35kV電網(wǎng)本質(zhì)安全提升研究

賀一博，黃曉勇，郭瑞鋒，劉小波，郭 博

(國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司商洛供電公司，陜西 商洛 726000)

0 引言

2021-08-06，國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司和陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司融合設(shè)立的國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司揭牌成立，陜西電力開(kāi)啟新征程。

兩網(wǎng)融合后，35 kV 電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，暴露出電網(wǎng)布局不合理、交叉供電、電網(wǎng)冗余、可靠性差等一系列問(wèn)題。對(duì)此，需要全面整合兩網(wǎng)資源，充分挖掘電網(wǎng)潛力，提升設(shè)備利用效率，減少用戶停電時(shí)間，提升電網(wǎng)安全水平，強(qiáng)化電網(wǎng)本質(zhì)安全與運(yùn)行安全，為更好地構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)打下基礎(chǔ)。

因此，對(duì)于如何充分利用兩網(wǎng)資源，探索35 kV 電網(wǎng)的發(fā)展思路，制定接地氣的優(yōu)化方案，全面系統(tǒng)地回答“兩網(wǎng)融合”后35 kV 電網(wǎng)的發(fā)展優(yōu)化等問(wèn)題，亟需開(kāi)展專(zhuān)題研究，以便更好地從電網(wǎng)規(guī)劃源頭促進(jìn)電網(wǎng)本質(zhì)安全的提升。

1 35 kV 電網(wǎng)調(diào)研分析

1.1 調(diào)研分析結(jié)果

目前，35 kV 電壓等級(jí)在我國(guó)基本是在高壓配電網(wǎng)中使用，即通過(guò)35 kV/10 kV 變電站降壓后對(duì)中壓配電網(wǎng)供電。根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定，配電網(wǎng)主要電壓序列包括以下等級(jí)。

(1) 110 kV/10 kV/0.38 kV。

(2) 66 kV/10 kV/0.38 kV。

(3) 35 kV/10 kV/0.38 kV。

(4) 110 kV/35 kV/10 kV/0.38 kV。

(5) 35 kV/0.38 kV。

配電網(wǎng)電壓序列選擇應(yīng)與輸電網(wǎng)電壓等級(jí)相匹配，市(縣)以上規(guī)劃區(qū)域的城市電網(wǎng)、負(fù)荷密度較高的縣城電網(wǎng)可選擇上述電壓等級(jí)序列1～3，鄉(xiāng)村地區(qū)可增加電壓等級(jí)序列4，偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后也可考慮采用電壓等級(jí)序列5。

經(jīng)過(guò)對(duì)某地區(qū)供電公司的調(diào)研，對(duì)其35 kV 電網(wǎng)提出的發(fā)展思路是：城區(qū)電網(wǎng)取消35 kV 電壓等級(jí)；縣城電網(wǎng)中以商業(yè)、居住為主的地區(qū)不再考慮35 kV 電壓等級(jí)，以工業(yè)負(fù)荷為主的地區(qū)保留35 kV 變壓序列，不再新增35 kV 公用變電站；農(nóng)村區(qū)域則保留35 kV 電網(wǎng)，新建110 kV 變電站均配置35 kV 變壓序列，適當(dāng)發(fā)展35 kV 電網(wǎng)。

同時(shí)調(diào)研了三個(gè)地市公司，從供電區(qū)域來(lái)看，建議在A+，A，B 類(lèi)區(qū)域逐步取消35 kV 電壓等級(jí)，現(xiàn)存35 kV 變電站逐漸升壓為110 kV 變電站；在C 類(lèi)區(qū)域僅考慮35 kV 出線，不考慮35 kV 布點(diǎn)；D 類(lèi)區(qū)域以農(nóng)村、山區(qū)為主，保留35 kV 電壓等級(jí)，考慮適當(dāng)進(jìn)行35 kV 變電站布點(diǎn)。

