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(重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030)
隨著人民生活水平的提高,電力需求逐年上升,用戶對(duì)電壓質(zhì)量、供電可靠性的要求越來越高,停電帶來的損失越來越嚴(yán)重。配電網(wǎng)直接面向用戶,其健康程度直接影響著用戶的安全可靠用電。因此,有必要對(duì)中壓配電網(wǎng)存在的普遍問題進(jìn)行深入研究,提出合理的建設(shè)改造優(yōu)化措施。
中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造主要是以配電網(wǎng)建設(shè)改造技術(shù)原則為指導(dǎo),以優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)供電能力和供電質(zhì)量、節(jié)能降損為目的[1-3]。文獻(xiàn)[4] 結(jié)合漕河涇開發(fā)區(qū)的實(shí)際情況,提出優(yōu)化措施,但其沒對(duì)問題存在的原因進(jìn)行分析;文獻(xiàn)[5]描述了上海中心地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)改造過程中遇到的困難及取得的成果,但其沒提出具體的優(yōu)化改造措施;文獻(xiàn)[6]以德陽城區(qū)10 kV配電網(wǎng)規(guī)劃為研究對(duì)象,采取總體和分布兩種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法,提出新建改造方案,但其對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)狀存在的問題分析較少。
研究以往配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化舉措的基礎(chǔ)上分析總結(jié)了中壓配電網(wǎng)普遍存在的主要問題及其原因,介紹了中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化的原則及思路,提出了中壓配電網(wǎng)的優(yōu)化措施,并結(jié)合某省中壓配電網(wǎng)的實(shí)際情況,對(duì)其現(xiàn)狀配電網(wǎng)進(jìn)行了全面的分析,找出配電網(wǎng)存在的主要問題,以中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化的原則及思路為指導(dǎo),分析現(xiàn)狀配電網(wǎng)存在短板的原因,提出合理的中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化策略,指導(dǎo)實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃工作。
中壓配電網(wǎng)由中壓配電線路、線路分段分支設(shè)備、開閉所、配電站(包括柱上變壓器)等構(gòu)成。目前,中壓配電網(wǎng)普遍存在的主要問題如下。
(1)線路不滿足“N-1”原則
中壓配電網(wǎng)普遍存在線路“N-1”通過率較低的現(xiàn)象,如圖1,對(duì)線路不滿足“N-1”原則的原因分析如下。
①規(guī)劃設(shè)計(jì)的不合理、供電地區(qū)偏遠(yuǎn)負(fù)荷需求不大或地理?xiàng)l件限制導(dǎo)致線路為單輻射線路,導(dǎo)致不滿足“N-1”原則。②聯(lián)絡(luò)線路導(dǎo)線不匹配,線路故障時(shí)負(fù)荷不能向小截面導(dǎo)線轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致不滿足“N-1”原則。③聯(lián)絡(luò)線路的上級(jí)主變壓器的容量限制導(dǎo)致線路故障時(shí)不能向低容量主變壓器上轉(zhuǎn)移負(fù)荷,導(dǎo)致不滿足“N-1”原則。④斷路器的內(nèi)置電流互感器TA變比過小,而使導(dǎo)致線路不滿足“N-1”原則[7]。
圖1 線路不滿足“N-1”原則的原因
(2)線路分段數(shù)不合理
將線路分為若干區(qū)段,可以減少停電的范圍,從而減少用戶每年的平均停電時(shí)間及停電次數(shù),提高中壓配電網(wǎng)的供電可靠性[8-9]。
當(dāng)中壓線路的分段數(shù)較少時(shí),增加分段數(shù)可以較明顯地提高供電可靠性,但分段達(dá)到一定數(shù)量后停電范圍趨于恒定。開關(guān)設(shè)備的增多不但加大了資金的投入,且發(fā)生設(shè)備故障的概率也增大。
(3)線路供電距離過長
