變→四線三變過渡

5 10 kV電網規劃模型研究

城市配電網絡的發展與負荷以及城市經濟的發展密切相關，城市不同發展階段和不同區域對配電網接線的要求也不盡相同。總體來講，配電網接線模式分為輻射、環網、網絡和多回路平行四種結構。輻射網由于缺乏故障后轉供能力，可靠性較差，在配電網規劃模型中基本不采用；環網接線和網絡接線是兩種主要采用的中壓電網接線模式，其中環網接線包括雙射網、單環網和雙環網，網絡接線包括#字型和4?6接線。

同步城市發展的中壓配電網的規劃、建設和改造已成為電力發展的一項十分重要的基礎工程，其中電網接線模式的選擇是一個十分重要的問題。

1)架空線路避免復雜接線，推薦采用手拉手簡單接線模式。

2)電纜接線可采用單環網、雙環網、平行直供，以雙環網為主。

3)當饋線容量控制在10 000 kVA時，最優運行狀態下，電纜饋線的配變綜合負載率為43%左右；而架空饋線為36%左右，低于電纜系統。

4)饋線安全電流控制在460 A時，手拉手接線的架空線配變裝機容量應限制在10 000 kVA。

5)饋線安全電流控制在400 A時，單環網、雙環網、平行直供結構配電網的饋線裝設容量宜控制在8 000 kVA；安全電流控制在500 A時，配變容量宜控制在10 000 kVA。

6)可根據用戶重要性和報裝容量大小等因素選擇相應的線路接線模式和用戶接入方式，并隨著城市的發展做靈活調整。

6 結束語

根據城市規模及負荷發展情況，適時增加500 kV變電站布點。在發達城市中心城區建設500 kV終端變電站 “中心開花”的電網布局使遠景電網結構更為合理，不僅緩解了中心城區220 kV樞紐站的供電壓力，也有利于對現有設備的充分利用，對遠景市中心負荷超常規增長也有較強的適應性。

220 kV電網遠景發展方向可概括為 “分區分片、局部成環、廠站配合”。適時解環，采取分區分片運行的結構，220 kV各分區電網在正常方式下應保持相對獨立運行、不與500 kV線路構成電磁環網，在事故方式下可以相互提供支援。

110 kV高壓配電網遠景發展的方向可概括為“簡化接線，放射為主，雙向供電”。110 kV高壓變電站布局規劃宜考慮 “先布點，后擴建”的原則。

10 kV中壓配電網的發展方向是： “加強環網，增強互供，縮短半徑”。城市中心城區以單環網和雙環網電纜接線為主，重要用戶負荷采用平行直供接線模式，中心城區以外區域以架空絕緣線路為主，采用手拉手接線模式。配電網網架應滿足系統安全可靠的要求，加強站間聯系，增強互供能力。

綜上所述，同步城市發展的電網布局規劃，應該形成 “220 kV強-110 kV弱-10 kV強”的網架結構。互聯輸電網擁有堅實的安全基礎，高壓配電網結構相對簡化，充分利用中低壓配電網的可靠互聯結構、負荷轉移能力和變壓器容量裕度，實現終端用戶的高供電可靠性。

[1] 藍毓俊.現代城市電網規劃設計與建設改造 [M].中國電力出版社，2004.

[2] E.Lakervi，E.J.Holmes，著，范明天，張祖平，等，譯.配電網絡規劃與設計 (Electricity distribution network design) [M].中國電力出版社，1999，8.

[3] 中華人民共和國能源部，建設部.城市電力網規劃設計導則 [Z].1993.

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[7] 楊江.中壓配電網規劃模型研究 [D].南昌大學，2009. [8] 李民.鎮江電網分層分區運行的研究 [D].東南大學，2006.

Review on Power Network Layout Planning for Synchronized Development of City

QIN Rujing
(Beijing Forever Technology Co.，LTD.，Beijing 100011，China)

Construction of the power network should be constructed with city development synchronoThis paper summarizes the power network of each voltage grade adapted city development and it’s transition scheme，at the planning stage ensures the power network can flexible transition to the target network.This paper also gives load forecasting model adapted the city zoning control planning，forecasting the number and location of load.

network planning；load forecasting；synchronized development of the city

TM715

B

1006-7345(2015)05-0053-04

2015-12-16

秦茹靜 (1981)，女，碩士，工程師，北京恒華偉業科技股份有限公司，從事電網規劃和系統接入工作 (e-mail) 13511060228 qinrujing＠126.com。