以提高供電可靠性為目標的配電網(wǎng)規(guī)劃分析

紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

以提高供電可靠性為目標的配電網(wǎng)規(guī)劃分析

紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

文中將配電網(wǎng)規(guī)劃的理論分析與實踐應(yīng)用相結(jié)合，展開配電網(wǎng)規(guī)劃前的現(xiàn)狀分析、負荷預(yù)測以及配電網(wǎng)規(guī)劃中的具體實施步驟。并對配電網(wǎng)規(guī)劃后經(jīng)濟性與可靠性進行評價。將配電網(wǎng)自動化和不停電作業(yè)與配電網(wǎng)網(wǎng)架相結(jié)合，形成配電網(wǎng)網(wǎng)規(guī)劃有方法、建設(shè)有目標的整體規(guī)劃布局。

供電可靠性；配電網(wǎng)規(guī)劃；配電自動化；不停電作業(yè)；模塊化

0 引言

提高供電可靠性是供電企業(yè)管理水平的綜合體現(xiàn)，雖有多種方法提高供電可靠性，但每種方法都有其自身的局限性。目前最有效的辦法是通過配電自動化和不停電作業(yè)提高供電可靠性，基層供電部門在配電自動化和不停電作業(yè)上花費了很大的精力但卻達不到預(yù)期的效果，主要因為配電網(wǎng)重建設(shè)輕規(guī)劃導(dǎo)致網(wǎng)架薄弱配電自動化和不停電作業(yè)不能將其自身特點最大限度的發(fā)揮出來[1-5]。文章分三部分闡述，下節(jié)主要講配電網(wǎng)規(guī)劃。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)網(wǎng)架是在配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上分期、分步進行建設(shè)的，配電網(wǎng)規(guī)劃是整個網(wǎng)架形成的基礎(chǔ)，根據(jù)其規(guī)劃的目標不同可分為長期規(guī)劃（目標網(wǎng)架）中期規(guī)劃和短期規(guī)劃，最終建成目標網(wǎng)架。目標網(wǎng)架是供電可靠性的基礎(chǔ)，同時也是能否配電自動化和不停電作業(yè)最大限度能否發(fā)揮出來的重要根基。總而言之網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)對供電可靠性起到?jīng)Q定性的作用[6-8]。

本文突出配電網(wǎng)規(guī)劃的實用性和可操作性，通過參照國家規(guī)劃導(dǎo)則和網(wǎng)省公司的規(guī)程要求，將配電網(wǎng)規(guī)劃工作模塊化、簡單化，可為基層配電網(wǎng)規(guī)劃提供參考，最后對網(wǎng)架建設(shè)給出合理化建議。

配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計工作的主要步驟包括：

（1）所需資料及歷史數(shù)據(jù)收集（基礎(chǔ)）；

（2）負荷預(yù)測及供電分區(qū)（核心）；

（3）現(xiàn)狀電網(wǎng)評估；

（4）確定規(guī)劃目標及技術(shù)原則；

（5）規(guī)劃設(shè)計方案制定；

（6）分析計算及技術(shù)經(jīng)濟比選；

（7）費用估算及經(jīng)濟分析；

（8）規(guī)劃報告編制。

1.1 配電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀分析

在對配電網(wǎng)進行規(guī)劃之前，需要對配電網(wǎng)網(wǎng)架現(xiàn)狀進行分析找出網(wǎng)架的薄弱環(huán)節(jié)（例線路過/重載、N-1假校驗、供電半徑過長、分段不均、絕緣化率等）進行分析后加以改造，對需要新增的部分結(jié)合市政規(guī)劃總體規(guī)劃進行合理布局。

收集資料階段：主要對供電轄區(qū)內(nèi)已有配電網(wǎng)架的基礎(chǔ)資料收集，包括轄區(qū)的面積、行政區(qū)域的劃分（供區(qū)劃分）、高壓電源點、線路分析、柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜/箱、變壓器等。