根據(jù)DL/T 5131-2001[10]和DL/T 599-2005[11]中壓配電線路在不同供電分區(qū)下的供電距離應(yīng)滿足不同的要求。在保證電壓質(zhì)量的前提下,負(fù)荷或用電量較小的地區(qū),供電半徑可適當(dāng)延長,但部分地區(qū)(特別是農(nóng)村地區(qū))線路負(fù)荷較少,長距離輸電線路較多,線路供電半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)則要求的最大供電距離15 km,導(dǎo)致供電質(zhì)量不高。供電距離太小、負(fù)荷過輕,則易造成主變壓器間隔浪費(fèi),資源利用率不高。
(4)低壓配電變壓器容量不合理
配電變壓器容量選擇以現(xiàn)有負(fù)荷為基礎(chǔ),應(yīng) 適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展留有裕度。為提高變壓器的利用率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,新裝變壓器的最大負(fù)荷率不宜低于60%。
(5)線路負(fù)載率不合理
中壓配電網(wǎng)線路普遍存在平均負(fù)載率偏低,線路負(fù)荷分布不均衡等現(xiàn)象。線路負(fù)載率偏低,導(dǎo)致設(shè)備利用率低;負(fù)載較重,則導(dǎo)致線路不具備轉(zhuǎn)供負(fù)荷的能力,造成線路故障或檢修時(shí)其所供用戶斷電,供電可靠性降低[12]。
線路負(fù)載過重的原因:①地區(qū)發(fā)展差異大,負(fù)荷分布不均導(dǎo)致線路負(fù)載過重;②導(dǎo)線截面過小而使得線路載容量不足;③負(fù)荷發(fā)展過快,規(guī)劃新建線路還未建成。
(6)變電站間隔利用不合理
小容量用戶占用變電站間隔較多,導(dǎo)致部份地區(qū)無法新建線路滿足負(fù)荷要求。間隔緊缺,資源利用率不高。
(7)配電設(shè)備老舊
設(shè)備老化對(duì)供電安全及供電可靠性有重要的影響。老舊設(shè)備經(jīng)濟(jì)性不高,易發(fā)生故障且查找故障困難。
(8)管理不到位
由于配電網(wǎng)基建、技改大修、業(yè)擴(kuò)等工程較多,預(yù)安排停電頻繁;供電人員技術(shù)業(yè)務(wù)不夠熟練導(dǎo)致停電影響范圍大且停電時(shí)間長。
(1)堅(jiān)持安全第一的原則,必須及時(shí)解決安全隱患,提高供電安全保障能力。
(2)滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,滿足新增負(fù)荷供電。
(3)提升電壓質(zhì)量,提高供電可靠性,提高負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力。
(4)節(jié)能降損,提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
(5)完善中壓網(wǎng)架,提高配電網(wǎng)技術(shù)裝備水平。
充分利用有限資源,緊扣“城市客戶年平均停電時(shí)間、綜合線損率、第三方客戶滿意度和安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理體系評(píng)級(jí)”四項(xiàng)創(chuàng)先關(guān)鍵指標(biāo)的提升,圍繞其他各項(xiàng)“企業(yè)決策一級(jí)指標(biāo)”的改善,抓住城市這個(gè)重點(diǎn),帶動(dòng)農(nóng)村全面發(fā)展。建設(shè)改造方向主要包括“滿足負(fù)荷需求”和“提升戰(zhàn)略指標(biāo)”兩大類[13]。
電網(wǎng)投資追求電網(wǎng)供電能力的提升及高收益。當(dāng)配電網(wǎng)投資充足時(shí),配電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)能夠滿足城鄉(xiāng)社會(huì)發(fā)展的用電需求并為創(chuàng)先做好硬件支撐。當(dāng)配電網(wǎng)投資減少時(shí),將優(yōu)先保證解決新增負(fù)荷項(xiàng)目和解決重過載項(xiàng)目,同時(shí)提升聯(lián)絡(luò)率和可轉(zhuǎn)供電率,其他項(xiàng)目將適當(dāng)減少。
配電網(wǎng)優(yōu)化應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向,緊密圍繞“提升供電能力”和“提升關(guān)鍵指標(biāo)”兩個(gè)方面,分析配電網(wǎng)現(xiàn)狀,查找原因并提出行之有效的關(guān)鍵措施,指導(dǎo)配電網(wǎng)建設(shè)改造。
(1)負(fù)荷需求不大的單輻射線路供電地區(qū)待負(fù)荷增長時(shí)新建聯(lián)絡(luò)線路;改造導(dǎo)線截面不匹配的線路,更換聯(lián)絡(luò)線路中的小截面導(dǎo)線,提高線路載容量;對(duì)小容量主變壓器進(jìn)行增容項(xiàng)目,增加主變壓器容量;改變斷路器內(nèi)置互感器TA的變比等,以使線路滿足“N-1”原則。安排增加電網(wǎng)傳輸容量、提高電網(wǎng)供電安全和供電質(zhì)量的項(xiàng)目,優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)“手拉手”供電方式,提高線路之間的轉(zhuǎn)帶能力,提高“N-1”通過率[14]。
