曾遠(yuǎn)方
(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局,廣東 東莞 523000)
東莞為珠三角主要城市,全市面積2 460 km2,城鎮(zhèn)化率高,負(fù)荷密度高。在電網(wǎng)發(fā)展的“十二五”“十三五”階段,為了快速滿足用電需求,110 kV電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展了110 kV T接接線,110 kV變電站主要采用線變組接線,目前形成了以“T接+線變組”為主的高壓配電網(wǎng)接線。110 kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)推薦接線主要有鏈?zhǔn)浇泳€、T接接線等[1-4],各類接線均有其優(yōu)缺點及適應(yīng)的場景,需結(jié)合實際電網(wǎng)發(fā)展及城市特點進(jìn)行選擇[5]。東莞和廣州是目前以T接為主要高壓配電網(wǎng)接線的城市,周邊深圳、珠海、佛山、中山、惠州多以雙回鏈?zhǔn)交蜴準(zhǔn)?T接結(jié)合接線為主[6-8]。文獻(xiàn)[9-10]對3T接線、完全鏈?zhǔn)浇泳€、不完全鏈?zhǔn)浇泳€進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟比較,重點對比了經(jīng)濟性、可靠性等指標(biāo)。文獻(xiàn)[11]綜合分析了高壓配電網(wǎng)及中壓出線在各種線路網(wǎng)架情況下的綜合經(jīng)濟性和可靠性,提出對可靠性要求相對較高的區(qū)域推薦選擇完全雙鏈?zhǔn)浇泳€。
由于東莞現(xiàn)狀高壓配電網(wǎng)以“T接+線變組”為主,繼續(xù)建設(shè)110 kV T接電網(wǎng)的延續(xù)性較好。隨著東莞產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,企業(yè)對供電質(zhì)量要求逐步提升,用戶停電時間要求逐步縮短,東莞現(xiàn)狀高壓網(wǎng)架已難以滿足用戶的供電需求。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)道路上,新能源、儲能站、大用戶的接入對于110 kV間隔需求越來越大,急需對高壓配電網(wǎng)接線進(jìn)行分析,提出適應(yīng)東莞區(qū)域的高壓配電網(wǎng)接線發(fā)展建議。
本文主要對東莞地區(qū)的高壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀特點及存在問題進(jìn)行分析,針對高壓配電網(wǎng)網(wǎng)架接線、變電站主接線的優(yōu)化,在研究優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上給出了優(yōu)化建議;然后結(jié)合110 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及110 kV變電站主接線具體情況,綜合提出了東莞地區(qū)高壓配電網(wǎng)接線發(fā)展建議。
2022年,東莞總負(fù)荷19 197 MW,區(qū)域高壓配電網(wǎng)電壓等級為110 kV?,F(xiàn)狀有110 kV變電站175座,93%變電站為3臺主變,主變過載比例為1.6%,重載比例為17.4%,不滿足N-1變電站比例為19.4%。上級電源220 kV站38座,重過載比例達(dá)40%。東莞現(xiàn)狀110 kV主要為“T接+線變組”的接線方式,網(wǎng)架方面T接接線占97%,變電站主接線方面線變組占81%,刀閘外橋接線占13%,少部分帶母線接線。110 kV聯(lián)絡(luò)線方面,一共有47條,平均每座變電站有2.5條聯(lián)絡(luò)線,部分站點聯(lián)絡(luò)線不足:6個站僅有1條聯(lián)絡(luò)線,檢修情況(80%負(fù)荷)下有9座變電站通過聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移負(fù)荷后剩余負(fù)荷大于300 MW,轉(zhuǎn)供電能力較差。
為服務(wù)新型電力系統(tǒng),需要建設(shè)強健有序、靈活可靠、先進(jìn)適用的配電網(wǎng),110 kV高壓配電網(wǎng)需要增強其靈活性和可靠性。在東莞地區(qū)具體的需求體現(xiàn)在:
1)增加110 kV間隔預(yù)留,適應(yīng)未來新能源、儲能站、大用戶等的接入,避免110 kV間隔資源不足,T接接入導(dǎo)致的用戶故障出門、保護整定困難等問題。
2)增加110 kV聯(lián)絡(luò)通道,增強220 kV供電片區(qū)之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力,避免220 kV變電站在檢修和高峰情況下負(fù)荷無法轉(zhuǎn)移的問題。
3)增加110 kV及220 kV變電站布點,確保各電壓等級容載比在合理范圍,各電壓等級間隔、容量資源合理。
