董振華 魏光明

摘 ?要：電網(wǎng)設(shè)備利用率是體現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)，電網(wǎng)設(shè)備利用效率提升是對電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、管理的主要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備利用率優(yōu)化，首先基于設(shè)備利用率指標(biāo)相關(guān)性深入分析，明確設(shè)備利用率影響主要因素，然后提出優(yōu)化原則，構(gòu)成評估指標(biāo)體系，以指導(dǎo)電網(wǎng)設(shè)備利用趨于合理區(qū)間，確保電網(wǎng)效率效益最大化，對電網(wǎng)資產(chǎn)的管理有很強(qiáng)的推動作用。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);設(shè)備利用率;優(yōu)化策略

中圖分類號：TM711 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0148-04

Abstract： The utilization rate of power grid equipment is an important index to reflect the economic operation of power system. Improving the utilization efficiency of power grid equipments is the main goal of power grid planning， construction， operation， and management. In order to realize the optimization of the utilization rate of power grid equipments， firstly， based on the in-depth analysis of the correlation of equipment utilization index， the main factors affecting equipment utilization rate are clarified， and then the optimization principle is proposed to form an evaluation index system， so as to guide the utilization of power grid equipments to a reasonable range， ensure the maximization of power grid efficiency and benefit， and play a strong role in promoting the management of power grid assets.

Keywords： power distribution network; equipment utilization rate; optimization strategy

0 ?引 ?言

電網(wǎng)設(shè)備主要承擔(dān)分配電能的任務(wù)，由于設(shè)備型號以及所處環(huán)境存在差異，設(shè)備最大承受負(fù)載水平也不同，使得同型號設(shè)備存在差異性表現(xiàn)。采用科學(xué)合理的設(shè)備利用率評估體系，對電網(wǎng)科學(xué)規(guī)劃、合理改造以提高電網(wǎng)高效運(yùn)行具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著地區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)以及人民生活水平的提升，地區(qū)用電需求不斷增加，配電網(wǎng)需加強(qiáng)建設(shè)、擴(kuò)大規(guī)模來滿足地區(qū)發(fā)展用電需求[1]。在此，需要分析參考大量歷史經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)，做好地區(qū)電網(wǎng)的建設(shè)、發(fā)展兩種需求的相互配合，確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的同時滿足配電網(wǎng)建設(shè)得經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，因此電網(wǎng)設(shè)備利用率優(yōu)化策略研究具有重大意義。

1 ?評估

1.1 ?電網(wǎng)設(shè)備利用水平相關(guān)概念

電網(wǎng)設(shè)備遵循自身的設(shè)計(jì)與工藝的情況下，在正常條件下可承受的極限負(fù)荷，為電網(wǎng)設(shè)備絕對利用水平;電網(wǎng)設(shè)備在實(shí)際約束下設(shè)備所能承受的最大負(fù)荷，為電網(wǎng)設(shè)備相對利用水平。

分析電網(wǎng)設(shè)備相對利用水平，有助于判別是否需要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)以滿足地區(qū)發(fā)展用電需求，或判別項(xiàng)目建設(shè)是否需要延緩?fù)顿Y。分析電網(wǎng)設(shè)備的最大負(fù)載率，有利于判別電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行設(shè)備最大負(fù)載水平。對電網(wǎng)設(shè)備相對水平與電網(wǎng)設(shè)備絕對水平相關(guān)性分析可知，通過合理優(yōu)化運(yùn)行方式、提升設(shè)備供電能力等措施將提升電網(wǎng)設(shè)備合理負(fù)載率，短時間內(nèi)設(shè)備利用率將會下降，長時間來看提升了地區(qū)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行負(fù)載承受能力，將有效節(jié)省電網(wǎng)投資、降低電網(wǎng)損耗[2]。

1.2 ?電網(wǎng)設(shè)備利用率評估體系

電網(wǎng)設(shè)備利用率主要反映設(shè)備的正常運(yùn)行狀況，變電站以及其線路在配電網(wǎng)中承受電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷，設(shè)備利用率主要考慮其正常時的負(fù)載率。電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率中負(fù)荷取值主要以三個指標(biāo)來反映：

（1）全網(wǎng)負(fù)荷最大時負(fù)載率。

（2）設(shè)備最大負(fù)載率。

（3）設(shè)備平均負(fù)載率。

如圖1所示，最大負(fù)荷時刻的負(fù)載率與平均負(fù)荷水平的負(fù)載率分別受不同的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響與不同負(fù)荷特性影響，單個設(shè)備負(fù)載率隨機(jī)性較大不具備研究意義。以全網(wǎng)最大負(fù)荷時刻以及設(shè)備平均負(fù)荷兩個層面對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行研究。

1.3 ?設(shè)備評估指標(biāo)度量指標(biāo)

