遲福建，劉聰，張媛，李桂鑫，王哲，曹彥昆，李躍輝

（1.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司，天津市 河北區(qū) 300010；2.天地電研(北京)科技有限公司，北京市 海淀區(qū) 102206）

0 引言

電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是通過(guò)輸電線路、母線及開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備將多個(gè)變壓器物理連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電流在某一電壓層級(jí)內(nèi)的傳輸。組網(wǎng)模式是在各級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性等因素實(shí)現(xiàn)的各級(jí)電網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)配合。隨著人們生活水平的不斷提升，對(duì)電力的依賴(lài)度越來(lái)越高，對(duì)停電的容忍度也越來(lái)越低。供電可靠性成為反應(yīng)供電企業(yè)供電質(zhì)量的重要考核指標(biāo)，這要求構(gòu)建更加堅(jiān)強(qiáng)可靠、靈活高效的電力網(wǎng)絡(luò)。較高的供電可靠性要求堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)網(wǎng)架支撐，也必然帶來(lái)高額的成本投入，如何實(shí)現(xiàn)不同電壓層級(jí)電網(wǎng)間的經(jīng)濟(jì)、高效組網(wǎng)是供電企業(yè)面臨的一大問(wèn)題[1]。變電站配置包括主接線及容量選擇，變電站主接線模式與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同組網(wǎng)模式下要求的變電站主接線不同。從供電可靠性、供電質(zhì)量上來(lái)看要求變電站小容量、密布點(diǎn)，但城市建設(shè)用地緊張、落地困難等問(wèn)題困擾電網(wǎng)建設(shè)，變電站如何配置也是電網(wǎng)面臨的主要問(wèn)題。

本文分別選取國(guó)外發(fā)達(dá)城市巴黎、東京、新加坡及國(guó)內(nèi)8座重點(diǎn)城市電網(wǎng)，分別從供電企業(yè)概況、電壓等級(jí)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站配置等方面分析國(guó)內(nèi)外情況，并進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)可供借鑒的主要經(jīng)驗(yàn)。

1 國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的積累目前較為成熟，電網(wǎng)建設(shè)理念及思路具備一定的借鑒價(jià)值，本文選取倫敦、巴黎、東京、新加坡4座發(fā)達(dá)城市介紹電網(wǎng)概況及發(fā)展理念。

1.1 供電概況

從面積、人口、最大負(fù)荷、用電量、負(fù)荷密度、供電企業(yè)等方面，列出國(guó)外發(fā)達(dá)城市概況及電網(wǎng)基本情況[2-5]，如表1所示。

1.2 電壓序列

倫敦、東京、新加坡電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)分為5級(jí)，巴黎電網(wǎng)分為4級(jí)。巴黎、東京、新加坡中壓配網(wǎng)采用 20 kV(22 kV)電壓等級(jí)。國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)電壓序列如表2所示。

1.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

倫敦、巴黎、東京電網(wǎng)主要以“強(qiáng)-簡(jiǎn)-強(qiáng)”模式組網(wǎng)，高壓配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，中壓配網(wǎng)通過(guò)閉環(huán)運(yùn)行或雙電源接入補(bǔ)強(qiáng)供電可靠性，實(shí)現(xiàn)N-1不損失負(fù)荷。特別是新加坡中壓配網(wǎng)，采用花瓣接線模式，閉環(huán)運(yùn)行，線路配置縱差保護(hù)，實(shí)現(xiàn)N-2不損失負(fù)荷。國(guó)外發(fā)達(dá)城市的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況如表3所示。

1.4 變電站配置

高壓配網(wǎng)變電站主接線模式簡(jiǎn)化，多以線路-變壓器單元接線為主，不設(shè)進(jìn)線斷路器，如倫敦、巴黎、東京。變電站容量配置規(guī)格各不相同，巴黎采用小容量布置，東京、新加坡采用大容量布置。國(guó)外發(fā)達(dá)城市的變電站配置如表4所示。

表1 國(guó)外發(fā)達(dá)城市供電概況表Tab. 1 The general power supply situation in abroad developed cities

表2 國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)電壓序列匯總表Tab. 2 The voltage sequence summary in abroad developed cities

表3 國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式Tab. 3 The structure types summary in abroad developed cities

表4 國(guó)外發(fā)達(dá)城市變電站配置情況Tab. 4 The substation configuration summary in abroad developed cities

2 國(guó)內(nèi)主要城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)城市電網(wǎng)處于發(fā)展階段，在滿(mǎn)足供電需求的基礎(chǔ)上，如何兼顧經(jīng)濟(jì)性、最大效率提升供電可靠性是電網(wǎng)建設(shè)關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題。

2.1 供電概況

從面積、人口、最大負(fù)荷、用電量、負(fù)荷密度、供電企業(yè)等方面，列出國(guó)內(nèi)8座主要城市概況及電網(wǎng)基本情況如表5所示[6-10]。

