田懷源,周步祥,李保生
(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院,四川 成都 610065;2.山東電力集團公司萊蕪供電公司,山東 萊蕪 271100)
配電網(wǎng)位于電力系統(tǒng)末端,直接與用戶相連,只有通過它,整個電力系統(tǒng)才能最終實現(xiàn)并保障對用戶的供電能力和供電質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高,用戶對配電網(wǎng)供電可靠性要求越來越高;電力市場的逐步形成及電價機制的完善,也對供電可靠性提出新的要求。這一切都要求在進行配電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)時必須把提高配電網(wǎng)經(jīng)濟效益及供電可靠性擺在特別重要的地位[1-2]。
目前國內(nèi)正在進行配電網(wǎng)建設(shè)與改造工程,其中電網(wǎng)接線模式的選擇是一個非常重要的方面。因為它不僅牽涉到電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟性,而且也關(guān)系到供電可靠性,還對整個電力工業(yè)和用戶的發(fā)展具有重要意義。因此,有必要對各種可能的接線模式進行定量的計算分析,以便得出符合實際供電要求的接線模式[1-4]。
10 kV網(wǎng)絡(luò)作為我國城市中壓配電網(wǎng),其地位十分重要,為實現(xiàn)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行,并達到接線方式標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的要求,有必要針對現(xiàn)狀城市中壓配電網(wǎng)過渡到目標(biāo)年網(wǎng)架的過渡方案及網(wǎng)架拓?fù)溆嬎氵M行研究。
10 kV中壓配電網(wǎng)由上一級變電站的10 kV配電裝置、開關(guān)站、配電所和架空線路或電纜線路等部分組成,其功能是將電力安全、可靠、經(jīng)濟、合理地分配到用戶[2]。一般情況下,城市的配電網(wǎng)由架空線和電纜線混合組成。在研究某地區(qū)特定的供電區(qū)域內(nèi)10 kV配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時,可采用架空線路和電纜線路分開進行研究的方法[9],但考慮到網(wǎng)架發(fā)展的總體趨勢是輻射向環(huán)網(wǎng)接線過渡架空向電纜線路過渡,因此,本文在分析接線模式時,也將架空和電纜線路進行了綜合分析。國內(nèi)外具有代表性的典型架空和電纜接線模式如圖1~8所示。
圖1 中國城市配電網(wǎng)10 kV線路接線圖
圖2 倫敦中壓網(wǎng)孔型接線
圖3 巴黎中壓仿垂形接線
圖4 美國紐約雙回線接線
圖5 美國“4×6”網(wǎng)絡(luò)接線
圖6 3分段4連接方式(日本)
圖7 香港中華電力公司的典型閉環(huán)網(wǎng)(電纜)
圖8 新加坡環(huán)式接線(電纜)
中壓配電網(wǎng)規(guī)劃思路是根據(jù)目標(biāo)年負(fù)荷分布預(yù)測結(jié)果和變電站選址方案,將10 kV配電網(wǎng)按供電范圍分區(qū),對10 kV配電網(wǎng)絡(luò)按分區(qū)進行規(guī)劃。依據(jù)技術(shù)原則、可靠性的要求和采用的主要接線模式,考慮不同110 kV變電站之間10 kV聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置(站間聯(lián)絡(luò)率),以及同站不同母線的聯(lián)絡(luò)情況(站內(nèi)聯(lián)絡(luò)率)。規(guī)劃方案需滿足各種系統(tǒng)約束條件(如:短路容量限制、電壓水平限制、線路過負(fù)荷限制及N-1安全性準(zhǔn)則等)。按照理想的供電模式和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃出目標(biāo)的目標(biāo)網(wǎng)架。