1.2 35 kV 電網(wǎng)面臨的問(wèn)題

目前，35 kV 電網(wǎng)發(fā)展面臨著諸多不確定因素，尤其是陜西兩網(wǎng)融合以后，電網(wǎng)存在以下問(wèn)題。

(1) 部分變電站布局不合理，高負(fù)荷密度區(qū)35 kV 變電站供電能力不足。

(2) 局部110 kV 與35 kV 變電站重復(fù)布點(diǎn)。

(3) 局部35 kV 變電站電源點(diǎn)來(lái)自同一區(qū)域供電的110 kV 變電站，導(dǎo)致兩座變電站均重載且無(wú)法有效轉(zhuǎn)移負(fù)荷。

(4) 35 kV 變電站功能定位不清晰，高負(fù)荷密度區(qū)和低負(fù)荷密度區(qū)均布點(diǎn)35 kV 變電站。

(5) 35 kV 電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱、單線單變突出，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備老舊情況嚴(yán)重，導(dǎo)致電網(wǎng)安全運(yùn)行壓力較大。

2 35 kV 電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 35 kV 電網(wǎng)技術(shù)能力

目前，農(nóng)村電網(wǎng)(D 類(lèi)供電區(qū))電壓序列為110 kV/35 kV/10 kV/0.38 kV，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，供電距離主要受10 kV 中壓制約。10 kV 中壓配電網(wǎng)主要考慮供電能力和供電質(zhì)量，因此，以10 kV 中壓配電網(wǎng)單環(huán)網(wǎng)(手拉手)典型接線方式為例，可根據(jù)導(dǎo)線電壓降求出負(fù)荷矩，從而得出不同線路距離與可輸送容量之間的關(guān)系。

導(dǎo)線電壓降為：

式中：P，Q分別為有功、無(wú)功，L為線路長(zhǎng)度；R為線路電阻值；X為線路電抗值；R0為單位長(zhǎng)度線路電阻值；X0為單位長(zhǎng)度線路電抗值；ψ為功率因數(shù)角；Un為線路額定電壓。

由電壓降推出負(fù)荷矩為：

根據(jù)式(2) 得到10 kV 線路(JKLYJ-240，JKLYJ-150，JKLYJ-120)不同線路距離與可輸送容量之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 10 kV 線路距離與輸送容量之間的關(guān)系

2.2 35 kV 電網(wǎng)造價(jià)水平

山區(qū)、農(nóng)村電網(wǎng)(D 類(lèi)供電區(qū))負(fù)荷呈狹長(zhǎng)分散、“樹(shù)枝”形分布，負(fù)荷整體較小，負(fù)荷密度較低。以現(xiàn)有供電模式為參考，結(jié)合山區(qū)、平原等不同地區(qū)電網(wǎng)典型造價(jià)，提出以下三種典型供電方案。

(1) 用電負(fù)荷在距離上級(jí)變電站15 km 以內(nèi)時(shí)，根據(jù)負(fù)荷矩計(jì)算，在符合電壓降的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用10 kV 線路供電，導(dǎo)線一般采用JKLYJ-150。

(2) 采用35 kV 變電站供電。對(duì)于新建或改造35 kV 常規(guī)變電站，采用10 kV 出線供電、2×5 MVA 主變、LGJ-150 導(dǎo)線。

(3) 采用110 kV 變電站供電。對(duì)于新建或改造110 kV 變電站，采用10 kV 出線供電、2×31.5 MVA 主變、LGJ-300 導(dǎo)線。

采用最小費(fèi)用法進(jìn)行比選，比對(duì)參數(shù)涉及初始投資費(fèi)用、運(yùn)維費(fèi)用、線損費(fèi)用。計(jì)算項(xiàng)目投資采用年費(fèi)用法。計(jì)算初始投資時(shí)需進(jìn)行現(xiàn)值與年值轉(zhuǎn)換；其他費(fèi)用為逐年發(fā)生費(fèi)用，不用轉(zhuǎn)換。

