廖宣淇
山西昌興規(guī)劃設(shè)計有限公司 山西 太原 030000
電網(wǎng)規(guī)劃是區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)前期的基礎(chǔ)性工作,電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)劣決定了電網(wǎng)建設(shè)后對區(qū)域供電所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。目前,國家電網(wǎng)開始注重針對單一配電線路和電站進行研究,并基于電網(wǎng)風(fēng)險評估和電網(wǎng)建設(shè)成本進行電網(wǎng)規(guī)劃[1]。左云縣作為山西大同市轄區(qū)范圍內(nèi)的重點縣,近年來十分重視電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和電網(wǎng)的規(guī)劃,其中就包括了位于左云縣的高山220kV變電站主變增容工程,以及左云縣100MW光伏+100MWh儲能項目。為改變左云縣供電方式,實現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)字化、智能化,提高電力系統(tǒng)運行的低碳節(jié)能;左云縣人民政府聚焦綠色電力,低碳清潔、智能巡檢,安全高效、智慧融合,共享便捷三個目標,對左云縣未來的電力規(guī)劃藍圖進行了描述。如何更加科學(xué)合理的進行左云縣中心城區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃,對于左云縣經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市化的建設(shè)具有重要的意義,而通過對左云縣中心城區(qū)電力規(guī)劃主要內(nèi)容和步驟的分析,將有助于左云縣電網(wǎng)規(guī)劃方案的制定和電網(wǎng)設(shè)施的建設(shè)。
左云縣位于山西省的西北邊陲,轄區(qū)范圍內(nèi)以山地和丘陵居多,占全區(qū)面積的76%。轄區(qū)范圍內(nèi)共有9個鄉(xiāng)鎮(zhèn),228個行政村,常住人口約11.5萬人。左云縣中心城區(qū)的供電任務(wù)主要由左云縣供電公司承擔(dān),現(xiàn)階段,在左云縣轄區(qū)范圍內(nèi),共有2座220kV變電站,4座110kV變電站,6座30kV變電站,構(gòu)成了左云縣電網(wǎng)基本體系。其中220kV和110kV變電站由大同市供電公司運行管理,其余6座35kV變電站由左云縣供電公司運行管理和維護。在日常供電任務(wù)中,左云縣供電公司需要完成對36538戶的供電,保證32668戶居民的生活用電。現(xiàn)階段,左云縣共有35kV輸電線路12條,供電線路總長為113.14km,有10kV公路配電線路44條,配電線路總長約669.9km,共有低壓公用配電377臺,總?cè)萘窟_到42400kVA,具有低壓線路共284條,總長度達到389.9km。
通過對左云縣配電網(wǎng)主要運行指標的分析發(fā)現(xiàn),左云縣近年來城區(qū)供電的可靠率達到了99%以上,同時,110kV及以下的綜合線損率約4%,10kV以下綜合線損率達4.9%。110kV以下的綜合電壓合格率達到了99.8%左右,110kV電網(wǎng)運行的變壓器最大負載率控制在60%以下,線路的最大負載率控制在60%以下。35kV電網(wǎng)的最大負載率控制在40%以下,10kV電網(wǎng)的平均負載率約25%,線路最大負載率控制在40%左右??傮w來看,左云縣電網(wǎng)建設(shè)和運行的狀況較好,但是1-10kV電網(wǎng)的變壓器和部分線路負載較大,轉(zhuǎn)供能力相對欠缺。在中心市區(qū)范圍內(nèi),尤其是各類工業(yè)園區(qū),電網(wǎng)規(guī)劃相對不足,供電能力有待提升。
在對城市區(qū)域發(fā)展過程中電力負荷需求進行預(yù)測時,主要用到S型曲線進行表示,如圖1,在中期向成熟期轉(zhuǎn)變階段,電力負荷需求呈現(xiàn)明顯增長趨勢,到成熟期電力負荷需求基本維持穩(wěn)定[2]。左云縣目前處于中期向成熟期過渡的階段,因此,隨著城市現(xiàn)代化的建設(shè)以及城鄉(xiāng)一體化的推進,對電力負荷的需求主要呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢,依據(jù)2022年左云縣最大電網(wǎng)負荷8.85萬千伏的使用現(xiàn)狀,預(yù)計在未來幾年內(nèi),左云縣的電力負荷需求將突破9萬千伏。