以目標(biāo)年網(wǎng)架為目標(biāo),以現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),根據(jù)中間年負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果進行中間年的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,重點解決現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)存在的問題,盡量考慮中間年網(wǎng)絡(luò)到目標(biāo)年目標(biāo)網(wǎng)架的過渡問題。以近期規(guī)劃年規(guī)劃方案為基礎(chǔ),排出改造和建設(shè)的工程項目,逐步克服現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)的問題。同時,針對現(xiàn)狀配網(wǎng)存在的主要問題,如線路供電半徑過長、迂回供電、供電范圍不清晰以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱等方面重點加以解決。
目標(biāo)規(guī)劃網(wǎng)架并不是在一個完全空白的新區(qū)上建設(shè),而是在現(xiàn)狀負(fù)荷和現(xiàn)狀線路的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展到目標(biāo)網(wǎng)架,所以要求目標(biāo)網(wǎng)架應(yīng)具有較強的適應(yīng)性和靈活性,在城市發(fā)展出現(xiàn)新情況時可以比較靈活地發(fā)展成為其他供電模式。
中壓配電網(wǎng)目標(biāo)結(jié)線與過渡結(jié)線標(biāo)準(zhǔn)的演變關(guān)系如圖9所示。
圖9 中壓配電網(wǎng)結(jié)線方式的演變關(guān)系圖
2.2.1 架空線網(wǎng)架建設(shè)及典型供電模式過渡
饋線組發(fā)展的初期,負(fù)荷較小,首先根據(jù)該區(qū)域現(xiàn)有線路的情況形成線路單環(huán)網(wǎng)接線方式(1),此時兩條線路的負(fù)荷率應(yīng)該都不超過50%;超出兩條線50%負(fù)載率時,考慮和其他線路建立聯(lián)絡(luò),形成多分段兩聯(lián)絡(luò)接線(2),線路正常負(fù)載率可達到67%;負(fù)荷繼續(xù)發(fā)展超出67%負(fù)載率時,考慮在和其他線路建立聯(lián)絡(luò),形成多分段三聯(lián)絡(luò)接線(3),線路正常負(fù)載率可達到75%。
圖10 架空線接線過渡形式
2.2.2 電纜雙“∏”兩聯(lián)絡(luò)接線模式過渡
在饋線組負(fù)荷發(fā)展的初期,負(fù)荷較小,可首先根據(jù)該區(qū)域現(xiàn)有線路的情況形成電纜線路單環(huán)網(wǎng)(1),此時兩條線路的負(fù)荷率應(yīng)該都不超過50%;饋線組區(qū)域負(fù)荷發(fā)展到超出兩條線50%負(fù)載率時過渡到(2)或者(3);若負(fù)荷發(fā)展已經(jīng)趨于飽和,且易于與其他線路建立聯(lián)絡(luò)采用(2);若本區(qū)域還有很大的負(fù)荷發(fā)展空間或與其他線路建立聯(lián)絡(luò)較為困難采用 (3);隨著負(fù)荷的繼續(xù)增長可以發(fā)展到(4)所示的兩聯(lián)絡(luò)雙∏接線模式,四條線正常負(fù)載率均為67%。
2.2.3 電纜主備接線模式過渡
在饋線組負(fù)荷發(fā)展的初期可首先形成電纜線路單環(huán)網(wǎng)接線方式(1),此時兩條線路的負(fù)荷率應(yīng)該都不超過50%;在饋線組區(qū)域負(fù)荷發(fā)展超出兩條線50%負(fù)載率時,就可以考慮建設(shè)聯(lián)絡(luò)用的開閉所,并架設(shè)第三條線路,一條主供線路,也可以先上備用線路(2);負(fù)荷繼續(xù)發(fā)展,必要情況下形成“4-1”饋線組(3)。
圖11 雙“∏”兩聯(lián)絡(luò)接線模式過渡
(1)拓?fù)溆嬎憧傮w概括。