變壓器以及線路的負(fù)載水平可大致分為輕、重、滿、過載四個狀態(tài)，將電網(wǎng)規(guī)劃原則及電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程相結(jié)合，得出設(shè)備正常運(yùn)行情況度量指標(biāo)如表1所列[3]。

1.4 ?電網(wǎng)設(shè)備利用率指標(biāo)合理取值

配電網(wǎng)設(shè)備利用率合理值分析思路從電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率影響的主要因素切入。先結(jié)合全網(wǎng)最大負(fù)荷時刻（時間節(jié)點(diǎn)）與設(shè)備平均負(fù)荷水平（時間周期），考慮設(shè)備的安全可靠性和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，得出一個理想取值，再結(jié)合負(fù)荷發(fā)展情況，將理想取值轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠砣≈?，得出基于不同供電區(qū)域具體情況的各類供電區(qū)域指標(biāo)合理值。如圖2所示。

可由得到的合理取值看出，設(shè)備實(shí)際利用率與其合理取值水平差距越小，運(yùn)行情況越經(jīng)濟(jì)，設(shè)備利用的越好。

1.4.1 ?在全網(wǎng)最大負(fù)荷時刻下中壓線路理想取值

對于中壓線路，其極限負(fù)載率主要依據(jù)接線模式及設(shè)備架設(shè)形式所決定，在“N-1”運(yùn)行方式下，不同的接線模式，會導(dǎo)致其極限負(fù)載率水平產(chǎn)生差異。具體如表2所示[4]。

針對電網(wǎng)設(shè)備利用率來說線路負(fù)荷越重設(shè)備利用程度就越高。但中壓線路設(shè)備重、過載將導(dǎo)致運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全隱患，同時增加線路損耗，中壓線路設(shè)備運(yùn)行溫度高將縮短設(shè)備使用年限。所以在此體系中，中壓線路設(shè)備輕、重、過載占比越高，中壓線路設(shè)備最佳利用水平就越低，理想情況下，中壓線路設(shè)備重過載、輕載設(shè)備趨于零，設(shè)備利用水平最高[5]。

1.4.2 ?在全網(wǎng)最大負(fù)荷時刻下變電站理想取值

目前配電網(wǎng)規(guī)劃中在考慮“N-1”安全可靠運(yùn)行條件下，常規(guī)計(jì)算主變的極限負(fù)載率只考慮站內(nèi)聯(lián)絡(luò)關(guān)系，過載能力按負(fù)載率130%考慮，雙主變和三主變變電站的允許最大負(fù)載率應(yīng)分別為65%和87%。變電站理想取值，并考慮提高利用率的要求，主變極限負(fù)載率應(yīng)將變電站站間聯(lián)絡(luò)一并考慮，將進(jìn)一步增大主變故障時負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，避免主變?nèi)萘颗c負(fù)荷水平不匹配造成的建設(shè)投資偏大。

變電站極限負(fù)載率主要取決于變電站主變配置、主變聯(lián)絡(luò)關(guān)系。以配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則及典型設(shè)計(jì)變電站配置為原則，變電站主變配置一般為2到3臺。變電站-主變在互聯(lián)變電站座數(shù)為2～3座的典型模型中表現(xiàn)出四種組合模式。變電站主變的理想負(fù)載率可通過確定變電站內(nèi)主變配置方式得出，具體如表3所列。

主變滿足“N-1”校驗(yàn)，主要通過聯(lián)絡(luò)異站及同站負(fù)荷轉(zhuǎn)移兩種方式，原則上負(fù)荷轉(zhuǎn)移后任意主變不存在過載運(yùn)行情況，變電站主變滿足“N-1”校驗(yàn)是供電能力分析較為常規(guī)的校核[6]。

主變滿足“N-2”校驗(yàn)，負(fù)荷轉(zhuǎn)移方式與“N-1”校驗(yàn)原理相同，根據(jù)變電站配置情況來看，主要以異站負(fù)荷轉(zhuǎn)移為主。根據(jù)變電站典型模型來看，“N-2”還存在聯(lián)絡(luò)變電站中異站“N-2”校驗(yàn)，這種模式下主要由同站主變供電能力支持，同時考慮其他異站的聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，通過異站聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷更能發(fā)揮主變與其他變電站的聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力。為滿足兩種模式下變電站主變通過“N-2”校驗(yàn)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)、投資規(guī)模存在明顯差異[7]。典型模型下，考慮主變過載能力130%為原則，不同組合模式下主變理想負(fù)載率如表4所列。

在設(shè)備利用率評估體系中，變電站的輕載及重過載的出現(xiàn)會導(dǎo)致分?jǐn)?shù)下降，在無輕載及重過載時分?jǐn)?shù)最高，變電站的利用情況最好。

