基于海綿城市的配電網設計理念與思路

呂 文

（國網湖北省電力有限公司武漢供電公司，武漢 430000）

近年來，城市化進程的快速發展引發了一系列城市水問題，如城市內澇頻發、水環境嚴重污染、水資源短缺、水土流失、生態環境破壞等。國務院辦公廳2015年印發《關于推進海綿城市建設的指導意見》提出，通過“海綿城市”建設，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，最大限度地降低內澇發生的風險。在全國范圍內開展海綿城市建設試點評選工作，并產生了包括湖北某市在內的首批16個試點城市。

某市以示范區海綿城市建設為起點，在全市推進海綿城市建設。至2020年，實現某市20%建成區達到海綿城市建設目標要求。其中為滿足海綿城市建設中最后一個“排”環節的目標要求，近期內澇防治系統性骨干工程的3大系統工程分別是出江泵站工程、骨干通道工程和湖泊調蓄工程,其中近期出江泵站工程將新改擴建14個水系的出江泵站共18座，新增出江規模1 038.5 m3/s。初步測算新增排澇水泵電機總裝機容量約14~22萬kW，分散在某市發展區總用地面積約3 261 km2內。

1 建設海綿城市配電網規劃設計難點

從環境角度來分析，海綿城市實際操作面臨的復雜性、科學性和功能性的挑戰不是一個量級。需要定量的分析報告才能去執行，具體如下[1-3]：

（1）各個精細地塊的設計最大降雨量、流向及特點。

（2）當前軟硬質地表對應的雨水阻滯能力，對比對應的各種海綿城市策略下的單位地塊的雨水阻滯能力，實施的可行性。

（3）針對現有設施和降水記錄的調研與數據報告。

（4）基于以上數據的降雨滯排數學模型。

（5）在數學模型指導下的規劃設計策論。

與此同時，從電力需求角度分析，此類特殊電力用戶的主要特點是：①建設周期緊；②單機容量大；③用電間歇長；④可靠性要求高。

目前電網企業面臨的主要困境是：①供電方案論證時間短，難以確保方案最優；②需兼顧周邊其他電力用戶對電能質量的要求；③大量輸配電資源閑置或緊張；④電網薄弱區域難以滿足用戶可靠性要求。

而泵站工程供電方案通常需要根據當地電網情況、經濟條件、發展規劃和工程本身特點等多方面因素進行綜合設計與選擇，因此提升配電網規劃的科學性和精準性，為解決特殊用戶的供電難點，具有極其重要的意義。

2 推進海綿城市建設跨界規劃的需要

由于我國海綿城市建設剛剛起步，現階段相關規劃涉及的主要內容、指標體系、關鍵技術及措施等的科學性和合理性不足，這導致許多城市在進行海綿城市建設時，出現對控制目標把握不準確、控制指標無法落實，以及各行業、各專業各自為政和建設工作進程緩慢等諸多問題[4-5]。

針對這一現象，首先需要開展海綿城市建設專題研究，對總體戰略、實施計劃等進行系統分析，然后指導城市排水防澇、城市水系、道路交通及電力設施等專項規劃，以及控制性詳細規劃和修建性詳細規劃的修編，在各層級規劃中提出落實海綿城市建設要求的內容和方法（圖1），從而完善規劃體系，加強對城市雨水管理、防洪排澇工作的力度，將總體思路滲透到各規劃中時較易操作，但其所涉及的學科范圍跨度較大，對各專業間的需求研究、各部門間的統籌協調等提出較高的要求。

圖1 海綿城市專項規劃與其他法定規劃的關系示意圖

城市總體規劃作為頂層設計，在城市總體布局時需明確海綿城市建設的總體目標及相關指標，編制海綿城市專項規劃，對現有的城市各相關專項規劃、控制性詳細規劃及修建性詳細規劃進行修編，同時調整自身的不足，最終將海綿城市建設的理念融入到各類專項規劃中。

而建設海綿城市最終要有效解決排澇問題。城市用于排澇的泵站設備平時往往處于停用狀態，許多城市忽略了用于排澇泵站的配電網規劃或在規劃設計中考慮不足。當發生的災害是百年不遇的洪水時，就會因配電網規劃設計缺陷，造成部分用于排澇的泵站沒有可靠的供電，因而造成更大的經濟損失。

表2呈現了樣本校研究生批判性思維特質測查分數的總體情況。從表2可以看出，這2 365名研究生批判性思維特質的總體得分均值為274分，標準差為27分，最高分為405分，最低分為201分，極大值與極小值間的差距為204分。其中求知欲和分析能力的得分均值最高，均達到40分以上。尋找真相維度的得分均值最低，為36分。