2.2 電壓序列

國(guó)內(nèi)主要城市電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)以 500/220/110/10 kV為主，上海、天津高壓配網(wǎng)主要為110、35 kV 兩個(gè)電壓層級(jí)。上海積極發(fā)展110 kV電網(wǎng)，在負(fù)荷密度低、且無(wú)110 kV電源點(diǎn)的地區(qū)，可考慮新建35 kV變電站；天津逐步由以35 kV為主向以110 kV為主過(guò)渡。

2.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

500 kV電網(wǎng)均采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；220 kV電網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、雙鏈結(jié)構(gòu)；110 kV電網(wǎng)主要采用鏈?zhǔn)溅薪?、鏈?zhǔn)絋接結(jié)構(gòu)；10 kV電纜網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，廣州、深圳采用N供一備結(jié)構(gòu)，杭州采用三雙、擴(kuò)展型三雙結(jié)構(gòu)；10 kV架空網(wǎng)主要采用多分段適度聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)主要城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如表6所示。

2.4 變電站配置

1）500 kV變電站。

表5 國(guó)內(nèi)主要城市供電概況表Tab. 5 The power supply profiles in domestic major cities

表6 國(guó)內(nèi)主要城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)表Tab. 6The structure situation in domestic major cities

主變臺(tái)數(shù)主要采用2～4臺(tái)，單臺(tái)容量750～1500 MV?A，廣州、深圳變電站終期采用大規(guī)模配置，主變臺(tái)數(shù) 4～6臺(tái)，容量 1000～1500 MV?A。

樞紐站500 kV側(cè)采用3/2主接線，終端站采用橋型接線或線變組單元接線。國(guó)內(nèi)主要城市500 kV變電站配置如表7所示。

2）220 kV變電站。

220 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺(tái)為主，主變?nèi)萘恐饕捎?80、240 MV?A，樞紐站220 kV側(cè)主接線主要采用雙母線分段接線，終端站主要采用單母分段、線變組、橋型接線。國(guó)內(nèi)主要城市220 kV變電站配置如表8所示。

3）110 kV變電站。

110 kV變電站終期規(guī)模以3臺(tái)為主，主變?nèi)萘恐饕捎?0、63 MV?A。

深圳110 kV變電站主接線模式主要采用單母分段接線，其他城市主要采用環(huán)入環(huán)出、內(nèi)橋、線變組接線方式。主要城市電網(wǎng)110 kV變電站配置如表9所示。

表7 國(guó)內(nèi)主要城市500 kV變電站配置表Tab. 7 The 500 kV substations configuration in domestic major cities

表8 國(guó)內(nèi)主要城市220 kV變電站配置表Tab. 8 The 220 kV substations configuration in domestic major cities

表9 國(guó)內(nèi)主要城市110 kV變電站配置表Tab. 9 The 110 kV substations configuration in domestic major cities

3 國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)組網(wǎng)模式及變電站配置對(duì)比分析

3.1 供電可靠性

近年來(lái)，國(guó)外發(fā)達(dá)城市電網(wǎng)供電可靠性普遍較高，特別是東京2 min，達(dá)到“5個(gè)9”；新加坡達(dá)到0.3 min，達(dá)到“6個(gè)9”。國(guó)內(nèi)城市電網(wǎng)供電可靠性普遍較低[11-12]，供電可靠性普遍不超過(guò)“4個(gè)9”。國(guó)外較高供電可靠性是一套系統(tǒng)性工程，包括堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、靈活的運(yùn)行方式、先進(jìn)的可靠性技術(shù)及可靠性管理水平保障其供電可靠性水平，特別是國(guó)外城市普遍實(shí)施可靠性目標(biāo)管理，部分企業(yè)制定了嚴(yán)格的獎(jiǎng)懲措施，變被動(dòng)管理為主動(dòng)性預(yù)防，減少重復(fù)停電及無(wú)需檢修停電，預(yù)安排停電小時(shí)數(shù)占比約小于 40%，較我國(guó)超過(guò)60%占比來(lái)看，可靠性管理對(duì)供電可靠性提升程度較大。國(guó)內(nèi)供電可靠性水平有較大的提升空間，應(yīng)“硬件”、“軟件”兩手抓，在構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的同時(shí)，提升可靠性技術(shù)、可靠性管理水平，特別應(yīng)重視無(wú)需投資的可靠性管理對(duì)供電可靠性提升效果，開(kāi)展綜合停電管理、停電處理定額管理、合環(huán)轉(zhuǎn)供電管理等工作。