(2)中壓配電網(wǎng)架空線路供電方式宜采用多分段多聯(lián)絡(luò)方式(分段數(shù)不宜大于6,聯(lián)絡(luò)數(shù)不應(yīng)超過3),應(yīng)根據(jù)地區(qū)線路長度和負(fù)荷分布情況在合理的位置進(jìn)行分段并裝設(shè)分段開關(guān),主干線、較大的支線及重要分支線路宜裝設(shè)分支開關(guān),以便優(yōu)化線路分段,縮小線路故障時(shí)的停電范圍。逐步推廣“小分段”、“雙接入”等關(guān)鍵措施的使用能有力提高供電可靠性[15]。
(3)對(duì)負(fù)荷較重且供電距離過長的線路合理的進(jìn)行改造,縮短供電距離;負(fù)荷較輕且供電距離偏長的線路待負(fù)荷增加后進(jìn)行改造項(xiàng)目,縮短供電距離。在一定的電壓和輸送功率下要保證好供電質(zhì)量就必須限制供電線路的長度,使線路的供電距離在合適的范圍內(nèi)。
(4)配電變壓器應(yīng)按照“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的原則來配置,并按小區(qū)居民戶數(shù)布點(diǎn)。更換容量不合理的配電變壓器,新裝配電變壓器應(yīng)適當(dāng)?shù)牧粲性6?,使之既能保證配電變壓器的經(jīng)濟(jì)利用性,又能滿足近期負(fù)荷需求。
(5)用輕載線路轉(zhuǎn)供重載線路的部份負(fù)荷,或新建線路轉(zhuǎn)移重載線路負(fù)荷,盡量使線路負(fù)荷均衡;對(duì)線路進(jìn)行改造,增大導(dǎo)線截面,提高線路載容量;負(fù)荷發(fā)展較快的地區(qū)加緊新線路建設(shè),滿足新增負(fù)荷需求。
(6)將占間隔的小容量用戶轉(zhuǎn)移到負(fù)載率較輕的相鄰線路,節(jié)省的間隔用于滿足新增負(fù)荷或轉(zhuǎn)供重載線路負(fù)荷,提高間隔的利用率。
(7)使用年限長、產(chǎn)品型號(hào)老舊的設(shè)備故障率相應(yīng)較高,應(yīng)對(duì)使用年限超過15年或型號(hào)陳舊的設(shè)備進(jìn)行更新和更換。
(8)合理的規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目,盡量使同一地區(qū)需要進(jìn)行的項(xiàng)目一次進(jìn)行,且增加建設(shè)力度,減少停電次數(shù)及停電時(shí)間;提高供電管理人員的業(yè)務(wù)水平,在預(yù)安排停電時(shí)將部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其它線路,盡量避免陪?,F(xiàn)象的發(fā)生。
以某省為研究對(duì)象(下面簡稱A省),對(duì)其配電網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析,提出了合理的配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化策略,用于指導(dǎo)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。
A省國土面積總計(jì)有394 000 km2,共分為15個(gè)區(qū)。該電網(wǎng)公司共有10 kV線路7 435回,其中電纜長度為4 400 km,架空長度為145 800 km,合計(jì)150 200 km;開關(guān)柜10 120面,柱上開關(guān)16 785個(gè)、電纜分支箱1 813個(gè)。配電變壓器總數(shù)191 912臺(tái),容量30 408.38 MVA,其中公用配電變壓器121 953臺(tái),容量12 540.75 MVA,專用配電變壓器69 959臺(tái),容量17 867.63 MVA。
(1)A省電網(wǎng)公司重過載線路比例分別為4.53%、2.12%。如圖2知從數(shù)量上看重過載線路較多的有1區(qū)、 2區(qū)、4區(qū)和6區(qū),從占比上看,12區(qū)和15區(qū)較為嚴(yán)重。
(2)線路聯(lián)絡(luò)率為31.24%。其中城市10 kV公用線路聯(lián)絡(luò)率為69.08%;農(nóng)村10 kV公用線路聯(lián)絡(luò)率為15.09%。
(3)可轉(zhuǎn)供電率27.6%。其中D類以上地區(qū)中,可轉(zhuǎn)供電率59.24%;農(nóng)村10 kV線路可轉(zhuǎn)供率為14.18%。
(4)如圖3,中壓線路平均長度為23.7 km,主干平均長度為10.41 km,多個(gè)地區(qū)10 kV主干長度超過15 km。其中5區(qū)及15區(qū)最為嚴(yán)重。
圖2 10 kV線路重過載
