基于變電站容量與間隔資源的配電網協調規劃

蔡 菲，歐陽武

0 引言

近年來南昌經濟快速發展，新報裝用戶接入需求越來越多，用戶專線或樓盤線路占用變電站間隔比例越來越高，而部分樓盤線路或專用線路負載率卻較低，造成變電站線路容量資源與間隔資源使用情況不匹配、公用網間隔資源緊張等問題，給南昌配電網的運行發展帶來了不利影響。因此，協調規劃變電站容量與間隔資源、公用網與專用用戶資源對于南昌配電網的經濟高效發展具有重要意義。

目前已有論文進行公用配網與專用配網協調性規劃研究[1，2]，以及中壓設備利用率及相關評價體系[3，4]的研究。這些研究側重于變電站專用線路的優化整合以及提高線路等設備利用率等方面，目前還沒有沒有從變電站容量以及間隔資源兩方面綜合協調規劃方面的研究。本文針對南昌電網變電站容量與間隔資源不匹配的矛盾情況，提出一種整體協調規劃方法，通過整合變電站間隔資源同時提高變電站容量利用率，提升變電站的運行效益。

1 南昌配電網變電站間隔資源現狀

1.1 匹配系數定義

從變電站運行安全性（N-1）及經濟性來看，變電站負載率一般在60%～70%范圍較合適，該負載情況下變電站10 kV間隔使用率接近100%，此時變電站容量及間隔資源利用效益最大。因此在不考慮負荷快速發展初期的特殊情況下，變電站的10 kV間隔使用率與變電站負載率的比值在1.4～1.7區間較為合理，說明變電站容量與間隔的使用相匹配。本文中定義匹配系數如式（1）：

分析匹配情況不合理的2種情況如下：

1）匹配系數大于1.7時，變電站10 kV側負荷較小，變電站10 kV線路負載率較低而10 kV間隔的使用率過高，間隔利用效率偏低；

2）匹配系數小于1.4時，變電站10 kV負荷與10 kV間隔的使用率較不協調，10kV負荷較大而10kV間隔的使用率較小，主變利用效率偏低。

1.2 南昌地區變電站匹配系數統計

統計分析南昌地區2016年度公用變電站容量與間隔資源使用的匹配系數如圖1所示。

圖1 變電站間隔使用率與負載率的匹配系數分布

以上統計分析可知，2016年南昌地區變電站容量與間隔資源利用情況最合理的變電站僅有12座。對于其余不合理的變電站情況分析如下：

1）匹配系數＞1.7的變電站數量超過變電站總數的60%，說明南昌地區重點需要整合變電站10 kV出線間隔，提升變電站間隔利用效率。

2）匹配系數＜1.4的變電站比例接近20%，這類主變容量利用效率偏低。對于重載的變電站，通過增加主變容量或者通過聯絡變電站轉移重載線路負荷。對于負荷不重的變電站，根據新增負荷需求合理新出10 kV線路來均衡負荷和間隔使用率。

2 南昌廣陽片區優化方案實例

2.1 廣陽片區現狀分析

廣陽片區西至昌東大道、東至創新二路、北至艾溪湖北路、南至廣陽路，區域面積為5.8平方公里，區域用戶以居住、商業為主，以行政辦公、教育科研等為輔。2016年區域最大負荷約為48 MW，區域內有一座110 kV廣陽變作為主供電源，負載率為36%，出線間隔利用率達100%，匹配系數為2.8，廣陽變間隔資源緊缺且使用率較低。

廣陽片區內共有28回10 kV線路供電，其中廣陽變出線24回，瑤湖變出線3回，京東變出線1回。經統計，區域內13回樓盤線路與6回專用線路負載率均小于30%，19回線路處于輕載狀態，線路容量利用率較低，廣陽變容量利用效率偏低。

2.2 示范區負荷預測

2.2.1 用戶報裝情況

目前廣陽片區已投運用戶有保利香檳、綠地新都會、方大上上城等大型樓盤、紫峰大廈以及高新公安分局、高新法院、高新公安分局、省氣象局等行政單位入駐。表1給出了廣陽片區用戶戶數及報裝情況，目前廣陽片區仍有10家新用戶待接入系統供電，但是區域內主供電源廣陽變已無間隔資源，用戶接入面臨困難。

