中心城区10 kV配电网网架结构优化研究

2013-10-08陈本柱

浙江电力 2013年6期

高翔，朱昊，陈本柱，韦钢

（1.长乐市供电有限公司，福建长乐 350200； 2.上海电力学院，上海 200090）

0 引言

随着我国城市化进程的加快，各大、中城市中心城区面临大规模的功能改造[1-2]。由于中心城区负荷密度高且增长速度快，对电力需求愈来愈大，中心城区电网同时还含有大量的老城区电网，使得城市的大规模建设和负荷的快速增长与电网结构薄弱形成了较大的矛盾。因此，如何利用现状电网，因地制宜地规划、设计与城市建设相适应的10 kV配电网网架结构，是电力部门面临的重要问题。

在建设中心城区10 kV配电网网架的过程中，需要特别关注变电站间的联络，加强电网互联，提升区域电网的负荷转移能力和供电可靠性；要探索能够满足大容量主变压器释放负荷的接线模式，并保证一定的灵活性和可扩展性；另外还需充分结合地区电网的实际情况和负荷发展特点来构建中心城区的目标网架[3]。

合理的主变压器互联模型应能够满足商住型中心城区的负荷增长需要，提高供电可靠性，提升配电网的供电能力。本文主要针对主变压器互联模式，重点考虑以带分段自切保护的10 kV开关站（以下简称K型站）为主的10 kV电缆接线模式，提出了商住型中心城区10 kV配电网远景目标网架模型。通过算例分析，验证了该模型的有效性，可为相关领域的研究提供参考。

1 10 kV配电网构建原则

中心城区10 kV配电网目标网架建设应着重满足负荷的需求、适应负荷的快速发展；要求运行灵活、调度方便、操作简单；负荷转移能力强，供电可靠性高；投资少，扩展性好。将10 kV配电网网架结构分成主干网络和次级网络，可使配电网结构明晰，便于调度管理，10 kV配电网的分层结构如图1所示。本文主要分析商住型中心城区10 kV配电网主干网络的构建。

图1 商住型中心城区10 kV配电网分层结构

2 主变压器互联模型

目前，中心城区常用的配电网变电站有110/10 kV和35/10 kV 2种，变电站主变压器数量一般为2～3台。变电站主接线、互联数量、站间联络、扩展模式等是配电网变电站联络主要考虑的问题。

在区域电网供电中，通常不是由单一变电站供电，而是由不同变电站互联，实际电网中变电站间的联络问题复杂且多样化，是配电网优化的难点。近年来，国家电网公司对供电块及变电站互联开展研究，起到了一定的作用，但是在实际应用中还存在一些问题。

考虑到变电站间联络的供电可靠性及可扩展性，本文以三变电站互联为例对主变压器互联模式进行分析。

假定双主变压器变电站站内低压侧采用单母线分段接线，三主变压器变电站站内低压侧采用单母线四分段或单母线六分段环式接线，并假定任一主变压器故障后其负荷能够平均转移至相联络的变电站。

分别选取主变压器容量为50 MVA，63 MVA和80 MVA，且变电站间联络均衡，不同容量的主变压器互联模式相关数据分析如表1所示。

由表1可知，采用3个变电站互联供电模式时，若变电站配置2台主变压器，未互联时主变压器理论负载率为50%，建立互联供电模式后主变压器理论负载率可达83.3%，供电能力提升33.3%；若配置3台主变压器，未互联时主变压器理论负载率为66.7%，互联供电后主变压器理论负载率可达88.9%，供电能力提升22.2%。

表1 三变电站互联数据分析（功率因数取0.95）

可见，互联后主变压器负载率、供电能力均有所提高，且三变电站3台主变压器互联模式的主变压器理论负载率高于三变电站2台主变压器互联模式。随着主变压器容量的增大，供电能力提升量越来越大。

3 10 kV配电网接线模式优化

3.1 典型10 kV电缆网接线模式

商住型中心城区主要以电缆网为主，本文着重对商住型中心城区10 kV电缆网架提出优化接线模式。典型10 kV电缆网接线模式见表2[4-7]。

表2 10 kV电缆网典型接线模式分析

在表2所示的接线模式中，单辐射接线的故障影响范围较大，供电可靠性较差，一般用于供电可靠性要求不高的地区，线路最高负载率可达100%；单环网接线可靠性较高，接线清晰、运行比较灵活，线路最高负载率可达50%；双环网接线可靠性高，适合对可靠性要求较高的商业区，线路最高负载率可达66.7%；“N-1”主备接线可靠性很高，随着N值的不同，其接线的运行灵活性、可靠性和线路平均负载率均有所不同，线路最高负载率与“N”有关。

3.2 以K型站为主的接线模式

由于K型站接线方式清晰、灵活，出线带继电保护，且10 kV母线带自切，故障点容易判断，可较快实现负荷转移，具有较强的负荷释放能力等诸多优势，因而受到广泛关注。

在优化10 kV配电网网架结构的过程中，K型站起到了“中介点”的作用，尤其在负荷相对集中的地区，可充分释放35 kV或110 kV变电站的供电能力，解决变电站仓位不足的矛盾。

以二进线K型站和二供一备K型站为例。二进线K型站为2路电源进线，若考虑满足“N-1”原则，每回进线的理论负载率为50%。标准型二进线K型站适用于负荷比较分散的供电区域，其接线模式如图2所示。二供一备K型站共有3路电源，其中2路为工作电源，1路为备用电源。在满足“N-1”原则下，二供一备K型站的2路工作进线负载率可达100%，提升了进线电缆的有效利用率，供电可靠性明显增强。这种K型站接线模式适用于负荷比较集中、可靠性要求高且用地比较紧张的供电区域，其接线模式如图3所示。

图2 标准型K型站接线

4 中心城区目标网架构建

对于商住型中心城区，供电负荷主要是商业和居民，对供电能力的要求较高，用地比较紧张，市容美化要求也相对较高，远期将广泛采用输电线路入地方式。商住型中心城区10 kV配电网主干网架结构和主变压器互联模式[8]分别如图4、图5所示。

图3 二供一备K型站接线

图4 商住型中心城区主干网架结构

图5 商住型中心城区主变压器互联模式

由图4、图5可知，远期商住型中心城区将形成以二进线K型站和二供一备K型站混合接线模式为主的目标网架结构，此外还包括少量的电缆馈线组（多供一备）和架空线路，主要通过二供一备K型站实现变电站间负荷转移[9]。

二进线K型站的2路进线电源应来自同一变电站的不同母线段；二供一备K型站的2路工作线路来自同一变电站的不同母线段，备用线路来自不同变电站，从而保证供电可靠性和变电站间负荷转移能力，条件允许的情况下3路进线电源均来自不同变电站。对于小型住宅区和小型商业区，可以由架空线路挂出杆变或P型站供电，对于部分超大型住宅区和商业区，采用电缆馈线组（多供一备）供电，保证供电能力的需求。

5 算例分析

以某商住型中心城区为例，供电总面积为15.34 km2，至2011年底，该地区共有变电站3座，分别为 A1站（2×20 MVA），A2站（2×20 MVA），A3站（2×40 MVA），主变压器总容量为160 MW。远期负荷为573.94～644.76 MW，负荷密度为37.42～42.03 MW/km2。新增 4 座 110 kV 变电站（3×80 MVA），分别为B1站、B2站、B3站和B4站。