中压配电网接线模式分析

2010-05-12庄雷明张建华刘自发苏小向张秀峰闫景信

电网与清洁能源 2010年6期

庄雷明，张建华，刘自发，苏小向，张秀峰，闫景信

（1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；2.绍兴电力局，浙江绍兴 312000）

0 引言

配电网位于电力系统的末端，直接与用户相连，整个电力系统对用户的供电能力和供电质量最终都必须通过它来实现和保障。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，用户对供电质量的要求也越来越高；同时，电力市场的初步形成以及电价机制的完善，也对配电系统的经济性和可靠性提出了新的要求[1-6]。为了实现电网的安全、经济运行，并达到接线模式的标准化、统一化要求，有必要对配电网规划时目标年网架所采用的接线模式进行分析，并针对现状电网提出过渡到目标年网架的具体实施方案，以便为电网规划、运行人员提供有益的参考。

最近几年，国家能源短缺，煤炭价格上涨，而现状配电网依然存在较高的线损率，导致电网公司持续亏损。因此，国家以及地方电网公司近期都加大了对城市电网规划的重视。“十一五”期间，我国投资过万亿元用于电网建设，其中配电网的投资约占电网总投资的一半左右，因此配电网的发展与输电网的发展具有同等重要的地位[7]。这是继1998年城乡电网改造以来，又一次较大规模的城市配电网规划和改造工作。与以往不同的是，本次配电网的规划与改造是与市政规划相结合的，因此更切合实际，并能有效防止之前电网规划建设的无序性、盲目性和重复性。

配电网的建设发展需要考虑的因素远比输电网多，除了许多相互制约的技术因素外，还需要考虑许多外部的不确定因素。因此配电网的发展不仅要适应负荷的发展，更需要适应诸如城市环境、产业结构、空间资源、能源政策等多种外界条件。考虑到实际可行性，本文仅提出几种应用比较广泛的接线模式，重点分析现状电网到目标年网架的过渡问题。

1 中压配电网概述

10 kV中压配电网由高压变电站的10 kV配电装置、开关站、配电所和架空线路或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到用户[8]。

一般情况下，城市的配电网由架空线和电缆线混合组成。在研究某地区特定的供电区域内10 kV配电网的网络结构时，可采用架空线路和电缆线路分开进行研究的方法[9]。但考虑到网架发展的总体趋势是辐射向环网接线过渡，架空向电缆线路过渡，因此，本文在分析接线模式时，也将架空和电缆线路进行了综合分析。

2 中压配电网架空线接线模式

2.1 架空接线模式简介

中压配电网架空接线模式主要有单电源辐射接线、不同母线（变电站）出线的环式接线、不同母线三回馈线的环式接线、三分段三联络接线等[10]，分别见图1 ～4。

图1 单电源辐射接线

图2 不同母线（变电站）出线的环式接线

图3 不同母线三回馈线的环式接线

图4 三分段三联络接线

2.2 架空接线模式分析

中压架空接线建设方便，投资比较小，主要应用于经济发展水平一般、负荷密度比较低的城区以及城郊。

单电源辐射接线模式最简单，一般应用于城市非重要负荷或者刚开始建设的经济开发区，见图1。这种接线模式简单经济，配电线路和高压开关柜数量少、投资小，新增负荷也比较方便，线路可以满负荷运行。但缺点也很明显，故障影响范围较大，供电可靠性较差。

不同母线（变电站）出线的环式接线，在两回线路的末端设置一联络开关，每回线路的负载率为50%，见图2。这种接线模式适用于负荷密度较大且供电可靠性要求高的城区供电。其最大优点是可靠性比单电源辐射接线模式大大提高，接线清晰，运行比较灵活。线路故障或者电源故障时，在线路负荷允许的情况下，通过倒闸操作可以使非故障段恢复供电。但由于考虑了线路的备用容量，线路投资将比单电源辐射接线有所增加。

至于具体进行网架规划时，考虑到实际线路的走向，按照环式接线的思路，可以在三回线路的末端构成环式接线，即不同母线的三回馈线的环式接线，见图3。其线路负载率仍为50%，可靠性略有提高。