表1 廣陽片區用戶報裝情況

2.2.2 負荷預測結果

預測方法：結合用戶報裝容量及樓盤戶數等數據信息以及規劃局提供的廣陽片區土地利用性質圖，采用空間負荷密度法對廣陽片區進行負荷預測。依據負荷預測結果及開閉所接帶負荷能力，將廣陽片區劃分為8個地塊，分別為A#-H#地塊，預測結果如表2與圖2所示。

表2 廣陽片區各地塊遠期負荷預測結果

圖2 廣陽片區負荷地塊劃分

2.3 廣陽片區規劃思路

堅持供用電一體化規劃，統籌使用用戶設備資源，由上及下，由遠及近，協調發展，打造城市新型區域可靠性配電網。

2.3.1 由上至下，協調發展

1）變電站供區：針對現狀變電站供區不明確問題，結合新建變電站的投運，劃分各變電站供區，明晰變電站供電范圍；

2）供電模式：針對變電站間隔緊張問題及負荷分布集中特點，提出“變電站-》開閉所（環網柜）-》配電間”三級供電模式，以提高變電站間隔利用率及供電可靠性。

3）開閉所供區：打破現狀樓盤專用線路供電模式，提出以開閉所供電為主的供電模式，按照單個開閉所7～8 MW（考慮N-1）的負荷接帶能力劃分開閉所供區，實行分區供電。

2.3.2 由遠及近，合理過渡

1）目標網架：結合區域發展特點，按照各類供電區域的相應標準，確定區域遠期目標網架。

2）近期改造方案：為節約投資，充分利用用戶及電網現有設備，以滿足用戶接入需求為目標，制定近期改造方案。

3）過渡方案：隨著負荷增長及供電可靠性要求提高，合理過渡至開閉所雙環網接線模式的高可靠性目標網架。

2.4 示范區規劃方案

2.4.1 遠期目標網架及管廊規劃

根據《南昌城區“十三五”配電網規劃》，廣陽片區內及區域附近至遠期規劃兩座110 kV變電站，分別為110 kV南塘湖變電站和紫陽變電站。

遠期廣陽片區主要由廣陽變、南塘湖及紫陽變三座變電站供電。共形成4組雙環網接線和5組單環網接線。廣陽片區遠期目標網架如圖3所示。

圖3 廣陽片區遠期目標網架

遠期廣陽片區管線規劃道路七條，分別為艾溪湖北路、昌東大道、創新二路、艾溪湖一路～艾溪湖四路，管線亙長為12.3 km，如圖4所示。

圖4 廣陽片區遠期管廊規劃

2.4.2 近期改造方案

針對日益稀缺的配電網間隔資源，應加強對間隔資源使用的管理力度。而如何利用有限的間隔資源來滿足日益增長的用電接入需求，則需有效的間隔資源整合優化方案，形成城市中心配電網間隔資源管理辦法，以實現對間隔資源使用的統籌規劃和科學決策。隨著城市電纜化的實施，電纜環網供電模式的發展，逐步將現有專線用戶公網化，將部分輕載專線合并以節約間隔資源，乃大勢所趨。

1）現有間隔資源優化整合。對實際使用容量不到導線最大輸送容量30%的現有樓盤公用線路或專線，通過建設開閉所或并柜的方式，推進對現有10 kV間隔資源的優化整合利用。

圖5 A號地塊近期改造方案對比圖

2）負荷密集區域，采用開閉所供電為主的供電模式集中供電。在大型樓盤或商業地帶等負荷密集區，新用戶采用開閉所供電模式，根據飽和負荷預測結果，按照單個開閉所7～8 MW的負荷能力接帶開閉所周邊用戶，實行分區供電。