1.4.3 ?設(shè)備平均負(fù)荷水平下的理想取值

年負(fù)荷率=設(shè)備全年的負(fù)荷平均值/設(shè)備全年負(fù)荷的最大值。設(shè)備年利用率與年符合率成正比，負(fù)荷變化范圍越小，經(jīng)濟(jì)效益越好[8]。

平均負(fù)荷的負(fù)載率是從電量使用角度考慮;最大負(fù)荷的負(fù)載率是從所帶負(fù)荷角度考慮。年負(fù)荷率等于平均負(fù)荷的負(fù)載率與最大負(fù)荷的負(fù)載率之比。因此年負(fù)荷率計(jì)算式為：

μavg=Kf μmax

式中，μavg為設(shè)備等效平均負(fù)載率，μmax為設(shè)備最大負(fù)載率，Kf=設(shè)備等效平均負(fù)載率/設(shè)備最大負(fù)載率，即年負(fù)荷率。

1.4.4 ?結(jié)合實(shí)際負(fù)荷發(fā)展情況下的合理取值

電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率理想取值是基于典型模型在理想條件下分析的結(jié)果。電網(wǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中，因地區(qū)發(fā)展定位不同、地區(qū)用電特性差異等限制性因素，導(dǎo)致供電裕度也不同。所以應(yīng)按照輸電網(wǎng)的發(fā)展方向思路，若供電裕度為α（可采用負(fù)荷年均增長率），那么現(xiàn)設(shè)備的負(fù)載率μ計(jì)算式為：

μ=×100%

其中，n為目標(biāo)負(fù)荷發(fā)展預(yù)留年限。合理取值考慮電力裕度上面計(jì)算式可以計(jì)算出最大負(fù)荷時刻下和設(shè)備等效平均負(fù)荷的合理取值為表3、表4理想負(fù)載率分析值的。例如考慮負(fù)荷發(fā)展電力裕度情況下，中壓線路單聯(lián)絡(luò)最大負(fù)荷時刻的合理負(fù)載率則為。

2 ?提高電網(wǎng)設(shè)備利用率的建議舉措

為積極響應(yīng)國家“十四五”提出的碳中和目標(biāo)并兼顧公司可持續(xù)發(fā)展需要，本章分析了進(jìn)一步提高電網(wǎng)設(shè)備利用率的基本依據(jù)并就中低壓電網(wǎng)的工程實(shí)施提出了基于盤活存量和嚴(yán)控增量兩大方向的具體工程措施。

2.1 ?電網(wǎng)設(shè)備利用率提升的理論基礎(chǔ)

基于上述兩大方向提高電網(wǎng)設(shè)備利用率的理論基礎(chǔ)有以下兩個方面。

2.1.1 ?公司理念方面

為社會提供安全可靠優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的電能是電網(wǎng)企業(yè)的一項(xiàng)重要社會責(zé)任。我國電網(wǎng)規(guī)?；ㄔO(shè)歷史不長、可參考經(jīng)驗(yàn)不足，為適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要早期電網(wǎng)建設(shè)著重增強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提高電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性，主要著眼于解決電網(wǎng)設(shè)備的重過載問題和其他安全隱患，而忽略了設(shè)備利用率和固定資產(chǎn)收益等經(jīng)濟(jì)效益，對于電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的部分設(shè)備利用率偏低的問題不夠重視或沒有足夠資源來優(yōu)化[9]。電網(wǎng)從業(yè)者應(yīng)強(qiáng)化自身的價值理念和資源管控理念。

2.1.2 ?建投管控方面

現(xiàn)行電網(wǎng)變電站建設(shè)長期滯后、地區(qū)變電站出現(xiàn)通道不足等問題長期影響著電網(wǎng)設(shè)備利用率和電網(wǎng)公司精準(zhǔn)投資水平。電網(wǎng)建設(shè)周期長、難度大是變電站建設(shè)周期不確定的主要原因，此外市政建設(shè)、配套電纜溝建設(shè)等也制約了變電站數(shù)量的發(fā)展[10]。對已立項(xiàng)項(xiàng)目的調(diào)整中面臨的法律、審計(jì)、設(shè)備安全等各方面風(fēng)險也使得電網(wǎng)變電站建設(shè)進(jìn)度緩慢。

2.2 ?盤活存量

2.2.1 ?10 kV及以上電網(wǎng)

合理控制變電站負(fù)荷水平，避免出現(xiàn)重過載運(yùn)行狀況，對重載變電站合理利用新投運(yùn)變電站通過優(yōu)化運(yùn)行方式解決。對輕載變電站的優(yōu)化措施為：