三分段三联络接线模式，是通过在主干线上加装分段开关，把每条线路分成3段，并且每一段都有联络线与其他线路相连。当任何一段出现故障时，均不影响其他段线路的正常供电，这样使每条线路的故障范围缩小，提高了供电可靠性。一般应用于负荷发展比较饱和的区域，可靠性最高，见图4。联络线可以就近引接。这种接线模式提高了架空线的利用率（75%），但联络线的建设也相应提高了线路投资。

实际建设改造线路时，如果线路比较短，或者负荷集中于线路的2段，则可以将线路进行两分段两联络，当然，线路的利用率稍低（67%）；如果线路比较长，或者负荷分散于线路的数段，也可以将线路分成4段、5段甚至更多的段，但线路分段过多也会影响供电可靠性，因此一般情况下，主要采用三分段三联络这种比较经典的接线模式。

在我国，架空线路应用比较广泛，除经济比较发达的城市外，一般的城市以及广大农村地区均采用架空线路。对于远景年仍准备采用架空线路供电的城市，在城市发展初期或者经济开发区初步建设时，考虑到负荷的分散性，可采用单电源辐射接线模式，有利于新负荷的接入，但线路的分段开关可参照远景年的网架结构一次建成；随着城市的发展，负荷的增长，变电站数量的增加，在建设中期阶段，可将新建线路与原有线路形成环式接线，增加不同变电站之间的联络，提高供电可靠性；至负荷达到饱和时，在原有环式接线的基础上，增加联络线路，构成三分段三联络接线，以提高线路的负载率，满足供电需求，并且供电可靠性也进一步得到提高[11]。我国的中部及沿海部分城市可采用这种接线模式。

在城市电网规划中，考虑到现状电力走廊经常受限，在规划电网（尤其是新建区域）时，应根据远景年的负荷需求，提前预留出架空走廊，满足电力建设的需要，防止再次出现供电瓶颈现象。

3 中压配电网电缆接线模式

3.1 电缆接线模式简介

中压配电网电缆接线模式主要有单电源辐射接线、双电源双辐射接线、环网接线、双电源出线连接开闭站接线、双“П”接线、互为备用的主备接线模式等[12]，分别见图5 ～10。

图5 单电源辐射接线

图6 双电源双辐射接线

图7 单环网接线

图8 双电源出线连接开闭站接线

图9 双“П”接线

图10 互为备用的主备接线

3.2 电缆接线模式分析

在经济比较发达、负荷密度较大、供电可靠性要求较高的区域，考虑到架空线对市容的影响以及供电能力不足等因素，在经济条件允许的情况下，一般采用电缆供电。在同等接线模式下，电缆的可靠性要比架空线高。

与架空线的单电源辐射接线一样，电缆单电源辐射接线比较经济，配电线路较短，投资小，连接新负荷也比较方便，但由于电缆故障多为永久性故障，故障影响时间较长，其可靠性较差，见图5。这种接线模式主要应用在电缆应用不是很广泛的地区，在一个主要以架空线为主的城市，如果其某些区域或者某条街道需要电缆供电时，可以采用这种接线模式。

双电源双辐射接线模式，两回线路互为备用，可靠性较高，见图6。这种接线模式可以使用户同时得到2个方向的电源，满足从上一级10 kV线路到客户侧10 kV配电变压器的整个网络的N-1要求，供电可靠性很高，但线路负载率只有50%。在主要采用电缆供电的城市，这种接线模式应用比较广泛。如北方某城市的经济技术开发区，区域内均采用电缆双电源辐射接线，运行情况良好。但由于双电源一般都来自一座变电站的不同母线，所以如果变电站全停的话，负荷将难以转到其他变电站上，一般在高压网架非常坚强的情况下才采用这种接线模式，不过仍存在一定的危险性[13]。

与架空线的环式接线模式一样，在电缆供电区域，随着负荷的增长，单电源辐射接线模式的电路的增多，两回线路的末端可接入一环网柜，形成单环网接线，见图7，其供电可靠性将大幅提高。由于我国南部的经济比较发达，电缆化率比较高，因此，这种接线模式在南方城市中压电网中应用的比较广泛。