3 對國家“五大”發展理念應答的需要

創新、協調、綠色、開放、共享“五大”發展理念被視為關系我國發展全局的一場深刻變革。

創新是靈魂，規劃設計要與當地政策結合，要與實際問題相結合，要應當突破過時的、不合時宜的條條框框，在新理念的指導下，將規劃設計做得更能解決問題、更能節約資源且更能造福社會。

協調是先導，規劃設計應當做到頂層設計、團隊合作及內外交流相統一。頂層設計決定著項目的深度、規模和廣度，海綿城市的建設離不開多行業、跨專業間的團隊合作和內外交流。建設海綿城市需要杜絕“各人自掃門前雪”似的“為海綿而海綿”“為規劃而規劃”，不僅堅持“管得寬”，而且“管得遠”。將城市基礎設施建設、域外引水工程及城市排澇工程等舉措協同推進，并將各類項目需求納入配電網規劃范疇統籌考慮。

綠色是精髓，規劃設計應當堅持做到節約資源和保護環境，以“用戶需求的精準定位為導向”的前提下樹立規劃的理念。加快建設資源節約型、環境友好型社會，形成人與自然和諧發展的現代化建設新格局。

4 建設海綿城市配電網規劃設計創新的內涵和主要做法

4.1 確立建設海綿城市配電網規劃設計創新的目標、方式和方法[6-7]

4.1.1 目標

配電網規劃積極響應國家建設海綿城市的號召，合理運用海綿城市技術精髓，在規劃原則中對變電站建設形式提出明確指導意見，實現變電站建設綠色環保、無公害生產。同時以特殊用戶的用電需求為出發點，結合電網情況、經濟條件、發展規劃和工程本身特點等多方面因素進行綜合規劃設計，達到為用戶提供高供電可靠性、高電能質量和高品質電力相關服務并考慮項目整體經濟性的目標，實現多方參與共贏、社會效益最大化。

4.1.2 方式和方法

建成區以問題為導向，針對問題，系統治理；新建區以目標為導向，高標準設計、提前布局和超前建設。

（1）將海綿城市理念融入變電站建設。根據變電站工藝要求及實際情況，現今站內均采用高智能無人管理的智能化運行模式，變電站對雨水的處理回收利用率不高，參照海綿城市理念，對變電站建設，特別是在降雨多、雨量集中地區修建的變電站，應在下滲、滯蓄技術方面進行改善，提高變電站站區內的透水地面及綠化率，加強地面入滲，以減少地面徑流匯水，消弱暴雨洪峰季節雨水匯流排放量，減輕站區內漬、排澇負擔，同時也能保持良好的地下水補給，實現水土保持、水生態自平衡及低環境影響的目標。

（3）建立統一平臺，做好現行多規對比分析。通過統一的地理信息系統管理平臺，實現規劃“一張圖”，統一各行業數據標準和成果，實現規劃數據交互與共享。優化規劃實施運行環境、統籌需求及能力等要素，充分理解海綿城市建設意圖，實現多行業跨專業信息的展示、查詢、動態更新與實時共享。

4.2 為特殊電力客戶做好“望”“聞”“問”“切”，強化用電“體檢”的權威性和檢后“診療”的專業性

目前某供電公司開展用電“體檢”工作，對客戶的用電設備安全狀況、供電可靠性及設備運行管理等方面進行全面檢查診斷和評估，建立了客戶用電設備健康檔案，為客戶安全用電、合理用電和經濟用電提供幫助。同時在此類工作中也針對24家泵站用戶的現有的供電方式、供電能力和設備健康水平進行評估。受歷史條件影響，近1/3的用戶存在不合理現象。例如單電源供電、容量與電壓選擇不匹配、重復降壓及夏季高峰時電機啟動困難等，這些問題將對城市防汛排澇工作埋下隱患。考慮到海綿城市建設中最后一個“排”環節的目標要求，不僅要對現有泵站用戶面臨的問題進行整改，還要超前謀劃未來3年近14~22萬kW的新增排澇水泵電機總裝機的供電方案，對每一家特殊電力客戶量身定制適合各自特點的解決方案。

對于此類泵站用戶傳統的供電方案的流程往往是：一是用戶提需求，僅根據報裝容量大小，選擇電壓等級；二是根據周邊現有電網資源擬定接入電網方案。這樣做存在的問題包括：一是投資過大、經濟效益差，不僅對用戶而言單個項目經濟性差，而且有時大量電網資源會出現閑置或緊張的問題；二是供電方案本身對供電能力的評估不足，導致用戶設備在使用時無法達到設計要求，存在泵站主電機啟動困難；三是對周邊其他敏感電力用戶對電能質量的要求產生不利影響，造成其他間接經濟損失。

