秦茹靜

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

同步城市發(fā)展的電網布局規(guī)劃

秦茹靜

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

總結了適應城市發(fā)展的各電壓等級電網的電網結構以及電網結構的過渡方案，在規(guī)劃階段確保電網建設方案能夠靈活過渡到目標電網。同時給出了適用于城市分區(qū)控制規(guī)劃的負荷預測模型，預測出片區(qū)負荷的數量和位置。

電網規(guī)劃；負荷預測；同步城市發(fā)展

0 前言

城市的發(fā)展和規(guī)劃要求應有與之相配套的城市電網支持[1]，而城市電網建設也需要城市規(guī)劃為其安排必要的變配電設施和供配線路的用地空間。土地資源的緊缺導致電網建設的難度越來越大，變電站布點、電力通道建設將越來越困難。電網規(guī)劃和市政規(guī)劃需協(xié)調同步[2]。與城市發(fā)展同步的電網應滿足如下要求[3]：

1)提高電網供電能力，與負荷增長同步并適度超前，具備向各級用戶供電的能力，滿足各類用戶負荷增長的需要；

2)提高供電可靠性，滿足日益增長的安全可靠供電的要求；

3)環(huán)境友好，資源節(jié)約，集約發(fā)展，降低網損，減少占地；

4)合理安排建設資金和建設時間；

5)提高電網規(guī)劃的科學性、前瞻性、可操作性和靈活性；

6)爭取政策支持，建立電網建設綠色通道。

7)本論文重點闡述與城市發(fā)展同步的各電壓等級電網規(guī)劃相關內容。

1 負荷預測方法研究

電網的供電能力要與負荷增長同步并適度超前，具備向各級用戶供電的能力，滿足各類用戶負荷增長的需要。因此，科學合理的負荷預測是關鍵。準確地預測負荷增長的數量、位置和時間是合理安排建設資金和建設時間的重要因素。為提供負荷預測增長位置的信息，需要對預測區(qū)域在空間上進行分區(qū)。

1.1 負荷的分區(qū)模型

根據規(guī)劃目的和范圍的不同，負荷預測分為規(guī)劃分區(qū)、功能分區(qū)、街區(qū)三個層次進行。

將規(guī)劃范圍分為若干規(guī)劃分區(qū)，每個規(guī)劃分區(qū)細分為若干功能分區(qū)，功能分區(qū)分為若干街區(qū)。分區(qū)間的包含關系，規(guī)劃分區(qū)由功能分區(qū)組成，功能分區(qū)由若干街區(qū)組成，如圖1；空間劃分與層次負荷之間的對應關系如圖2所示：

圖1 分區(qū)劃分的包含關系

圖2 空間劃分與層次負荷的對應關系

從負荷預測角度，街區(qū)的負荷預測實質上是配變負荷的預測；功能分區(qū)負荷預測實質上是饋線負荷的預測；規(guī)劃分區(qū)負荷預測實質上是變電站負荷的預測。

從電網規(guī)劃角度，配變的臺數及容量取決于街區(qū)的負荷預測結果；饋線的條數、中壓配網結構取決于功能分區(qū)的負荷預測結果；變電站的臺數、容量取決于規(guī)劃分區(qū)的負荷預測結果。

1.2 負荷預測的層次模型

由于負荷曲線的疊加特性，規(guī)劃分區(qū)的最大負荷不是所屬功能分區(qū)最大負荷之和，需考慮同時率；功能分區(qū)的最大負荷不是所屬街區(qū)最大負荷之和，需考慮同時率。街區(qū)的最大負荷不是建筑電氣負荷預測值的簡單疊加，需同時考慮需用系數和同時率系數。負荷預測層次模型的提出是為了解決不同分區(qū)間負荷預測值疊加時同時率參數的選取[7]。

如圖3所示，配電網節(jié)點負荷分為：變電站負荷、饋線負荷、低壓線負荷和進戶線負荷。

圖3 住宅小區(qū)配電系統(tǒng)典型結構

圖4 節(jié)點負荷的層次結構和同時率關系圖

由圖4可以看出，層次負荷間上下層之間存在著同時率的關系，從而得到層次負荷之間的相互關系模型。變電站間的負荷考慮同時率后的最大負荷為片區(qū)負荷。

2 500 kV電網布局研究

環(huán)型結構和網格型結構為城市500 kV電網普遍采用的電網結構型式，有其合理性和必然性。環(huán)網結構的特點是環(huán)網上變電站間相互支援能力強，便于從多個方向受入電力，便于采取解環(huán)或擴大環(huán)網的方式調整結構。網格型結構的特點是線路短、相互支援能力更強、網架堅固，便于多點受入電力，便于擴大電網或通過解開聯(lián)絡線的方式調整網架結構。缺點是短路電流難以控制，難以通過采取解列電網的措施控制事故范圍。