10 kV網(wǎng)架的拓?fù)溆嬎闶菍?0 kV網(wǎng)架線路走向和下負(fù)荷點配置等進行的優(yōu)化計算,使10 kV網(wǎng)架走向合理、負(fù)荷分配均勻、有功損耗最小和電壓降落最低。
拓?fù)溆嬎闶腔赑W_Flow軟件所進行的計算,軟件輸入數(shù)據(jù)是10 kV線路下負(fù)荷點的有功和無功、下負(fù)荷點之間的距離,還有線路型號,經(jīng)過優(yōu)化計算,輸出數(shù)據(jù)是①首節(jié)點分別于2,3,4……n節(jié)點之間的有功損耗、無功損耗、電壓降落、電流值等;②末節(jié)點n分別于n-1,n-2,n-3,……,1節(jié)點之間的有功損耗、無功損耗、電壓降落、電流值等;然后通過綜合計算,找到10kV線路的最優(yōu)開斷點。拓?fù)溆嬎懔鞒倘鐖D13所示。
圖12 主備接線模式過渡
圖13 拓?fù)溆嬎懔鞒虉D
(2)拓?fù)溆嬎氵^程分析。
根據(jù)空間負(fù)荷密度法預(yù)測的結(jié)果,將地塊負(fù)荷分配到每條10 kV線路上,在分配時盡量保證:
①供電分區(qū)明確。負(fù)荷分配時,應(yīng)考慮今后正常運行時的供電范圍,要保證10 kV線路與線路之間供電分區(qū)明確,不存在交叉互供現(xiàn)象。
②負(fù)荷分配合理。負(fù)荷分配合理即為在負(fù)荷分配時不能將負(fù)荷集中在線路上的某一點 (用戶專線除外),要均勻的分布在整條10 kV線路上。
某開發(fā)區(qū)一回10 kV單環(huán)網(wǎng)接線,由新建1線和新建2線組成,中間以環(huán)網(wǎng)柜相連。從某1站出線,穿過負(fù)荷中心和邊緣街道接入某2站,線路全長7.27 km。負(fù)荷分配如表1所示。
表1 開發(fā)區(qū)一回負(fù)荷分配表
(1)拓?fù)浞治?。根?jù)負(fù)荷分配情況,該線路有功負(fù)荷6 475 kW、無功3 136 kvar,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。為了節(jié)約投資,又保證負(fù)荷供電的可靠性,并盡可能地減少負(fù)荷損失,該回線路安裝12臺開關(guān)。系統(tǒng)正常運行時,開關(guān)K7常開,其他開關(guān)常閉。表2列出了環(huán)網(wǎng)正常運行或一處發(fā)生故障后的開關(guān)動作情況和負(fù)荷損失情況,負(fù)荷損失欄目的括號中給出了當(dāng)前故障損失負(fù)荷以及對應(yīng)的配電點順序號。
由表2知,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任何一處發(fā)生故障時,無負(fù)荷損失,供電可靠性得到了保證,符合n-1原則。不間斷供電的配電點列于表3中。
(2)優(yōu)化計算。
根據(jù)《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》和《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》,配電網(wǎng)應(yīng)滿足如下運行要求:
圖14 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
表2 開關(guān)狀態(tài)及負(fù)荷損失
表3 滿足n-1原則的配電點
①10 kV額定電壓,允許波動:-7%~7%;
②無功補償電容器配置應(yīng)滿足功率因數(shù)達到0.9;
③高峰負(fù)荷時功率因數(shù)達到0.9~0.95;
④持續(xù)允許負(fù)荷電流密度滿足要求。
優(yōu)化計算分為多種方案進行:選擇YJV-8.4/3×240或YJV-8.4/3×300銅芯電纜。配電線路分別處于正常情況和故障情況。
通過優(yōu)化計算該10 kV線路最優(yōu)開斷點在第3和第4計算點之間。系統(tǒng)正常運行時,K7常開,其他開關(guān)常閉,即該線路是一種環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)運行方式。
正常開環(huán)運行方式(K7斷開,其余開關(guān)閉合)。
表4 正常運行方式
表5 嚴(yán)重故障方式
由計算可知,出現(xiàn)嚴(yán)重故障,選擇300銅芯電纜,線路電壓降落、功率損耗、負(fù)載率滿足設(shè)計要求。