圖1 城市電力負荷需求發(fā)展的S型曲線示意圖
圖2 單環(huán)網(wǎng)供電方式
在電源規(guī)劃方案中,隨著左云縣生態(tài)文明建設(shè)步伐的加快,光伏發(fā)電的建設(shè)力度不斷加大。其中包括了農(nóng)村集體經(jīng)濟屋頂分布式光伏發(fā)電項目,前期預(yù)計完成光伏電源400kW,并有逐漸擴大的趨勢;同時預(yù)期建設(shè)左云縣100MW光伏項目,擴大左云縣光伏發(fā)電范圍。因此,在未來左云縣中心城區(qū)電力規(guī)劃中,要考慮到分布式電源的接入。基于左云線電源規(guī)劃方案,左云縣中心城區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)目標為:實現(xiàn)區(qū)域綜合電壓合格率達到99.90%以上,10kV線路的互聯(lián)率達和區(qū)域N-1,達到90%以上,同時優(yōu)先做好重點工業(yè)園區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃和項目工程的實施。在未來幾年內(nèi),左云縣電網(wǎng)規(guī)劃的總體目標要實現(xiàn):中心城區(qū)供電的穩(wěn)定和可靠性提高,確保中心城區(qū)的供電能力能夠滿足季節(jié)性電力負荷需求的增長;同時應(yīng)用新技術(shù),結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃新要求,對舊的電網(wǎng)進行升級換代,實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃的智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變,確保左云縣中心城區(qū)電力負荷需求和城市總體建設(shè)規(guī)劃發(fā)展的一致性。
由于左云縣電力公司主要負責(zé)35kV及以下變電站的運行維護任務(wù),因此,要充分考慮中心市區(qū)是否需要發(fā)展35kV配電網(wǎng)并做出相應(yīng)的規(guī)劃。對于10kV電網(wǎng)進行規(guī)劃時,要遵循電網(wǎng)結(jié)構(gòu),電纜線路,配電設(shè)備設(shè)施三個方面的技術(shù)原則。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面,要選擇單環(huán)網(wǎng)供電方式,在正常運行時,采取開環(huán)運行方式,并依據(jù)用戶數(shù)量和最大電力負荷確定10kV線路的分段數(shù)量,可以依據(jù)實際用電情況進行線路的相互聯(lián)絡(luò),但是要考慮到用戶端電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。在電纜線路方面,要選定主干線導(dǎo)線的截面,在選擇時要充分考慮到總一線電力負荷的預(yù)測,對10kV電纜線路的導(dǎo)線截面采取300mm2為宜。在配電設(shè)備設(shè)施方面,左云縣10kV電網(wǎng)配設(shè)完整的變壓器、配電室、開關(guān)站和環(huán)網(wǎng)柜,同時對于以上配電設(shè)備設(shè)施的安置和使用提出具體的規(guī)范。
除了以上的技術(shù)原則外,左云縣在未來的電網(wǎng)規(guī)劃中提出要建立智能化、數(shù)字化的電網(wǎng)。因此,在進行電網(wǎng)規(guī)劃時,要遵循一定的智能化要求;比如說要合理的對配電線路進行分段安裝,建立數(shù)字化、自動化的終端,并將電網(wǎng)運行過程中所采集到的數(shù)據(jù)通過光纖或無線網(wǎng)傳輸回主站。通過建立智能化的電網(wǎng),可以對電網(wǎng)運行的狀態(tài)進行實時監(jiān)控,同時及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行的故障點,以及可能發(fā)生故障的區(qū)域,實現(xiàn)高效的電網(wǎng)運行維護。對于中心城區(qū)部分老舊電網(wǎng)的改造,需要遵循電網(wǎng)改造技術(shù)的原則,首先要做好和新建電網(wǎng)的配合和銜接,其次,要淘汰老舊設(shè)備,應(yīng)用新設(shè)備和新技術(shù),確保電網(wǎng)改造后的運行安全和運行可靠性;同時,盡可能的降低電網(wǎng)運行過程中的電能損耗,滿足用戶不斷增長的電力負荷需求。