表1 供電區(qū)域劃分方法

圖1 政府界定的行政區(qū)（大區(qū)）

圖2 土地性質(zhì)相同的區(qū)域（中區(qū)）

圖3 三級中區(qū)內(nèi)若干個街區(qū)（小區(qū)）

首先對供電轄區(qū)內(nèi)的行政區(qū)域進行供電區(qū)域（A+，A，B，C，D，E）的劃分（見表1）。

參照轄區(qū)市政總體規(guī)劃通常分三級，一級為政府界定的行政區(qū)（大區(qū)），二級為行政區(qū)內(nèi)土地性質(zhì)相同的區(qū)域（中區(qū)），三級為中區(qū)內(nèi)若干個街區(qū)（小區(qū)）。如圖1、2、3所示。

再次對高/中壓設(shè)備進行分析。高壓電源點：主要針對轄區(qū)內(nèi)110kV變電站進行分析，分析內(nèi)容主要包括變電站容載比，變壓器的投運時間及供電半徑等。

在分析配電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域?qū)⒁延信潆娋W(wǎng)的現(xiàn)狀分布在地理信息圖上，如圖4、5所示。

線路分析：中壓線路（專/公共線）的條數(shù)，絕緣線/裸線和電纜的線徑和長度、掛接容量、線路的負載率（平均/最大）百分比、負載率、供電半徑、網(wǎng)架的聯(lián)絡(luò)化率、N-1通過率、平均分段數(shù)、接線類型等進行分析。柱上開關(guān)：開關(guān)數(shù)量/類型、種類、投運時間。環(huán)網(wǎng)柜/箱：土建面積、電源點數(shù)量、進出線間隔類型與數(shù)量、掛接容量、電操機構(gòu)。變壓器：型號、類型、用戶數(shù)。分析后對整體網(wǎng)架有了初步的了解。

圖4 高壓電源點分布圖

圖5 中壓電源點分布圖

表2 在不同負荷增長情況下的電網(wǎng)容載比建議值

表3 不同建筑類型的容積率取值

表4 不同行業(yè)的需用系數(shù)

表5 土地性質(zhì)相同區(qū)域（中區(qū)）的電量

圖6 S型曲線及增長率曲線圖

最后對網(wǎng)架進行分析：

（1）高壓電源分析：電網(wǎng)容載比根據(jù)年負荷平均增長率進行分析小于正常數(shù)值、不能通過主變N-1校驗、主變最大負載率超過70%應(yīng)考慮中壓線路負荷轉(zhuǎn)供問題（見表2）。

（2）中壓電網(wǎng)分析主要由三大類七小項組成：技術(shù)合理性包含（供電半徑過長、干線線規(guī)不統(tǒng)一、掛接配變?nèi)萘窟^大等），組網(wǎng)規(guī)范性（單放射、同站聯(lián)絡(luò)等），運行安全可靠性（負載較重、未通過N-1校驗等）。分析后對于存在問題的線路標記，在線路負荷預(yù)測后進行規(guī)劃網(wǎng)架時做調(diào)整。

1.2 負荷預(yù)測

配電網(wǎng)規(guī)劃最終目的是滿足需求服務(wù)負載，負載會影響網(wǎng)架的發(fā)展。目前兩種常用的預(yù)測方法為空間負荷預(yù)測何年電量平均增長率兩種方法。

對空間負荷預(yù)測的方法進行模塊化、簡單化做出說明。政府為了實現(xiàn)對現(xiàn)代化城市的管理，往往會以城市道路為分割線，將城市劃分為不同的功能區(qū)塊，例如教育區(qū)、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、商業(yè)區(qū)等。這些區(qū)塊有著不同的用電規(guī)律。按照城市的功能分區(qū)，切實做好負荷預(yù)測工作，為配網(wǎng)規(guī)劃提供必要的數(shù)據(jù)支撐[9-10]。

負荷預(yù)測是配電網(wǎng)規(guī)劃的核心。選取好負荷密度、容載比、同時率則是負荷預(yù)測的重中之重，衡量規(guī)劃質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。下面對三級區(qū)域的負荷密度選取做出模塊化處理。根據(jù)不同地塊的性質(zhì)選取不同的負荷密度。

再根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則Q/GDW 1738-2012》確定供電區(qū)域的負荷密度，通常供電區(qū)域（A+，A，B，C，D，E）劃分由市公司發(fā)策部確定，基層部門只需根據(jù)負荷密度選取適合管轄供區(qū)內(nèi)負荷密度的低、中、高方案范圍即可[11]。其次通過電量=負荷密度×面積×同時率×需用系數(shù)×容積率。（選取值見表3、4。）