3.2 組網(wǎng)模式

國(guó)外輸電網(wǎng)采用雙鏈、環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；巴黎、東京高壓配網(wǎng)采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、閉環(huán)運(yùn)行，變電站主接線多采用線變組單元接線。輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)采用“強(qiáng)-簡(jiǎn)-強(qiáng)”模式組網(wǎng)，以堅(jiān)強(qiáng)中壓配網(wǎng)為支撐，適當(dāng)簡(jiǎn)化高壓配網(wǎng)，構(gòu)建“強(qiáng)簡(jiǎn)有序、相互支援”的目標(biāo)網(wǎng)架；中壓配網(wǎng)N-1通過(guò)率100%，配電自動(dòng)化全覆蓋，配電終端實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控全三遙。

國(guó)內(nèi)500 kV電網(wǎng)均采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；220 kV電網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、雙鏈結(jié)構(gòu)；110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以鏈?zhǔn)溅薪印㈡準(zhǔn)絋接為主，其中上海、深圳、南京、武漢以鏈?zhǔn)溅薪訛橹鳎本?、廣州、天津以鏈?zhǔn)絋接為主，杭州、福州以π、T混合為主。變電站主接線以橋型、線變組單元接線為主，北京B類(lèi)及以上區(qū)域、深圳、武漢采用單母分段接線。國(guó)內(nèi)各級(jí)電網(wǎng)普遍強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)”，輸電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，高壓配網(wǎng)組網(wǎng)模式多樣，與城市的歷史沿襲有較大的關(guān)系，變電站主接線模式較為復(fù)雜，中壓配網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線較為堅(jiān)強(qiáng)。

在保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的同時(shí)，考慮經(jīng)濟(jì)性因素，各級(jí)電網(wǎng)間應(yīng)采用“強(qiáng)-簡(jiǎn)-強(qiáng)”的組網(wǎng)模式，簡(jiǎn)化的高壓配網(wǎng)，通過(guò)堅(jiān)強(qiáng)中壓配網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)供電可靠性，中壓配網(wǎng)強(qiáng)有力支撐高壓配網(wǎng)。過(guò)渡階段要考慮各電壓層級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，加強(qiáng)中壓配網(wǎng)的建設(shè)力度，在中壓配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，適度加強(qiáng)高壓配網(wǎng)(單母分段鏈?zhǔn)浇泳€、增加電源進(jìn)線等)，待中壓電網(wǎng)完成目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)后再恢復(fù)簡(jiǎn)化的高壓配網(wǎng)。

3.3 變電站配置

國(guó)外多以采用大容量、多臺(tái)數(shù)配置，如東京、新加坡，巴黎電網(wǎng)變電站則采用小容量、少臺(tái)數(shù)配置。國(guó)內(nèi)220 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺(tái)為主，單臺(tái)容量18～24萬(wàn)kV?A；220 kV出線規(guī)模在6～16回以?xún)?nèi)；110 kV出線規(guī)模在10～20回以?xún)?nèi)。110 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺(tái)為主，單臺(tái)容量以 5、6.3萬(wàn)kV?A為主；110 kV出線規(guī)模以2～6回為主，單臺(tái)主變10 kV出線規(guī)模以10～16回為主。

隨著城市建設(shè)的不斷深入，變電站、廊道征地愈發(fā)困難，在負(fù)荷密度較高的城網(wǎng)范圍內(nèi)采用大容量、多臺(tái)數(shù)變電站配置已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，縣城及農(nóng)網(wǎng)區(qū)域可以根據(jù)負(fù)荷需求適當(dāng)小容量、多布點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文選取國(guó)外4座發(fā)達(dá)城市，國(guó)內(nèi)8座主要城市為例，分別從供電概況、電壓序列、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站配置等方面分析國(guó)內(nèi)外情況的差異，并給出我國(guó)可借鑒的有意經(jīng)驗(yàn)?？偨Y(jié)如下：

1）供電可靠性水平有較大的提升空間，應(yīng)“硬件”、“軟件”兩手抓，在構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的同時(shí)，提升可靠性技術(shù)、可靠性管理水平，特別應(yīng)加強(qiáng)可靠性管理工作。

2）應(yīng)采用“強(qiáng)-簡(jiǎn)-強(qiáng)”的組網(wǎng)模式，強(qiáng)化輸電網(wǎng)及中壓配網(wǎng)、簡(jiǎn)化的高壓配網(wǎng)，通過(guò)堅(jiān)強(qiáng)中壓配網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)供電可靠性。過(guò)渡階段要重點(diǎn)加強(qiáng)中壓配網(wǎng)的建設(shè)力度，在中壓配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，可適度加強(qiáng)高壓配網(wǎng)。

3）變電站、廊道征地愈發(fā)困難，在負(fù)荷密度較高的城網(wǎng)范圍內(nèi)采用大容量、多臺(tái)數(shù)變電站配置，縣城及農(nóng)網(wǎng)區(qū)域可以根據(jù)負(fù)荷需求適當(dāng)小容量、多布點(diǎn)。