梳理目前高壓配電網(wǎng)規(guī)劃和運行存在的問題,主要如下:
1)高壓配電網(wǎng)變電站重載問題突出:T接線路停電需主變同停,110 kV主變停電困難。
2)110 kV聯(lián)絡(luò)通道不足:線變組接線形式下,110 kV線路之間無聯(lián)絡(luò)通道,在110 kV聯(lián)絡(luò)線不夠充足的情況下,220 kV變電站之間轉(zhuǎn)供困難。
3)110 kV間隔資源不足:110 kV變電站主要為線變組,現(xiàn)狀較多站無110 kV預(yù)留間隔,難以適應(yīng)未來新能源、儲能站、大用戶等的接入。
4)同塔電網(wǎng)風(fēng)險較多:高壓配電網(wǎng)存在南方電網(wǎng)二級事件6項、三級事件38項,其中同塔故障風(fēng)險40項。
5)輸變電工程推進(jìn)日益困難,電網(wǎng)投資縮緊,規(guī)劃站投產(chǎn)速度難以跟上規(guī)劃需求,新開辟線行困難。
東莞市先進(jìn)制造企業(yè)數(shù)量較多,研究提出,未來解決東莞高壓配電網(wǎng)問題的思路是通過加快電網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化110 kV網(wǎng)架及變電站主接線,使得高壓配電網(wǎng)更具靈活性、可靠性、適應(yīng)性。具體思路如下:
1)優(yōu)化110 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu),加強構(gòu)建110 kV聯(lián)絡(luò)線,并合理化解電網(wǎng)風(fēng)險。
2)全面加快全電壓等級電網(wǎng)建設(shè),降低220 kV及110 kV重載比例。
3)優(yōu)化110 kV變電站站內(nèi)主接線,擬采用外橋接線,以最經(jīng)濟的方式實現(xiàn):構(gòu)建110 kV線路之間的聯(lián)絡(luò)通道,線路檢修時主變無須長時停電,預(yù)留110 kV間隔。
現(xiàn)狀110 kV網(wǎng)架以3T和πT為規(guī)劃原則推薦的目標(biāo)接線各有其優(yōu)缺點。3T接線圖如圖1所示,πT接線圖如圖2所示。
圖1 110 kV 3T接線
圖2 110 kV πT接線
完全3T可以實現(xiàn)所有負(fù)荷通過110 kV轉(zhuǎn)供至對側(cè)220 kV站,存在的問題主要有:1)完全3T電網(wǎng)風(fēng)險較高,存在同塔故障導(dǎo)致2~3個110 kV變電站失壓的三級、二級事件風(fēng)險;2)完全T接方式需求的220 kV間隔較多。πT接線則有效化解了同塔電網(wǎng)風(fēng)險,存在的主要問題為無110 kV聯(lián)絡(luò)線,110 kV線路所供電負(fù)荷無法在兩個220 kV之間轉(zhuǎn)供。兩種接線的綜合比對信息如表1所示。
表1 3T和πT接線比對
梳理東莞實際接線和未來發(fā)展需求,為平衡電網(wǎng)風(fēng)險及負(fù)荷轉(zhuǎn)供需求,建議采用帶聯(lián)絡(luò)線的πT接線。供電能力方面,每回線路最多可以T接3臺主變,每個變電站都有來自兩個不同220 kV變電站的雙電源;風(fēng)險方面,πT接線可以化解同塔風(fēng)險,最多存在一座變電站失壓的風(fēng)險;轉(zhuǎn)供能力方面,構(gòu)建了至少一回110 kV聯(lián)絡(luò)線,一個220 kV變電站目標(biāo)有3~4回聯(lián)絡(luò)線,具有較好的轉(zhuǎn)供能力;聯(lián)絡(luò)線建設(shè)方面,虛線聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)視實際情況而定,若為電纜或不同塔的線路,則不存在一個站失壓的高風(fēng)險,結(jié)構(gòu)合理。優(yōu)化后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 帶聯(lián)絡(luò)線的πT接線
110 kV T接網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建在實際接線中應(yīng)重點考慮供電能力、電網(wǎng)風(fēng)險、利用效率等要素,滿足以下情況則為較優(yōu)的110 kV網(wǎng)架:
1)每回110 kV線路T接3回及以下主變(確保供電能力沒問題)。
2)一回110 kV線路不T接同一變電站兩臺及以上主變。
3)每個110 kV變電站有雙電源。
4)具有合理的110 kV聯(lián)絡(luò)線數(shù)量,220 kV站之間具有較好的轉(zhuǎn)負(fù)荷能力。
實踐中構(gòu)網(wǎng)靈活,110 kV組網(wǎng)不必生搬硬套接線模式。
現(xiàn)狀變電站主接線以線變組為主,線變組占81%,刀閘外橋接線占13%左右,少部分帶母線接線。東莞現(xiàn)狀110 kV變電站母線接線情況如圖4所示。
圖4 現(xiàn)狀110 kV變電站主接線