（1）積極解決通道問題，確保變電站負(fù)荷接入，提高變電站供電能力。

（2）對具備出線條件的變電站，加快配套送出線路立項(xiàng)與實(shí)施。

（3）解決斷面受限瓶頸，避免因網(wǎng)絡(luò)受限造成變電站輕載。

（4）變電站因季節(jié)性負(fù)荷原因造成輕、重并存問題，主要優(yōu)化10 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提高線路有效聯(lián)絡(luò)率，實(shí)現(xiàn)臨時停變及10 kV負(fù)荷轉(zhuǎn)移措施，提高設(shè)備利用率。

（5）積極向政府相關(guān)部門爭取，實(shí)現(xiàn)合理產(chǎn)業(yè)布局，推動電能替代等措施，增加區(qū)域用電負(fù)荷，解決設(shè)備輕載問題。

2.2.2 ?10 kV及以下電網(wǎng)

對于10 kV及以下電網(wǎng)，可采取以下措施盤活存量：

（1）對裝接容量大仍然出線輕載的線路，需深入核查線路報(bào)裝容量較大用戶的用電情況，投產(chǎn)超過3年平均負(fù)載率低于30%用戶的實(shí)際用電情況。實(shí)際用電負(fù)荷低于報(bào)裝負(fù)荷的10%，則認(rèn)定用戶存在“報(bào)大用小”的情況，為提高線路設(shè)備利用率，可適當(dāng)考慮接入新用戶。

（2）結(jié)合網(wǎng)格化規(guī)劃推進(jìn)，合理分配線路負(fù)荷。按照網(wǎng)格化實(shí)現(xiàn)供電單元獨(dú)立供電原則，重新梳理已有線路供電能力及供電范圍，重新分配線路負(fù)荷使其合理，根據(jù)規(guī)劃方案即時落實(shí)相關(guān)項(xiàng)目，確保線路負(fù)荷的合理分配。

（3）優(yōu)化運(yùn)行方式，固化標(biāo)準(zhǔn)接線模式。進(jìn)一步推動網(wǎng)格化規(guī)劃的管理模式，采用標(biāo)準(zhǔn)接線組，合理分配線路負(fù)荷及合理分段，優(yōu)化運(yùn)行方式，發(fā)布網(wǎng)格化目標(biāo)網(wǎng)架標(biāo)準(zhǔn)接線情況示意圖，以指導(dǎo)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的調(diào)整及改造。

2.3  嚴(yán)控增量

根據(jù)上文分析得出，當(dāng)前部分設(shè)備利用率較為低下，所以需加強(qiáng)電網(wǎng)新設(shè)備的投入的管理力度。

對110千伏以上電網(wǎng)的優(yōu)化措施為：

（1）通過土建電氣分步建設(shè)控制增量。

（2）根據(jù)需求調(diào)整變電站投資建設(shè)規(guī)模。

（3）推遲投產(chǎn)容載比偏高地區(qū)、迫切程度略低的項(xiàng)目。

針對10千伏及以下電網(wǎng)的優(yōu)化措施為：

（1）對變電站出線間隔管理加強(qiáng)即采用多種渠道按季度收集新增用電信息，根據(jù)現(xiàn)有間隔資源情況及在建或已批復(fù)項(xiàng)目相結(jié)合，制定有規(guī)劃的出線間隔資源安排計(jì)劃。

（2）完善新新增用戶負(fù)荷核算機(jī)制即對于報(bào)裝容量5 000千伏安及以上的用戶，應(yīng)根據(jù)用戶性質(zhì)及相關(guān)生產(chǎn)資料核實(shí)用戶的報(bào)裝負(fù)荷是否合理，在負(fù)荷核算無誤的情況下制定用戶接入方案;為取得各類性質(zhì)用戶實(shí)際負(fù)荷情況，可按季度對新裝用戶的負(fù)荷情況進(jìn)行核算分析，對實(shí)際負(fù)荷與報(bào)裝負(fù)荷核算超標(biāo)嚴(yán)重的用戶接入方案進(jìn)行抽查，分析其合理性，為后期新增用戶報(bào)裝合理性及接入方案的審批提供可靠依據(jù);對直屬各供電所的配電網(wǎng)新出線項(xiàng)目的審批采用不同的策略進(jìn)行管控。

3 ?結(jié) ?論

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，將更加注重電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)質(zhì)量與電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。通過建立設(shè)備利用率提升總體優(yōu)化策略，從完善指標(biāo)管理體系、加強(qiáng)電力設(shè)備監(jiān)管等方面給出了提升設(shè)備利用率相關(guān)舉措，結(jié)合完善網(wǎng)架、提升設(shè)備裝備水平、合理管理設(shè)備信息等方面，對提高地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展提供有效的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的穩(wěn)定增長。

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作者簡介：董振華（1987—），男，漢族，甘肅蘭州人，工程師，碩士，研究方向：配電網(wǎng)運(yùn)行與控制，配電網(wǎng)規(guī)劃;魏光明（1990—），男，漢族，甘肅蘭州人，工程師，碩士，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與電源用戶接入管理。