圖6 B號地塊近期改造方案對比

3）從現狀“單間隔、單電源”的專線用戶中，選擇負荷較輕的用戶專線進行試點改造，形成環網供電模式。

圖7 E號地塊近期改造方案對比

4）10 kV間隔資源作為配電網的公共資源，優先用于公用網架的建設。

對配電網建設與改造接入系統方案，必須符合規劃。原則上，同一路徑方向存在輕載線路，不再考慮新出其它10 kV線路。

5）對申請變電站專線的用戶，先根據用戶用電設備容量、需用系數、飽和負荷校核報裝容量，控制接入變電站的用戶專線數量。

2.5 規劃成效分析

本文探索適合南昌地區的變電站間隔資源整合優化方案，以廣陽片區為案例，給出了示范區近期改造方案及遠期目標網架，規劃成效包括以下幾個方面：

1）節省配網投資。廣陽片區內變電站間隔已用盡，現有12家新報裝大用戶面臨難以接入系統的困難，若不進行間隔資源優化，則需要新建一座110 kV變電站為近期新報裝用戶提供間隔資源，通過本文中近期間隔資源優化整合方案，共釋放10回間隔，節約一座110 kV變電站的建設投資。

2）改善電網結構，提高供電可靠性。廣陽片區內28回10 kV線路中，9回公用線路中有3回為單輻射接線，13回樓盤公用線路中有7回為單輻射接線，6回專用線路中有5回為單輻射接線，總共15回單輻射接線，經近期改造后，除了4回專線外，其余單輻射線路均與其他線路形成聯絡接線，大大提高了樓盤、商業等用戶的供電可靠性。

3）提出了間隔資源使用指導原則。對實際使用容量不到導線最大輸送容量30%的現有樓盤公用線路或專線進行改造，通過建設開閉所或并柜的方式，推進對現有10 kV間隔資源的優化整合利用。在大型樓盤或商業地帶等負荷密集區，新用戶采用開閉所供電模式，根據飽和負荷預測結果，按照單個開閉所7～8 MW的負荷能力接帶開閉所周邊用戶，實行分區供電。從現狀“單間隔、單電源”的專線用戶中，選擇負荷較輕的用戶專線進行試點改造。對申請變電站專線的用戶，先根據用戶用電設備容量、需用系數、飽和負荷校核報裝容量，控制專用線路數量。

4）具有典型推廣意義。經統計分析，在南昌地區，還有艾湖變、瑤湖變、觀田變等6座220 kV變電站和撫生變、贛江變、象湖變等16座110 kV變電站存在該現象，將廣陽片區間隔資源優化整合方案在南昌地區進行推廣，可解決這一現象，大大節約配網投資。

3 結論和下一步工作建議

本文從示范區域區域配電網特點出發，提出具有推廣價值的間隔資源配電網優化規劃方案及典型供電模式，可有效指導城市配電網的規劃與建設。在下一步工作中有以下建議：

1）為提升配電網資源的利用效率，建議盡快出臺《配網資源管理辦法》，堅持規劃引領，科學指導變電站的間隔使用。建立規范的用戶接入標準和流程，認真審核用戶容量，同時明確在完成設備整改的基礎上，用戶出資建設后資產及運維責任無償移交至供電部門。

2）梳理專用線路現狀。了解每一個專線用戶的現狀，摸清線路走徑，對提高用戶供電可靠性，縮短電力故障搶修時間，以及合理規劃電網發展、優化區域電網架構有著極為重要的意義。因此，需在整理完善現有資料的基礎上，對年代久遠、電纜走徑資料不全的用戶設備，進行實地勘察，一一落實，為以后全局配電網資料的規范管理、網架優化打下堅實的基礎。

重點針對負載率長期較低的非重要用戶專線，通過評估和經濟效益分析，同時對原專線進行改造。優化現有變電站間隔使用效率。針對負載率長期較低的非重要用戶專線及公用線路，在不降低供電能力及可靠性的前提下，通過并柜或者改接至新建開閉所的方式，釋放變電站間隔，優化配網資源使用效率。

3）規范用戶專線命名。規范用戶專線命名原則及資產屬性，解決因用戶名稱不一致導致的不同部門資料沖突問題；理清專線用戶數量及間隔的使用情況；理清間隔現狀，區分專線用戶所占間隔資源及負載情況。

4）實行環網供電。可與現有用戶協商，通過給用戶額外提供一路電源，以提高用戶供電可靠性的方式，將用戶的專線資源公網化。通過增加電源，在提升專線用戶供電可靠性的同時，騰出空余的變電站間隔，解決因變電站出線不足導致的局部配電網過負荷問題，有利于電網網架結構的均衡。達到了專線用戶和供電企業雙贏的效果。

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