(1) 初始投資費(fèi)用。初始投資費(fèi)用計(jì)算公式為：

式中：Cf(A)為初始投資的年值；Cf(P)為初始投資的現(xiàn)值；n為經(jīng)濟(jì)使用壽命，取20年；a為折現(xiàn)率，取10 %。

(2) 運(yùn)維費(fèi)用。35 kV 常規(guī)變電站及線路、110 kV 變電站及線路年運(yùn)維費(fèi)用均取初始投資的6 %。

(3) 線損費(fèi)用。線損費(fèi)用計(jì)算公式為：

式中：I為線路最大電流，r為線路導(dǎo)線電阻率，L為線路長(zhǎng)度，τmax為最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)。

經(jīng)過(guò)測(cè)算，110 kV 和35 kV 供電方案造價(jià)情況見(jiàn)表1。

表1 110 kV 和35 kV 供電方案對(duì)比

2.3 35 kV 電網(wǎng)典型應(yīng)用場(chǎng)景

為便于分析35 kV 電網(wǎng)，選取S 縣作為典型場(chǎng)景。S 縣地處某山區(qū)東段南麓，境內(nèi)既有川道、塬區(qū)和山區(qū)，人口、面積、用電負(fù)荷和電網(wǎng)資源均處于全市中游水平，主要存在偏遠(yuǎn)山區(qū)低電壓、局部設(shè)備重載、局部單電源等問(wèn)題。

對(duì)于低電壓地區(qū)可考慮采用方案1、方案2 或方案3，比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表2；對(duì)于設(shè)備重載地區(qū)可考慮采用方案2 和方案3，比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 低電壓地區(qū)方案

表3 重過(guò)載地區(qū)方案

由表2，3 分析可看出，對(duì)于距離上級(jí)電源點(diǎn)遠(yuǎn)、長(zhǎng)期存在低電壓的地區(qū)，10 kV 供電距離太長(zhǎng)，供電質(zhì)量不能滿足要求，而新建110 kV 變電站投資較大，且選址困難，新建35 kV 變電站則可解決供電要求，且經(jīng)濟(jì)性較好；對(duì)于設(shè)備重載問(wèn)題，針對(duì)35 kV 變電站能滿足遠(yuǎn)期用電需求的地區(qū)，可對(duì)35 kV 變電站實(shí)施增容改造、擴(kuò)建，該策略適宜農(nóng)村地區(qū)，可解決農(nóng)村地區(qū)用電負(fù)荷增長(zhǎng)問(wèn)題。

3 35 kV 電網(wǎng)優(yōu)化思路

3.1 35 kV 電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性

110 kV 變電站側(cè)重于為城市、縣城城區(qū)、下級(jí)電網(wǎng)提供支撐，兼顧供電距離內(nèi)10 kV 負(fù)荷，在負(fù)荷較大、10 kV 出線回路較多的地區(qū)，可采用110 kV 供電；35 kV 變電站側(cè)重于為農(nóng)村地區(qū)提供電源，縮短10 kV 供電距離，為偏遠(yuǎn)山區(qū)提供電力支持；在負(fù)荷增速較慢、10 kV 回路出線需求數(shù)不多的地區(qū)，可采用35 kV 供電。

3.2 35 kV 電網(wǎng)優(yōu)化策略

35 kV 變電站主要功能為農(nóng)村地區(qū)(D 類(lèi)區(qū)域)提供電力支持，解決礦產(chǎn)負(fù)荷接入、局部低電壓等問(wèn)題，避免110 kV 造價(jià)高、占地大的缺點(diǎn)，縮短10 kV 供電距離，有效體現(xiàn)電網(wǎng)效率效益，其分區(qū)發(fā)展思路詳見(jiàn)表4。

表4 35 kV 電網(wǎng)分區(qū)發(fā)展思路

35 kV 變電站發(fā)展策略。按“升、退、留、改、新”思路優(yōu)化35 kV 電網(wǎng)。

(1) 對(duì)在運(yùn)且具備升壓條件的35 kV 變電站進(jìn)行就地或異地升壓。

(2) 對(duì)重復(fù)布點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行退役。

(3) 對(duì)處于負(fù)荷發(fā)展中期、負(fù)載率高的單變變電站進(jìn)行增容改造或者擴(kuò)建。

(4) 對(duì)末端低電壓地區(qū)，優(yōu)先采用10 kV 解決，適當(dāng)新增35 kV 變電站布點(diǎn)。

(5) 滿足用電需求、負(fù)荷增速較慢的偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站予以保留，后期視負(fù)荷發(fā)展情況進(jìn)行優(yōu)化。