再次根據(jù)轄區(qū)歷史用電量的統(tǒng)計，估算出增長量，區(qū)域的負荷成長特性與其發(fā)展階段密切相關(guān)，一般可分為慢速增長期、快速增長期和緩慢增長飽和期三個階段。這三個階段的長短與區(qū)域大小和建設(shè)進度有關(guān)，區(qū)域越大，每階段持續(xù)的時間越長，S型曲線越平滑；區(qū)域越小，每階段持續(xù)的時間越短，S型曲線飽和得越快，S型曲線及增長率曲線見圖6。

表6 空間負荷與年平均電量增長

表7 年電量平均增長率

表8 供電區(qū)域推薦的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

最后將空間負荷預(yù)測的結(jié)果與年電量平均增長率的負荷預(yù)測結(jié)果進行對比（見表6、7）。相差不大基本能達到負荷預(yù)測的目的。

圖7 架空線路單環(huán)網(wǎng)

圖8 電纜單環(huán)網(wǎng)

圖9 電纜雙環(huán)網(wǎng)

負荷預(yù)測的方法有經(jīng)驗預(yù)測方法、經(jīng)典預(yù)測方法、經(jīng)濟模型預(yù)測方法、時間序列預(yù)測方法、相關(guān)系數(shù)預(yù)測法、飽和曲線預(yù)測方法等。但為了提高預(yù)測的準確性通常需要兩種及以上的方法預(yù)測才能滿足配電網(wǎng)規(guī)劃的基本需求。同時負荷預(yù)測也是電網(wǎng)規(guī)劃的核心，網(wǎng)架的重中之重。

1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)規(guī)劃主要確定電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、線路走向、線徑的粗細、合理的分段、均衡的負荷分配等等。變電站通常在主網(wǎng)規(guī)劃當中已經(jīng)明確其數(shù)量和大致的區(qū)域，這里不占大篇幅說明。

配電網(wǎng)規(guī)劃只需要在變電站周圍明確電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為設(shè)計提供指導(dǎo)性建議即可，變電站出線數(shù)量根據(jù)用電量進行計算后確定。但一般110 kV變電站間隔在20～24個盡可能考慮全部公用線路，預(yù)留2～4個間隔作為“公用專線”（不建議專線用戶直接接入變電站占用公共資源，專線用戶可在變電站外設(shè)立開關(guān)站后統(tǒng)一接入）剩余間隔基本都可以當做出線間隔。

線 路走向主要以道路兩側(cè)為主，線路規(guī)劃盡量在原有線路的基礎(chǔ)上進行規(guī)劃，能夠節(jié)約成本，并通過兩個變電站之間形成聯(lián)絡(luò)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)根據(jù)供電區(qū)域類型選取適合自己轄區(qū)的網(wǎng)架，如表8所示。

初步規(guī)劃好線路的路徑后，對于主線/支線的線徑與線路的分段數(shù)參考下表進行選取，線路的聯(lián)絡(luò)開關(guān)通常在變電站供區(qū)的交匯處，線路的分段開關(guān)（三分段）應(yīng)考慮負荷均衡而不是距離的進行布點。

其次線徑和分段數(shù)選取完畢后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以參考下圖7、8、9。（注：如不考慮配電自動化下圖所有的負荷開關(guān)都可以換成斷路器。不考慮不停電作業(yè)時可進行同桿3回以上的架空布局。）

再次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)初步確定后，選取環(huán)網(wǎng)柜（開閉所）和環(huán)網(wǎng)箱（環(huán)網(wǎng)柜）各地叫法不同，這里不多做說明。

環(huán)網(wǎng)柜的數(shù)量以街區(qū)的負荷決定，能夠用于網(wǎng)架的環(huán)網(wǎng)和用戶負荷分配通常掛接容量為6～10 MVA最大轉(zhuǎn)供容量不宜超過15 MVA。考慮到設(shè)備的環(huán)境問題環(huán)網(wǎng)箱建議只對用戶進行負荷分配的作用，不建議用在環(huán)網(wǎng)當中。柱上變和箱變根據(jù)供電區(qū)域選擇合適的容量。

最后通過線路走向、開閉所布點、線路分段等將最終的目標網(wǎng)架畫出，如圖10所示，上述能夠解決基層崗位對配電網(wǎng)規(guī)劃的基本要求。

2 配電網(wǎng)建設(shè)