圖3 中壓線路平均長度
(5)現(xiàn)狀是公用線路最高電壓高于額定電壓7%的公用線路占總回?cái)?shù)的4.9%;最低電壓低于額定電壓7%的公用線路占總回?cái)?shù)的10.8%。10 kV電壓質(zhì)量偏低線路主要集中在農(nóng)村。
(6)重載公用配電變壓器占總臺(tái)數(shù)的5.26%,容量占公用變壓器總?cè)萘康?.17%;過載公用配電變壓器占總臺(tái)數(shù)的1.84%,容量占公用變壓器總?cè)萘康?.07%。
(7)配電變壓器電壓偏低數(shù)量占公用配電變壓器比例為5.72%,配電變壓器電壓偏高數(shù)量占公用配電變壓器的比例為0.21%。
(8)高損耗配電變壓器(S7及以下型號(hào))占全部公用變壓器臺(tái)數(shù)的5.04%,容量占全部公用變壓器容量的2.82%。
(9)農(nóng)村戶表改造率92.09%。
(10)10 kV線段平均用戶數(shù)為13.73戶/段,與平均水平遼寧(6.51)相差7.22戶/段;線路平均分段數(shù)為2.31段/條,與平均水平浙江(4.24)相差1.93段/條。
(1)配電網(wǎng)架構(gòu)薄弱,設(shè)備存在問題較多
受經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡、體制多樣化等因素影響,長期以來,公司電網(wǎng)建設(shè)積累的欠賬較多,加上電力需求增長過快、投資相對(duì)不足、電網(wǎng)建設(shè)外部環(huán)境不寬松等原因,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱。10 kV配電網(wǎng)負(fù)荷分布不均、線路聯(lián)絡(luò)率低、轉(zhuǎn)供電能力差、配電臺(tái)區(qū)電壓質(zhì)量偏低(反映出10 kV電源點(diǎn)尤其是35 kV變電站布點(diǎn)不足)、局部“卡脖子”、設(shè)備老化殘舊、供電半徑長、自動(dòng)化程度不高等問題更為突出。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水平相對(duì)較低,聯(lián)絡(luò)率為31.24%,可轉(zhuǎn)供率達(dá)到了27.6%;設(shè)備利用率偏低,線路平均負(fù)載率僅為31.59%;負(fù)荷分布不均,存在重、過載設(shè)備。
(2)配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)不高
受配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況影響,公司系統(tǒng)供電可靠性指標(biāo)不高,尤其是在農(nóng)村地區(qū),單次停電范圍廣、用戶停電次數(shù)多、用戶停電時(shí)間長的現(xiàn)象比較普遍,嚴(yán)重影響公司客戶滿意度的提高。
如表1,A省電網(wǎng)公司全口徑預(yù)安排停電時(shí)戶數(shù)占系統(tǒng)停電的66.17%,故障停電時(shí)戶數(shù)占系統(tǒng)停電的33.83%。
預(yù)安排停電次數(shù)——主要受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響。計(jì)劃檢修和限電造成的停電時(shí)戶數(shù)占預(yù)安排停電的17.50%。由于大批量施工,線路缺陷消除等,導(dǎo)致線路停電次數(shù)多,持續(xù)時(shí)間長,其次是供電所、作業(yè)單位人員不足,施工力量單薄,停電作業(yè)持續(xù)時(shí)間長或重復(fù)停電次數(shù)過多。
故障停電次數(shù)——?dú)夂蛞蛩睾驮O(shè)備老化造成的故障停電時(shí)戶數(shù)占故障停電的47.11%。由于線徑小,供電半徑長,線路長,設(shè)備老化、腐蝕嚴(yán)重,農(nóng)村地區(qū)穿越樹障多、導(dǎo)線對(duì)樹林距離不夠等,使得部份線路易受自然災(zāi)害的影響,影響供電可靠性。
(3)管理水平不高
由于歷史缺少配電網(wǎng)規(guī)劃指導(dǎo),項(xiàng)目管理存在較大隨意性,致使配電網(wǎng)設(shè)備類型繁多,給后續(xù)運(yùn)行維護(hù)帶來極大不便。
部分供電人員技術(shù)業(yè)務(wù)不夠熟練,對(duì)配電網(wǎng)存在的問題客觀分析不夠,線路設(shè)備施工過程中憑經(jīng)驗(yàn),造成部分線路設(shè)備帶缺陷運(yùn)行。
運(yùn)行維護(hù)管理及缺陷管理不到位,線路設(shè)備缺陷未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或周期性巡視檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷未能按時(shí)消除,線路設(shè)備故障停電次數(shù)增多,嚴(yán)重影響供電可靠性的提高。
(1)加強(qiáng)網(wǎng)架建設(shè)