電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時,需要遵循周期性、安全性和經(jīng)濟性原則[3]。其中,周期性原則是指,為了保證電力運輸?shù)姆€(wěn)定和調(diào)配功能的良好,需要設(shè)計者遵循周期性的原則對電力系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計,從而提高區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)供電的安全可靠性。安全性原則是指,規(guī)劃者要確保電力系統(tǒng)的整體安全性能,實用性和穩(wěn)定性,要盡可能的避免電力系統(tǒng)中存在的安全風(fēng)險;同時,為了確保后續(xù)電力規(guī)劃建設(shè)運行過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)問題,設(shè)計者還要加入預(yù)警和系統(tǒng)檢測功能。經(jīng)濟性原則是指,規(guī)劃者要盡可能的節(jié)約成本,同時滿足相關(guān)部門對電網(wǎng)規(guī)劃的要求;以左云縣電網(wǎng)規(guī)劃為例,設(shè)計者要充分考慮到10kV以下電網(wǎng)線路規(guī)劃的成本投入,在確保用戶用電穩(wěn)定性的前提下,盡可能的保留部分仍在使用壽命范圍內(nèi)的電力設(shè)施設(shè)施,降低電力規(guī)劃成本的投入。
3.2.1 電力負荷的預(yù)測
電力負荷的預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃過程中的重要內(nèi)容,可以有效避免由于電網(wǎng)規(guī)劃不合理而導(dǎo)致電力供應(yīng)不足問題[4]。在前文中對于左云縣預(yù)期的電力負荷進行了預(yù)測,但是為了提高電力負荷預(yù)測的準確性,相關(guān)人員在電網(wǎng)規(guī)劃之前,還需要進行走訪調(diào)查,調(diào)查的對象主要為用電大戶,從而對電力負荷進行科學(xué)的預(yù)測。在走訪調(diào)查的過程中,也要對影響電網(wǎng)正常運行的負面因素進行統(tǒng)計,在后期的電網(wǎng)規(guī)劃過程中,盡可能的避免影響因素。比如說對夏季或者冬季用電高峰期的電力穩(wěn)定性進行調(diào)查,計算電力負荷的密度系數(shù),為電網(wǎng)規(guī)劃的合理性和科學(xué)性提供基本的數(shù)據(jù)支撐。
3.2.2 電源工程的規(guī)劃
電源工程的設(shè)計也是電網(wǎng)規(guī)劃的重要環(huán)節(jié),前文對于左云縣電源工程的設(shè)計進行了分析,其中明確指出左云縣在未來一段時間中,光伏電源的工程量加大。因此,為了確保左云縣中心城區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃的可行性和科學(xué)性,規(guī)劃設(shè)計人員要對左云縣中心城區(qū)周圍區(qū)域的電源工程進行細致的調(diào)查和分析,綜合考量現(xiàn)有的電源工程和未來建設(shè)的電源工程,對電源的輸出狀態(tài)進行分析,對電力工程建設(shè)進行綜合評價。在電源工程調(diào)查中,要對統(tǒng)調(diào)電源和地方電源進行全面統(tǒng)計和分析,計算出不同電源對電網(wǎng)系統(tǒng)負荷的貢獻情況,從而更好地保障電力系統(tǒng)規(guī)劃后期電力負荷的穩(wěn)定輸出,滿足用戶不斷增長的電力負荷的需求。
3.2.3 電力電量的平衡
在前文對左云線電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中,提出了電網(wǎng)規(guī)劃和城市發(fā)展相一致的原則,具體而言,就是要確保電力和電量之間的平衡。因此,在對左云縣電網(wǎng)進行規(guī)劃設(shè)計時,需要考量電力電量之間的平衡,為電網(wǎng)的設(shè)計提供一定的規(guī)范和約束。電力電量的計算需要相關(guān)工作人員綜合全面的分析電源的輸出數(shù)據(jù),用戶的電力負荷數(shù)據(jù),計算出精準的電力電量,在一定的電力負荷范圍內(nèi),確保電力和電量之間的動態(tài)平衡,從而合理的規(guī)劃電力工程的數(shù)量布局和規(guī)模。
3.2.4 電氣的計算
