左云縣中心城區的電力工程規劃研究

廖宣淇

山西昌興規劃設計有限公司 山西 太原 030000

電網規劃是區域電網建設前期的基礎性工作，電網規劃的優劣決定了電網建設后對區域供電所產生的經濟效益。目前，國家電網開始注重針對單一配電線路和電站進行研究，并基于電網風險評估和電網建設成本進行電網規劃[1]。左云縣作為山西大同市轄區范圍內的重點縣，近年來十分重視電力基礎設施的建設和電網的規劃，其中就包括了位于左云縣的高山220kV變電站主變增容工程，以及左云縣100MW光伏+100MWh儲能項目。為改變左云縣供電方式，實現電網建設的數字化、智能化，提高電力系統運行的低碳節能；左云縣人民政府聚焦綠色電力，低碳清潔、智能巡檢，安全高效、智慧融合，共享便捷三個目標，對左云縣未來的電力規劃藍圖進行了描述。如何更加科學合理的進行左云縣中心城區的電網規劃，對于左云縣經濟社會的發展和城市化的建設具有重要的意義，而通過對左云縣中心城區電力規劃主要內容和步驟的分析，將有助于左云縣電網規劃方案的制定和電網設施的建設。

1 左云縣電網建設現狀

左云縣位于山西省的西北邊陲，轄區范圍內以山地和丘陵居多，占全區面積的76%。轄區范圍內共有9個鄉鎮，228個行政村，常住人口約11.5萬人。左云縣中心城區的供電任務主要由左云縣供電公司承擔，現階段，在左云縣轄區范圍內，共有2座220kV變電站，4座110kV變電站，6座30kV變電站，構成了左云縣電網基本體系。其中220kV和110kV變電站由大同市供電公司運行管理，其余6座35kV變電站由左云縣供電公司運行管理和維護。在日常供電任務中，左云縣供電公司需要完成對36538戶的供電，保證32668戶居民的生活用電。現階段，左云縣共有35kV輸電線路12條，供電線路總長為113.14km，有10kV公路配電線路44條，配電線路總長約669.9km，共有低壓公用配電377臺，總容量達到42400kVA，具有低壓線路共284條，總長度達到389.9km。

通過對左云縣配電網主要運行指標的分析發現，左云縣近年來城區供電的可靠率達到了99%以上，同時，110kV及以下的綜合線損率約4%，10kV以下綜合線損率達4.9%。110kV以下的綜合電壓合格率達到了99.8%左右，110kV電網運行的變壓器最大負載率控制在60%以下，線路的最大負載率控制在60%以下。35kV電網的最大負載率控制在40%以下，10kV電網的平均負載率約25%，線路最大負載率控制在40%左右。總體來看，左云縣電網建設和運行的狀況較好，但是1-10kV電網的變壓器和部分線路負載較大，轉供能力相對欠缺。在中心市區范圍內，尤其是各類工業園區，電網規劃相對不足，供電能力有待提升。

2 左云縣電網需求預測及電網規劃目標和原則

2.1 電網需求預測

在對城市區域發展過程中電力負荷需求進行預測時，主要用到S型曲線進行表示，如圖1，在中期向成熟期轉變階段，電力負荷需求呈現明顯增長趨勢，到成熟期電力負荷需求基本維持穩定[2]。左云縣目前處于中期向成熟期過渡的階段，因此，隨著城市現代化的建設以及城鄉一體化的推進，對電力負荷的需求主要呈現緩慢增長的趨勢，依據2022年左云縣最大電網負荷8.85萬千伏的使用現狀，預計在未來幾年內，左云縣的電力負荷需求將突破9萬千伏。

圖1 城市電力負荷需求發展的S型曲線示意圖

圖2 單環網供電方式

2.2 電網規劃目標

在電源規劃方案中，隨著左云縣生態文明建設步伐的加快，光伏發電的建設力度不斷加大。其中包括了農村集體經濟屋頂分布式光伏發電項目，前期預計完成光伏電源400kW，并有逐漸擴大的趨勢；同時預期建設左云縣100MW光伏項目，擴大左云縣光伏發電范圍。因此，在未來左云縣中心城區電力規劃中，要考慮到分布式電源的接入。基于左云線電源規劃方案，左云縣中心城區電網規劃的基礎目標為：實現區域綜合電壓合格率達到99.90%以上，10kV線路的互聯率達和區域N-1，達到90%以上，同時優先做好重點工業園區電網規劃和項目工程的實施。在未來幾年內，左云縣電網規劃的總體目標要實現：中心城區供電的穩定和可靠性提高，確保中心城區的供電能力能夠滿足季節性電力負荷需求的增長；同時應用新技術，結合電網規劃新要求，對舊的電網進行升級換代，實現電網規劃的智能化、數字化轉變，確保左云縣中心城區電力負荷需求和城市總體建設規劃發展的一致性。