而建設海綿城市配電網規劃設計為徹底解決此類問題，從源頭改進傳統做法，深入用戶需求，對用戶提出的用電需求溯源，充分了解用戶特點對配電網規劃工作的要求，從系統的角度來選擇方案，優化方案，對每個特殊用戶的用電需求，通過運用一體化電網規劃設計平臺和電力系統計算分析軟件進行建模、仿真計算，論證出合理的技術方案，并對多個解決方案進行技術經濟和SEC比選后，得出最優規劃設計方案。

另外在規劃中引入先進的預防維護體制管理理念，強調提高排澇設備對異常電壓、異常電流及異常環境的承受能力，制定合理的運行方式、檢修模式和監測機制，確保排澇泵站的供電連續性。同時將規劃設計與運行、檢修和監測工作緊密結合，使設計滿足建設海綿城市需求。

特別是在對用戶進行供電方案設計時，一是要考慮變電站（開閉所、環網柜）的標高要依據當地狀況開展差異化設計，按百年難遇洪水水位考慮變電站（開閉所、環網柜）的站址，確保變電站能夠在大規模自然災害情況下保持正常供電，確保城市排澇泵站的可靠供電。二是考慮泵站電源的可靠性需求，對泵站進行等級分類，根據配電網規劃中的泵站等級分類：一、二級重要用戶和普通用戶（一般指村級泵站），對于二級以上重要用戶，在供電方案設計中為用戶配備兩路以上電源，防止泵站失去電源無法對外排水。

某市是具有濱江、濱湖特色的現代化城市，城區湖泊眾多，水網密集，地區排水存在設計標準低、排水設施不完善、湖泊和渠道的水位不能得到有效控制、排水系統對城區供水安全構成威脅等問題。針對為解決以上問題而新建的大型泵站，配電網規劃實時跟蹤并為該類特殊電力用戶量身定制最優供電方案、提升其供電可靠性。從而為提升該市特殊地區的排澇能力、保障城市居民供水安全、改善水環境及滿足城市可持續性發展提供了有效的服務。

5 創新工作機制，實現跨專業協同，提升企業管理水平

開展建設海綿城市配電網規劃設計管理創新工作以來，發策、營銷、運檢和規劃設計等部門崗位職責得到進一步明晰，信息共享成為常態，專業壁壘得到消除，持續提升公司經營管理水平與業務運營效率。

創建“外部聯絡、內部協同”的工作機制，一方面，做好外部聯絡溝通工作，按照“專業歸口、分級負責”的原則，某市供電公司各部門單位按職責與對口市區級政府的規劃、市政、水務和利益相關方溝通聯絡，實時參與重點開發及試點區域的設計聯盟。另一方面，通過橫向協同的方式，成立了以公司領導為組長、發展策劃部為規劃牽頭、經濟技術研究所為研究主力，以及建設部和設計院為實施主體，各專業部門協同配合的工作機制，形成一套分工明確、數據共享及協調統一的配電網規劃設計與實施工作體系。

6 落實規劃要求，提升專業理論研究水平

配電網規劃按照對供電可靠性的要求分類，將電力用戶分為重要用戶和普通用戶；按照對電能質量影響分類，將電力用戶分為特殊用戶和普通用戶，并針對不同的用戶提出了相應的接入要求和設計原則。在具體的排澇泵站用戶工程供電方案研究中，隨著排澇標準的不斷提高，大量的大型電機增加到系統中，這種趨勢對電力系統起動大型電機的能力提出了更高的要求，而大型電機的起動過程會嚴重影響小型電力系統的穩定運行。為落實配電網規劃要求，在工程實際中，應用ETAP軟件，建立系統拓撲圖，輸入相應元件數據，實現對電機靜態、動態起動仿真計算，得到直觀的曲線和報告，從而減少了供電方案論證環節的工作量，制定出合理的供電方案，為泵站用戶供電方案的答復節省時間，有效提升了專業理論的研究水平。

7 結束語

海綿城市還能起到緩解城市熱島效應、雨島效應等作用，修復和治理城市生態環境，構建綠色健康和諧的生態體系，另外，海綿城市建設中的透水鋪裝、雨水花園和綠色屋頂等技術手段，還能增加城市美觀度，提高城市品位。本文促進配網規劃設計與最新海綿城市設計理念相結合，實現電網規劃設計有續進行，以達到電網網架堅強可靠和可持續發展目的。