双电源出线连接开闭站接线，开闭站两回进线互为备用，开闭站出线可根据用户的实际要求选择是否采用双电源供电，见图8。这种接线主要应用于负荷中心距电源较远，或出线较多、线路走廊困难的情况。实际建设时，常和上述的双电源双辐射接线同时应用在一个供电区域，相互补充，满足实际供电需求。

双“П”接线，即所谓的双环网，见图9。每回线路负载率为50%，当一侧的变电站全停以后，通过倒闸，仍然可以保证2个开闭站正常供电，可靠性非常高，适用于大量采用开闭站供电的区域，如城市核心区、繁华地区、以及负荷密度发展到相对较高水平的地区。根据实际开闭站所带负荷的大小，在线路允许载流量的范围之内，近几年，负荷比较小的情况下，双环网可以串接多个开闭站，随着负荷的增大，变电站的增多，逐步将双环网进行切改，向只有2个开闭站的双“П”接线模式过渡。

互为备用的主备接线模式，每一回馈线都在线路中间以及末端装设开关互相联络，正常情况下，每回线路的负载率为67%，见图10。该模式相当于电缆线路的分段联络接线模式，其网络拓扑结构和架空线路的分段联络接线模式比较相似，因此，比较适合于架空线路逐渐发展成电缆网的情况。

城网规划中，城市沿海地区及中部核心城市一般采用电缆供电，对于这些负荷密度较大、供电可靠性要求较高、需采用电缆供电的区域，初期建设时可采用双电源双辐射接线或者双电源出线连接开闭站接线。待负荷发展起来以后，随着变电站的增多，新建开闭站时多考虑与周围的开闭站形成双“П”接线，逐步形成双环网供电。至饱和时，形成以2个开闭站的双“П”接线模式为主的网架结构。

对于某些比较发达的城市的核心区或者中央商务区（CBD）等，双环网可能已经不能满足其苛刻的高供电可靠性要求。针对这种情况，根据作者实际规划中的经验，通过与电力局的工作人员相互交流，讨论，提出一种新的接线模式：两供一备开闭站接线模式[14]，见图11。

这种接线模式正常运行时，3个开闭站的电源一般来自3个不同的变电站。其中，2个开闭站带负荷，另一个开闭站为联络站，一般空载运行，起联络用。2个负荷开闭站的进线均为双回，负载率为67%，可带较大负荷。电网建设初期，在线路允许的载流量之内，联络站也可带少量负荷，至远景年时再切改到其他新建的负荷站。由于这种接线模式中的3个开闭站的电源来自3个不同的变电站，使得供电可靠性非常高，相应的投资费用也很高。因此，只有在比较发达的城市才可以采用这种接线模式。

双环网接线的四路电源一般来自2座不同变电站的不同母线，同一变电站的不同母线之间解列运行，母联断路器处于热备用状态，双环网基本不允许合环运行。

图11 两供一备开闭站接线模式

对于某些城市，可能现状电网仍然为架空线，而且已经发展到分段联络的网状结构。但考虑到市容以及架空线的载流量问题，可能在政府的帮助下需要大面积架空入地，由于城区发展已经相对比较饱和，很难再找到空地新建开闭站以及考虑到架空入地时对用户的停电影响，可采用互为备用的主备接线模式，这种接线模式和架空线路的分段联络接线比较相近，易于架空线路的大规模入地，而且不影响电网的结构，容易实施改造。

4 结语

针对不同地区的经济发展情况，中压配电网采用不同的接线模式。经济欠发达的城市目标年网架一般采用三分段三联络架空接线，现状年改造新建线路时可采用环式接线；经济比较发达的城市目标年网架一般采用电缆双电源出线、环网接线或者双“П”接线，以完善各变电站之间的联络，使供电达到高可靠性。对于以开闭站供电为主的区域，采用双“П”接线或者两供一备开闭站接线模式，以满足用户苛刻的供电需求。在做城市电网规划时，中压网架建设初期就应参照目标年网架一次建设完毕，避免以后的重复建设。

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