500 kV電網的目標網架宜根據城市的地理環(huán)境、土地性質，結合電廠的布點，在城市外圍最終形成雙環(huán)網或C型 (U型)環(huán)網的大框架。在條件不具備的城市，可將形成網架的范圍往外擴展，與臨近地區(qū)的變電站或電廠形成雙環(huán)網或C型 (U型)環(huán)網結構，同時要控制接入雙環(huán)網主網架的變電站數量，條件具備時，新建的變電站應盡量按終端變電站考慮。500 kV電網建設的過渡期間，可以考慮建成不完全雙環(huán)網、單環(huán)網、C型或U型環(huán)網，當條件成熟時，逐步完善網架成為雙環(huán)網，提高供電可靠性和電網安全穩(wěn)定性。

環(huán)型結構在形態(tài)上可分為單環(huán)網、C(U)環(huán)網 (半環(huán)網)和雙環(huán)網，分別對應城市電網發(fā)展的不同階段，單環(huán)網和半環(huán)網可以很容易地過渡到雙環(huán)網。

網格結構從形態(tài)上可分為日字型、目字型、田字型和網絡型，由圍繞城市多個中心區(qū)或多個城市的500 kV環(huán)網疊加而成。日字型、目字型、田字型和網絡型對應城市擴展的不同階段，過渡方式為雙環(huán)網-日字型-目字型-田字型-網絡型。

隨著城市的發(fā)展、負荷的不斷增加，500 kV電網結構在形態(tài)上可由單環(huán)網或半環(huán)網逐步過渡到雙環(huán)網、日字型、目字型、田字型和網絡型結構。

3 220 kV電網分區(qū)和電網結構模型

根據220 kV分區(qū)規(guī)劃運行和電磁環(huán)網解環(huán)的要求，研究220 kV電網分區(qū)原則和分區(qū)類型。分層分區(qū)是指打開電磁環(huán)網，按電網的電壓等級將電網按供電能力劃分出若干包含不同結構層次的供電區(qū)域，在各區(qū)域內根據電力負荷安排相應的電力供應，形成區(qū)域內電力供需大致平衡[8]。也就是說，分層分區(qū)是相對不同等級電網而言的，具體到500/220 kV電網系統(tǒng)，在運行時兩座500 kV變電站的供電區(qū)域之間只有500 kV電壓等級的聯(lián)絡潮流，而沒有220 kV電壓等級的潮流流動，形成每座500 kV變電站單獨帶一片220 kV電網各自為政的運行格局。

不同類型的分區(qū)內部電網可采用不同的結構。220 kV電網結構可分為獨立分區(qū)電網結構和互聯(lián)分區(qū)電網結構兩類。

在220 kV電網獨立分區(qū)規(guī)劃時，應重點考慮如下電網結構：

1)由500 kV變電站不同母線的220 kV出線組成鏈式或環(huán)網結構；

2)由500 kV變電站220 kV出線和220 kV地方電廠組成鏈式或環(huán)網結構；

3)由500 kV變電站220 kV出線的不同母線組成鏈式或環(huán)網結構，再與220 kV地方電廠連接，即1)和2)的組合。

據此推薦獨立分區(qū)三種電網結構，雙放射結構、雙鏈結構和自環(huán)網結構。

互聯(lián)分區(qū)存在兩個及以上500 kV變電站作為分區(qū)電網的電力下載通道，若干220 kV地方電廠作為分區(qū)電網的電源支撐。根據220 kV電網分區(qū)的可靠性原則，為保證220 kV電網的運行可靠性，互聯(lián)分區(qū)內部宜采用環(huán)網運行。因此，在220 kV電網獨立分區(qū)規(guī)劃時，應重點考慮如下電網結構：

1)由不同500 kV變電站220 kV出線組成鏈式或環(huán)網結構；

2)由不同500 kV變電站220 kV出線或相同變電站的不同母線出現組成鏈式或環(huán)網結構，再與220 kV地方電廠或其它500 kV變電站相連；

3)通過1)和2)的組合，形成日字形、目字型、田字形或網絡結構。

4 110 kV電網規(guī)劃模型研究

根據變電站結構和主變臺數的不同，提出兩臺主變和三臺主變條件下的110 kV電網結構序列，重點分析這些電網結構的應用場合和不同結構的過渡方案。

110 kV電網采用環(huán)網布置，開環(huán)運行的方式，目的是避免與220 kV電網形成電磁環(huán)網，從而形成以220 kV變電站為獨立電源點的110 kV電網。同時110 kV電網接線應力求達到運行靈活、經濟，電網接線簡單，網架適應性強，層次清晰。由于110 kV電網網絡接線形式繁多，以下主要根據變電站最終規(guī)模的不同，結合各種接線模式與主變臺數、變電站主接線的合理搭配，介紹以下幾種常用的電網接線形式。