2.3 電網規劃原則

由于左云縣電力公司主要負責35kV及以下變電站的運行維護任務，因此，要充分考慮中心市區是否需要發展35kV配電網并做出相應的規劃。對于10kV電網進行規劃時，要遵循電網結構，電纜線路，配電設備設施三個方面的技術原則。在電網結構方面，要選擇單環網供電方式，在正常運行時，采取開環運行方式，并依據用戶數量和最大電力負荷確定10kV線路的分段數量，可以依據實際用電情況進行線路的相互聯絡，但是要考慮到用戶端電壓的穩定性和質量。在電纜線路方面，要選定主干線導線的截面，在選擇時要充分考慮到總一線電力負荷的預測，對10kV電纜線路的導線截面采取300mm2為宜。在配電設備設施方面，左云縣10kV電網配設完整的變壓器、配電室、開關站和環網柜，同時對于以上配電設備設施的安置和使用提出具體的規范。

除了以上的技術原則外，左云縣在未來的電網規劃中提出要建立智能化、數字化的電網。因此，在進行電網規劃時，要遵循一定的智能化要求；比如說要合理的對配電線路進行分段安裝，建立數字化、自動化的終端，并將電網運行過程中所采集到的數據通過光纖或無線網傳輸回主站。通過建立智能化的電網，可以對電網運行的狀態進行實時監控，同時及時發現電網運行的故障點，以及可能發生故障的區域，實現高效的電網運行維護。對于中心城區部分老舊電網的改造，需要遵循電網改造技術的原則，首先要做好和新建電網的配合和銜接，其次，要淘汰老舊設備，應用新設備和新技術，確保電網改造后的運行安全和運行可靠性；同時，盡可能的降低電網運行過程中的電能損耗，滿足用戶不斷增長的電力負荷需求。

3 左云縣電力系統規劃的設計原則和內容

3.1 基本設計原則

電力系統規劃設計時，需要遵循周期性、安全性和經濟性原則[3]。其中，周期性原則是指，為了保證電力運輸的穩定和調配功能的良好，需要設計者遵循周期性的原則對電力系統進行規劃設計，從而提高區域內電網系統供電的安全可靠性。安全性原則是指，規劃者要確保電力系統的整體安全性能，實用性和穩定性，要盡可能的避免電力系統中存在的安全風險；同時，為了確保后續電力規劃建設運行過程中可能出現的系統問題，設計者還要加入預警和系統檢測功能。經濟性原則是指，規劃者要盡可能的節約成本，同時滿足相關部門對電網規劃的要求；以左云縣電網規劃為例，設計者要充分考慮到10kV以下電網線路規劃的成本投入，在確保用戶用電穩定性的前提下，盡可能的保留部分仍在使用壽命范圍內的電力設施設施，降低電力規劃成本的投入。

3.2 基本設計內容

3.2.1 電力負荷的預測

電力負荷的預測是電網規劃過程中的重要內容，可以有效避免由于電網規劃不合理而導致電力供應不足問題[4]。在前文中對于左云縣預期的電力負荷進行了預測，但是為了提高電力負荷預測的準確性，相關人員在電網規劃之前，還需要進行走訪調查，調查的對象主要為用電大戶，從而對電力負荷進行科學的預測。在走訪調查的過程中，也要對影響電網正常運行的負面因素進行統計，在后期的電網規劃過程中，盡可能的避免影響因素。比如說對夏季或者冬季用電高峰期的電力穩定性進行調查，計算電力負荷的密度系數，為電網規劃的合理性和科學性提供基本的數據支撐。