線變組接線優(yōu)點:1)結(jié)構(gòu)簡單清晰;2)由于無母線、出線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)等設(shè)備,投資及設(shè)備運維量小,占地較少。
線變組接線存在的問題:1)110 kV線變組變電站無預(yù)留的110 kV間隔,110 kV間隔資源較為緊張;2)方式靈活性較差,線變組結(jié)構(gòu)110 kV各臺主變無法通過110 kV側(cè)轉(zhuǎn)供電,110 kV線路停電時主變需同停。
對于變電站主接線優(yōu)化,從線變組預(yù)留T接間隔和優(yōu)化發(fā)展擴大外橋接線的形式兩方面開展,兩種方式的主接線如圖5所示。
圖5 優(yōu)化110 kV變電站主接線
1)線變組預(yù)留T接間隔。優(yōu)化110 kV線變組接線,在線變組接線出線方向預(yù)留兩個110 kV T接間隔,未來可以建設(shè)T接開關(guān)。
2)發(fā)展擴大外橋接線。外橋式接線優(yōu)點:橋式接線為一種典型接線,在南網(wǎng)及廣東電網(wǎng)導(dǎo)則里可以使用。帶開關(guān)的外橋接線正常運行時以線變組的方式運行,在需要110 kV轉(zhuǎn)供時合上橋路開關(guān),構(gòu)建新的110 kV聯(lián)絡(luò)通道,相當(dāng)于增加聯(lián)絡(luò)線,且110 kV線路停電時,對應(yīng)主變可由橋路供電,實現(xiàn)主變不停電。外橋式接線可以預(yù)留兩個110 kV出線轉(zhuǎn)線間隔,有較好的適應(yīng)性。外橋式也具有較好的經(jīng)濟性,相對于線變組多了兩個橋路開關(guān)及PT設(shè)備,變電站終期3臺主變情況下預(yù)計比線變組造價多約300萬元。
下面對110 kV變電站其他主接線,包括內(nèi)橋接線、單母線雙分段接線、單母線三分段接線在東莞電網(wǎng)的適應(yīng)性進(jìn)行分析。三種主接線示意圖如圖6所示。
圖6 變電站其他主接線
1)內(nèi)橋接線:優(yōu)點是線路停電時主變無須停電。存在的問題是#2主變差動保護無法配置,因為變低2個開關(guān),橋式2個開關(guān),高壓出線1個開關(guān),預(yù)留1個間隔開關(guān),一共有6個開關(guān),主變差動保護配置困難。
2)單母線雙分段接線:單母線雙分段在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中使用較為適宜,可以預(yù)留110 kV間隔,也可以較好地構(gòu)建110 kV轉(zhuǎn)供電通道,具有較好的靈活性。但是,在T接接線方式下,若T接+單母線雙分段,存在一條線路供1段母線和2臺主變的情況,母線停電時2臺主變停電,不滿足N-1,故可以使用,但不推薦。
3)單母線三分段接線:優(yōu)點是供電方式靈活,線路停電主變可以不停電。缺點是設(shè)備較多,運行維護復(fù)雜,設(shè)備保護配置更為復(fù)雜;需要進(jìn)一步研究,目前無典型設(shè)計,推進(jìn)較為困難;造價方面,單母線三分段接線造價較高,比外橋接線造價高出100萬元;相對于橋式接線,多了3段母線和3個出線開關(guān),設(shè)備運行維護量太大。
基于建設(shè)新型電力系統(tǒng)的需求,由于近年電力用戶對供電可靠性要求提升、運行方式對靈活性要求提升,綜合考慮建議:東莞110 kV T接采用帶聯(lián)絡(luò)線的πT接線,未來電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)要重點提升聯(lián)絡(luò)線數(shù)量,提升220 kV站之間的轉(zhuǎn)供電能力;220 kV變電站目標(biāo)有3~4回聯(lián)絡(luò)線,具有較好的轉(zhuǎn)供能力。東莞110 kV變電站主接線新建站采用帶開關(guān)的外橋接線,使得110 kV電網(wǎng)更靈活,并能預(yù)留間隔。對于無法建設(shè)外橋接線的變電站,線變組需要預(yù)留2個110 kV間隔用于新能源、儲能站、大用戶等的接入。
綜合考慮110 kV網(wǎng)架接線和變電站主接線,推薦東莞地區(qū)高壓配電網(wǎng)接線如圖7所示。
圖7 推薦110 kV接線
為服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè),構(gòu)建強健有序、靈活可靠、先進(jìn)適用的配電網(wǎng),本文對東莞地區(qū)高壓配電網(wǎng)的現(xiàn)狀特點及存在問題進(jìn)行了分析,針對高壓配電網(wǎng)網(wǎng)架接線、變電站主接線的優(yōu)化,在研究優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上給出了優(yōu)化建議。綜合建議未來東莞110 kV T接采用帶聯(lián)絡(luò)線的πT接線,110 kV變電站主接線采用外橋接線并優(yōu)化線變組接線,從而綜合提高110 kV網(wǎng)絡(luò)靈活性和轉(zhuǎn)供負(fù)荷能力,同時預(yù)留110 kV間隔,以適應(yīng)新能源等接入需求。