電氣計算包括:穩(wěn)定計算、潮流計算、短路電流計算、無功補償計算等內(nèi)容。穩(wěn)定計算主要是針對電網(wǎng)正常運行過程中的電壓、頻率、瞬時狀態(tài)進行計算,設(shè)計者需要分析電力系統(tǒng)運行過程中可能會出現(xiàn)的電力故障,從而對電網(wǎng)規(guī)劃方案中的相關(guān)參數(shù)進行校驗,最終確保電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。潮流計算主要是對電網(wǎng)運行的各個單元進行計算,保證電網(wǎng)正常運行過程中不同電力單元都能夠滿足相應(yīng)的標準規(guī)范,并依據(jù)潮流計算的結(jié)果確定電力系統(tǒng)運行的方式。短路電流計算主要是對電氣元件出現(xiàn)故障情況下的電流進行計算,并對電流數(shù)據(jù)進行校驗,依據(jù)校驗的結(jié)果選擇科學(xué)有效的保護裝置。無功補償計算中,規(guī)劃者要遵循一定的分層分區(qū)原則,通過采集集中補償或用戶端分散補償?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)中心城區(qū)變電站的有效配置,對電網(wǎng)系統(tǒng)能源損耗情況進行控制。
左云縣電網(wǎng)規(guī)劃需要規(guī)劃人員在前期做好以下幾個方面的準備工作。首先要盡可能的排除掉電網(wǎng)規(guī)劃中可能存在的負面因素,需要規(guī)劃人員從多個方面,多個角度對電網(wǎng)正常運行過程中可能存在的干擾因素進行分析,制定具有針對性的排除策略,同時,對現(xiàn)有電力系統(tǒng)正常運行過程中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。其次,要對左云縣中心城區(qū)電力系統(tǒng)正常運行的情況進行詳細調(diào)查,包括:電源、線路現(xiàn)狀,電網(wǎng)運行相關(guān)數(shù)據(jù),變電站數(shù)據(jù);對數(shù)據(jù)進行梳理、整合并進行備份。最后,要對中心城區(qū)的電力負荷情況進行收集,包括正常趨勢下的電力負荷,季節(jié)性的電力負荷,不確定性的電力負荷。
左云縣電網(wǎng)規(guī)劃的主要目的在于提高區(qū)域范圍內(nèi)電力資源的利用率,確保區(qū)域范圍內(nèi)電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性,因此在進行電力系統(tǒng)設(shè)計和電網(wǎng)規(guī)劃過程中要充分利用現(xiàn)有的資源,提高電力系統(tǒng)的資源利用率,推動中心城區(qū)周邊電源工程,電網(wǎng)規(guī)劃工程的建設(shè),同時,利用好科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)運行的智能化,數(shù)字化,綜合調(diào)度不同類型電源,實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置和高效利用。在前文對左云縣電網(wǎng)規(guī)劃的設(shè)計中指出,要重視工業(yè)園區(qū)電網(wǎng)的規(guī)劃和電力工程優(yōu)先級的區(qū)分。因此在實際的電網(wǎng)規(guī)劃過程中,規(guī)劃人員需要依據(jù)電力工程的工作周期,成本投入和施工安全性,對電力工程建設(shè)的重點區(qū)域進行規(guī)劃,保證中心城區(qū)重點區(qū)域供電的穩(wěn)定性。
綜上所述,左云縣現(xiàn)階段正在加快建設(shè)生態(tài)文明城市,同時開展面向碳中和的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計;其中,對光伏發(fā)電的投入力度不斷增大,因此,在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計過程中,要充分考慮到不同電源對電力系統(tǒng)的貢獻度。通過對左云縣中心城區(qū)電網(wǎng)負荷需求的預(yù)測,制定具體的電網(wǎng)規(guī)劃目標,遵循一定的電網(wǎng)規(guī)劃原則,進行合理的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計,可以確保電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性。在進行電網(wǎng)規(guī)劃具體設(shè)計時,設(shè)計人員要把握好規(guī)劃細節(jié),最終確保電網(wǎng)后期運行的安全性和穩(wěn)定性。