3.2.2 電源工程的規劃

電源工程的設計也是電網規劃的重要環節，前文對于左云縣電源工程的設計進行了分析，其中明確指出左云縣在未來一段時間中，光伏電源的工程量加大。因此，為了確保左云縣中心城區電網規劃的可行性和科學性，規劃設計人員要對左云縣中心城區周圍區域的電源工程進行細致的調查和分析，綜合考量現有的電源工程和未來建設的電源工程，對電源的輸出狀態進行分析，對電力工程建設進行綜合評價。在電源工程調查中，要對統調電源和地方電源進行全面統計和分析，計算出不同電源對電網系統負荷的貢獻情況，從而更好地保障電力系統規劃后期電力負荷的穩定輸出，滿足用戶不斷增長的電力負荷的需求。

3.2.3 電力電量的平衡

在前文對左云線電網規劃設計中，提出了電網規劃和城市發展相一致的原則，具體而言，就是要確保電力和電量之間的平衡。因此，在對左云縣電網進行規劃設計時，需要考量電力電量之間的平衡，為電網的設計提供一定的規范和約束。電力電量的計算需要相關工作人員綜合全面的分析電源的輸出數據，用戶的電力負荷數據，計算出精準的電力電量，在一定的電力負荷范圍內，確保電力和電量之間的動態平衡，從而合理的規劃電力工程的數量布局和規模。

3.2.4 電氣的計算

電氣計算包括：穩定計算、潮流計算、短路電流計算、無功補償計算等內容。穩定計算主要是針對電網正常運行過程中的電壓、頻率、瞬時狀態進行計算，設計者需要分析電力系統運行過程中可能會出現的電力故障，從而對電網規劃方案中的相關參數進行校驗，最終確保電網系統運行的穩定性。潮流計算主要是對電網運行的各個單元進行計算，保證電網正常運行過程中不同電力單元都能夠滿足相應的標準規范，并依據潮流計算的結果確定電力系統運行的方式。短路電流計算主要是對電氣元件出現故障情況下的電流進行計算，并對電流數據進行校驗，依據校驗的結果選擇科學有效的保護裝置。無功補償計算中，規劃者要遵循一定的分層分區原則，通過采集集中補償或用戶端分散補償的方式來實現中心城區變電站的有效配置，對電網系統能源損耗情況進行控制。

4 左云縣電力系統規劃內容在電力工程設計中的應用

4.1 準備階段中的電力系統規劃應用

左云縣電網規劃需要規劃人員在前期做好以下幾個方面的準備工作。首先要盡可能的排除掉電網規劃中可能存在的負面因素，需要規劃人員從多個方面，多個角度對電網正常運行過程中可能存在的干擾因素進行分析，制定具有針對性的排除策略，同時，對現有電力系統正常運行過程中的數據進行統計。其次，要對左云縣中心城區電力系統正常運行的情況進行詳細調查，包括：電源、線路現狀，電網運行相關數據，變電站數據；對數據進行梳理、整合并進行備份。最后，要對中心城區的電力負荷情況進行收集，包括正常趨勢下的電力負荷，季節性的電力負荷，不確定性的電力負荷。

4.2 電力工程設計的綜合性調度和重點區域規劃

左云縣電網規劃的主要目的在于提高區域范圍內電力資源的利用率，確保區域范圍內電網運行的穩定性和安全性，因此在進行電力系統設計和電網規劃過程中要充分利用現有的資源，提高電力系統的資源利用率，推動中心城區周邊電源工程，電網規劃工程的建設，同時，利用好科學技術實現電網運行的智能化，數字化，綜合調度不同類型電源，實現電力資源的優化配置和高效利用。在前文對左云縣電網規劃的設計中指出，要重視工業園區電網的規劃和電力工程優先級的區分。因此在實際的電網規劃過程中，規劃人員需要依據電力工程的工作周期，成本投入和施工安全性，對電力工程建設的重點區域進行規劃，保證中心城區重點區域供電的穩定性。

綜上所述，左云縣現階段正在加快建設生態文明城市，同時開展面向碳中和的電網規劃設計；其中，對光伏發電的投入力度不斷增大，因此，在電網規劃設計過程中，要充分考慮到不同電源對電力系統的貢獻度。通過對左云縣中心城區電網負荷需求的預測，制定具體的電網規劃目標，遵循一定的電網規劃原則，進行合理的電網規劃設計，可以確保電網規劃的科學性。在進行電網規劃具體設計時，設計人員要把握好規劃細節，最終確保電網后期運行的安全性和穩定性。