表1 停電影響分析
采取合適的接給方式對(duì)單輻射線路進(jìn)行聯(lián)絡(luò)改造,提高“N-1”通過率;對(duì)線路進(jìn)行合理的分段,縮短停電范圍,提高供電可靠性;對(duì)供電距離過長存在不可轉(zhuǎn)供問題的線路進(jìn)行改造,提升網(wǎng)絡(luò)主干聯(lián)絡(luò)率,提高電壓質(zhì)量;對(duì)存在主干截面不合格且主干過長的線路進(jìn)行改造,采取線路分流或?qū)⒃€路改造成截面更大的線路;對(duì)重載線路進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移,解決線路重過載問題。
(2)科學(xué)選擇配電裝置
在計(jì)劃期內(nèi)對(duì)存在安全隱患的架空線路進(jìn)行整改;現(xiàn)有的中低壓配電設(shè)備中,大部分配電變壓器和開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行年限在10年以內(nèi),線路的運(yùn)行年限相對(duì)較長,部分可以達(dá)到15 年,有極少數(shù)甚至可以達(dá)到20年以上,對(duì)部分年限過長的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的更換和改造;新建線路選擇合適的導(dǎo)線截面;增加設(shè)備設(shè)計(jì)裕度,根據(jù)負(fù)荷的需求選擇合適的容量的配電變壓器。雷害較為密集,需采取有效的防雷害措施,減少雷害影響,提高設(shè)備抵御自然災(zāi)害能力;提高配電網(wǎng)絕緣化率和電纜化率;對(duì)農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行戶表改造。
(3)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo),建立健全供電企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)
要做配電網(wǎng)建設(shè)工作,不但要領(lǐng)導(dǎo)重視,且需要各相關(guān)部門、各基層供電所及班組成員相互配合,對(duì)照有關(guān)的技術(shù)規(guī)定要求,成立相應(yīng)的供電管理網(wǎng)絡(luò),制訂管理工作責(zé)任制度,明確管理工作的職責(zé)及范圍,嚴(yán)格要求,認(rèn)真考核。加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行管理、提高設(shè)備巡視率、減少預(yù)安排停電次數(shù)。
深入了解分析配電網(wǎng)現(xiàn)狀存在問題,總結(jié)配電網(wǎng)的短板,因地制宜地制定解決問題的方案,努力提高供電經(jīng)濟(jì)性、安全性及可靠性管理水平。
“十二五”期間,A省中壓配電網(wǎng)的投資共計(jì)240.1億元,“滿足供電要求”共投資91.2億元,占總投資的39%。其中:滿足新增負(fù)荷投資44.7億元,占總投資的19%;解決重過載投資37.6億元,占總投資的16%。
重過載線路問題解決率達(dá)到100%,D類及以上供電區(qū)不滿足“N-1”線路的問題解決率達(dá)到98.35%。
“提高戰(zhàn)略指標(biāo)”共投資149.4億元,占總投資的61%。其中:完善中壓網(wǎng)架投資29.5億元,占總投資的12%;解決電壓不合格投資28.5億元,占總投資的12%;更換殘舊設(shè)備投資56.9億元,占總投資的24%;解決安全隱患投資34.2億元,占總投資的14%。
線路和臺(tái)區(qū)電壓質(zhì)量偏低問題解決率分別達(dá)到78.55%、78.52%。
通過對(duì)中壓配電網(wǎng)的分析,A省存在的影響供電可靠性及經(jīng)濟(jì)性的問題得到初步解決,中壓配電網(wǎng)得到進(jìn)一步完善。
(1)對(duì)中壓配電網(wǎng)存在的主要問題類型進(jìn)行了分析,介紹了中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化的原則及思路,并在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化措施。
(2)結(jié)合A省中壓配電網(wǎng)的實(shí)際情況,對(duì)其配電網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的分析,找出了配電網(wǎng)存在的主要問題,提出適用于A省的中壓配電網(wǎng)建設(shè)改造優(yōu)化策略,并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析,使得A省中壓配電網(wǎng)建設(shè)改 造工作更加完善、可靠、準(zhǔn)確,并確保投資上的最優(yōu)化。
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