電網(wǎng)規(guī)劃后建設(shè)才是關(guān)鍵，基層供電部門往往規(guī)劃和建設(shè)脫節(jié)十分嚴重，造成投資重復(fù)、改造重疊等現(xiàn)象時有發(fā)生。主要原因有以下幾點：

（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不明確，重建設(shè)不重規(guī)劃；

（2）建設(shè)前期工作未做的到位，涉及到政策處理繁瑣，政策處理不下去，最終造成電網(wǎng)哪里方便建哪里。建成后再改造的局面時有發(fā)生；

（3）技術(shù)專職流動大、交接不到位出現(xiàn)技術(shù)斷層，行政干預(yù)技術(shù)頻頻發(fā)生；

（4）可研初設(shè)找不到項目報，綜合計劃對網(wǎng)架沒有針對性。

上述幾點是配電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)的主要問題，對此給出建設(shè)性方案：

（1）目標網(wǎng)架評審后原則上不再調(diào)整，在目標網(wǎng)架的基礎(chǔ)上分區(qū)分年實施建設(shè)；

（2）涉及到下一年電力廊道等政策處理問題，應(yīng)在第一年將方案提交至當?shù)卣块T，由政府部門統(tǒng)一召開管線廊道政策處理協(xié)調(diào)會出具會議紀要，給予下一年度電網(wǎng)架設(shè)政策處理有效的支撐；

（3）電網(wǎng)規(guī)劃模塊化的應(yīng)用能夠解決基層人員流動嚴重的問題；

（4）可研初涉根據(jù)轄區(qū)發(fā)展方向?qū)﹄娋W(wǎng)的分區(qū)分部實施，第二年綜合計劃建設(shè)內(nèi)容基本與目標網(wǎng)架一致；

圖10 目標網(wǎng)架

（5）用戶工程納入網(wǎng)架應(yīng)與目標網(wǎng)架一致，避免二次投資整改。

3 經(jīng)濟效益

配電規(guī)劃的收益主要體現(xiàn)在避免重復(fù)投資，最大限度的發(fā)揮出配電自動化和不停電作業(yè)的優(yōu)勢。通過配電一次網(wǎng)架優(yōu)化建設(shè)，提高設(shè)備利用率，節(jié)約保電成本，最終達到提高供電可靠性的目的。

全紹興行政區(qū)域面積為8279平方公里。供電區(qū)域面積為5357.79 km2。其中A類供區(qū)面積為139.37 km2，B類供區(qū)641.72 km2，C類供區(qū)1243.2 km2，D類供區(qū)3333.5 km2。目標網(wǎng)架建成后各供區(qū)全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%

2016年全紹興城市供電可靠率RS1為99.9587%農(nóng)村供電可靠率RS1為99.8662%。全口徑供電可靠率為99.8883%，由全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%可預(yù)測提高到99.9676%。

經(jīng)濟效益增售電量效益=R×Q×P 式中：R 為供電可靠率，Q為年供電電量；P為銷售電價。全口徑供電可靠率為99.8883%提高到99.9676%。按照2 0 1 5年度紹興地區(qū)售電量 425.75 億kWh，綜合電價 0.6 元/kWh計，則實施目標網(wǎng)架一年增售電量帶來的經(jīng)濟效益為20.26億元。

隨著目標網(wǎng)架逐步建后不停電作業(yè)和配電自動化的優(yōu)勢也逐漸發(fā)揮，其中配網(wǎng)不停作業(yè)年增售電量帶來的經(jīng)濟效益約1367.8萬元。目標網(wǎng)架建設(shè)完成后增售電量帶來的經(jīng)濟效益約 206.1萬元。

其他經(jīng)濟效益主要有：凸顯企業(yè)的社會責(zé)任、提高員工的工作效率、降低重復(fù)投資帶來的經(jīng)濟損失、提高客戶的滿意度等，暫不做數(shù)據(jù)統(tǒng)計。綜上所述規(guī)劃是網(wǎng)架的基礎(chǔ)也，網(wǎng)架是供電可靠性的基礎(chǔ)，也是能否最大限度的發(fā)揮出不停電作業(yè)和配電自動化自身特點的基礎(chǔ)。

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