(6) 充分考慮分布式電源、大負(fù)荷的接入需求，保留相應(yīng)的35 kV 電壓等級(jí)，做好分布式新能源和儲(chǔ)能項(xiàng)目的接入、送出工作，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 35 kV 電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方案

4.1 35 kV 電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

陜西省某縣電網(wǎng)融合后，存在5 座110 kV 變電站、17 座35 kV 變電站，其中一座為用戶變。該縣電網(wǎng)存在局部低電壓、串供變電站、單線單變、布局不合理、局部可靠性較低等問(wèn)題，可能會(huì)引發(fā)電網(wǎng)五級(jí)、六級(jí)事件，電網(wǎng)安全水平較差。

4.2 35 kV 規(guī)劃方案

根據(jù)對(duì)該縣所有變電站進(jìn)行經(jīng)過(guò)逐一論證分析，并結(jié)合該地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，制定了35 kV 變電站發(fā)展思路(見(jiàn)表5)。

表5 某縣35 kV 電網(wǎng)發(fā)展思路

通過(guò)實(shí)施35 kV 發(fā)展策略，該地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將趨于合理化，其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)前后對(duì)比情況如圖2，3所示。

圖2 陜西某縣電網(wǎng)分布

圖3 陜西某縣電網(wǎng)終期網(wǎng)架規(guī)劃

(1) 通過(guò)35 kV q 變布點(diǎn)，可解決局部低電壓?jiǎn)栴}。

(2) 通過(guò)CC 變T 改π 線路工程，可形成CC變—d 變—c 變—AA 變和CC 變—e 變—b 變—AA 變標(biāo)準(zhǔn)單鏈結(jié)構(gòu)。

(3) 通過(guò)i 變?cè)鋈莞脑旌蚲 變擴(kuò)建工程，可形成CC 變—h 變—i 變—EE 變單鏈結(jié)構(gòu)和CC 變—g 變—f 變—CC 變單環(huán)結(jié)構(gòu)，解決單線單變問(wèn)題。

(4) 通過(guò)DD 變送出工程，可形成DD 變—k變—l 變—EE 變單鏈結(jié)構(gòu)，解決變電站串供問(wèn)題。

(5) 通過(guò)p 變(距離BB 變不足500 m)退役，提升BB 變帶負(fù)荷能力，解決電網(wǎng)冗余問(wèn)題。

(6) 通過(guò)nn 變升壓工程，可解決m 變、n 變、j 變布局不合理，以及供電可靠性不高的問(wèn)題，進(jìn)一步提升電網(wǎng)安全水平。

4.3 35 kV 發(fā)展成效

規(guī)劃期間共退役35 kV 變電站1 座，增容變電站2 座，加強(qiáng)35 kV 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)5 項(xiàng)，新增35 kV變電站1 項(xiàng)，主變N-1 通過(guò)率由2021年65.82 %提高到2025年83.35 % (含用戶變)，線路N-1 由2021年41.18 %提高到95.83 % (含用戶變)，供電可靠性得到了極大提升。隨著線路N-1 的提升，減少了全站停電的風(fēng)險(xiǎn)，減少了電網(wǎng)五、六級(jí)事件的發(fā)生概率，為電網(wǎng)運(yùn)行安全和本質(zhì)安全打下了基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升了電網(wǎng)安全水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

兩網(wǎng)深度融合后，35 kV 電網(wǎng)應(yīng)制定接地氣、符合實(shí)際的發(fā)展策略，以“升、退、留、改、新”思路優(yōu)化35 kV 電網(wǎng)，根據(jù)不同的供電分區(qū)和負(fù)荷發(fā)展階段制定相應(yīng)的策略，不斷優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)架，從規(guī)劃源頭促進(jìn)電網(wǎng)本質(zhì)安全以及電網(wǎng)運(yùn)行安全水平的提升。