表1 110kV變電站 (兩臺主變規(guī)模)典型接線模式

表2 110kV變電站 (三臺主變規(guī)模)典型接線模式

網架過渡有以下幾種情景：

情景一：兩線一變 (單電源)→三線兩變→四線兩變→四線三變

情景二：兩線一變 (雙電源)→兩線兩變(雙電源)→四線兩變→四線三變

情景三：六線兩變→六線三變

情景四：四線兩變→四線三變過渡

5 10 kV電網規(guī)劃模型研究

城市配電網絡的發(fā)展與負荷以及城市經濟的發(fā)展密切相關，城市不同發(fā)展階段和不同區(qū)域對配電網接線的要求也不盡相同。總體來講，配電網接線模式分為輻射、環(huán)網、網絡和多回路平行四種結構。輻射網由于缺乏故障后轉供能力，可靠性較差，在配電網規(guī)劃模型中基本不采用；環(huán)網接線和網絡接線是兩種主要采用的中壓電網接線模式，其中環(huán)網接線包括雙射網、單環(huán)網和雙環(huán)網，網絡接線包括#字型和4?6接線。

同步城市發(fā)展的中壓配電網的規(guī)劃、建設和改造已成為電力發(fā)展的一項十分重要的基礎工程，其中電網接線模式的選擇是一個十分重要的問題。

1)架空線路避免復雜接線，推薦采用手拉手簡單接線模式。

2)電纜接線可采用單環(huán)網、雙環(huán)網、平行直供，以雙環(huán)網為主。

3)當饋線容量控制在10 000 kVA時，最優(yōu)運行狀態(tài)下，電纜饋線的配變綜合負載率為43%左右；而架空饋線為36%左右，低于電纜系統(tǒng)。

4)饋線安全電流控制在460 A時，手拉手接線的架空線配變裝機容量應限制在10 000 kVA。

5)饋線安全電流控制在400 A時，單環(huán)網、雙環(huán)網、平行直供結構配電網的饋線裝設容量宜控制在8 000 kVA；安全電流控制在500 A時，配變容量宜控制在10 000 kVA。

6)可根據用戶重要性和報裝容量大小等因素選擇相應的線路接線模式和用戶接入方式，并隨著城市的發(fā)展做靈活調整。

6 結束語

根據城市規(guī)模及負荷發(fā)展情況，適時增加500 kV變電站布點。在發(fā)達城市中心城區(qū)建設500 kV終端變電站 “中心開花”的電網布局使遠景電網結構更為合理，不僅緩解了中心城區(qū)220 kV樞紐站的供電壓力，也有利于對現有設備的充分利用，對遠景市中心負荷超常規(guī)增長也有較強的適應性。

220 kV電網遠景發(fā)展方向可概括為 “分區(qū)分片、局部成環(huán)、廠站配合”。適時解環(huán)，采取分區(qū)分片運行的結構，220 kV各分區(qū)電網在正常方式下應保持相對獨立運行、不與500 kV線路構成電磁環(huán)網，在事故方式下可以相互提供支援。

110 kV高壓配電網遠景發(fā)展的方向可概括為“簡化接線，放射為主，雙向供電”。110 kV高壓變電站布局規(guī)劃宜考慮 “先布點，后擴建”的原則。

10 kV中壓配電網的發(fā)展方向是： “加強環(huán)網，增強互供，縮短半徑”。城市中心城區(qū)以單環(huán)網和雙環(huán)網電纜接線為主，重要用戶負荷采用平行直供接線模式，中心城區(qū)以外區(qū)域以架空絕緣線路為主，采用手拉手接線模式。配電網網架應滿足系統(tǒng)安全可靠的要求，加強站間聯(lián)系，增強互供能力。

綜上所述，同步城市發(fā)展的電網布局規(guī)劃，應該形成 “220 kV強-110 kV弱-10 kV強”的網架結構?；ヂ?lián)輸電網擁有堅實的安全基礎，高壓配電網結構相對簡化，充分利用中低壓配電網的可靠互聯(lián)結構、負荷轉移能力和變壓器容量裕度，實現終端用戶的高供電可靠性。

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Review on Power Network Layout Planning for Synchronized Development of City

QIN Rujing
(Beijing Forever Technology Co.，LTD.，Beijing 100011，China)

Construction of the power network should be constructed with city development synchronoThis paper summarizes the power network of each voltage grade adapted city development and it’s transition scheme，at the planning stage ensures the power network can flexible transition to the target network.This paper also gives load forecasting model adapted the city zoning control planning，forecasting the number and location of load.

network planning；load forecasting；synchronized development of the city

TM715

B

1006-7345(2015)05-0053-04

2015-12-16

秦茹靜 (1981)，女，碩士，工程師，北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，從事電網規(guī)劃和系統(tǒng)接入工作 (e-mail) 13511060228 qinrujing＠126.com。