三供一备接线模式的供电模型分析

李健，张植华，林毓，崔文婷，刘洪，周金程

（1.深圳供电局有限公司，深圳 518033；2.天津天大求实电力新技术股份有限公司，天津 300384）

配电系统作为联系终端用户与发、输电系统的纽带，与用户的关系最为紧密，对系统整体性能效率和用户供电可靠性的影响也最为直接[1，2]。网架结构是配电系统的筋骨，坚强的网架结构是配电系统安全可靠、经济运行的基础。然而，以往对配电系统网架结构的理论研究多将接线模式作为网架结构构建的主体[3～5]，未将变电站与线路接线模式综合统一考虑，因而无法充分利用下级电网的支撑作用来提升整体电网的供电能力与上级电网设备的利用效率。

为此，本文将高压变电站与中压配电网相结合，提出中压配电系统供电模型，从系统层面提出能够充分提升供电能力并将变电站与线路进行协调布局的网架结构构建思路。此外，以往研究对基于单联络、两联络和三联络接线模式的供电模型进行过详细探讨[6]，本文将在此基础上，深入研究基于三供一备接线模式的中压配电系统供电模型。

1 基于三供一备接线模式的中压配电系统供电模型

本文研究的中压配电系统接线模式为三供一备接线模式。三供一备接线模式，是指4条线路通过末端的环网开关直接联络，其中有1条线路作为公共的备用线路，3条作为主供线路，如图1所示。主供线路满载运行，若有某1条运行线路出现故障，则通过线路切换把备用线路投入运行。实际采用三供一备接线模式时，需尽量保证主供线路和备用线路来自不同电源点，从而进一步提高可靠性，采用三供一备模式的线路负载率最高可达到75%。

图1 三供一备接线模式Fig.1 TSOB connection mode

设高压变电站的供电区域为一个圆，且供电区域内负荷均匀分布。结合三供一备接线模式，本文所构建的供电模型的供电架构类型包括带状供电架构（互联变电站座数为2座）和块状供电架构（互联变电站座数为3～4座）。下面分别构建基于不同互联变电站座数的供电模型。

1.1 两座变电站互联

两座变电站互联供电模型有3种，如图2所示。

图2 两座变电站互联的供电模型Fig.2 Power supply model of two interlinked substations

以图2中的模型a1为例，设两座变电站分别为A站和B站，A站和B站中的主变分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3，则模型中中压线路的联络关系如图3所示：A1、A2、A3提供主供线路，B1提供备用线路；A1、A2、A3提供主供线路，B2提供备用线路；A1、A2、A3提供主供线路，B3提供备用线路；B1、B2、B3提供主供线路，A1提供备用线路；B1、B2、B3提供主供线路，A2提供备用线路；B1、B2、B3提供主供线路，A3提供备用线路。

图3 供电模型a1的中压线路联络关系Fig.3 Medium voltage connection mode of power supp lymodela1

1.2 三座变电站互联

三座变电站互联供电模型有4种，如图4所示。

图4 三座变电站互联的供电模型Fig.4 Power supply model of three interlinked substations

1.3 四座变电站互联

四座变电站互联供电模型有4种，如图5所示。

图5 四座变电站互联的供电模型Fig.5 Power supply model of four interlinked substations

2 主变供电能力指标分析

下面基于前面所构建的中压配电系统供电模型，对各种供电模型的主变供电能力指标进行分析。选取主变理论最大负载率作为主变供电能力指标，其计算式为

式中：A表示主变理论最大负载率；S1表示模型供电能力；S2表示模型中所有变电站的容量之和。

由文献[7～8]可知，供电能力的大小取决于变电站站内供电能力和电网供电转移能力，其中变电站站内供电能力由变电站的主变台数与容量决定，电网供电转移能力由变电站的站间互联关系决定。模型供电能力计算采用文献[6～8]给出的计算方法，当变电站容量配置为3×63MVA时，模型供电能力计算结果如表1所示。

表1 各类供电模型供电能力（变电站容量配置为3×63MVA）Tab.1 Power supply capability of each power supply model（3×63MVA）

由文献[6]的分析可知，主变理论最大负载率与主变台数有关。变电站含三台主变时，在未考虑变电站互联的情况下，主变理论最大负载率为66.67%，而各类供电模型的主变理论最大负载率可依据式（1）计算，计算结果如表2所示。

表2 各类供电模型主变理论最大负载率（变电站含3台主变）Tab.2 Maximum load rate of transformer of each power supply model

3 网络供电能力指标分析

基于供电模型构建和主变供电能力指标分析结果，将深入分析各种供电模型的网络供电能力指标，以得到各种供电模型的主变实际出线条数、主变实际负载率和线路实际负载率等关键指标。

3.1 边界条件

每座变电站含3台主变，主变容量为63MVA，主变允许短时过载系数为1.3，中压线路载流量为400 A，即线路容量为7.27MVA；三主变变电站单价为7 800万元/座，电缆线路单价为95万元/km，电缆线路平均长度为2.84 km。

3.2 网络供电能力指标分析

3.2.1 两座变电站互联

1）所需最小联络单元个数分析

通过主变所带最大负荷与最小联络单元所带负荷的协调关系，以及主变站间理论联络容量与最小联络单元提供联络容量协调关系，分析所需最小联络单元个数，分析结果如表3所示。

2）关键指标分析

由表3可知，所需最小联络单元个数的计算结果为2.4，依据供电模型基本概念可知最小联络单元个数必须为整数，相应的主变实际出线条数必须为4的倍数，因此主变实际出线条数有两种确定方式，分别是：①最小联络单元个数取3，即主变实际出线条数为12条/台，此时主变可以达到理论最大负载率，但线路由于实际出线条数多于理论所需出线条数，因而无法达到理论最大负载率；②最小联络单元个数取2，即主变实际出线条数为8条/台，此时线路可以达到其理论最大负载率，但主变由于实际所带负荷少于理论所能提供最大负荷，因而无法达到理论最大负载率。这两种不同确定方式下的关键指标计算结果如表4所示。

表3 所需最小联络单元个数分析Tab.3 Needed number of minimum link unit

表4 关键指标分析Tab.4 Analysis of key factors

3）经济性分析

对表4给出的两种主变实际出线条数确定方式，本文通过经济性分析方法来比较两种方案优劣，并依据经济性分析结果确定最优方案。

经济性分析指标选取单位负荷费用指标，单位负荷费用小的方案为最优方案。单位负荷费用指标的计算式为

式中：F为单位负荷费用，万元/MVA；Fz为变电站投资，万元；N为站内主变台数；n为每台主变出线数；l为平均线路长度，km；Fl为线路单价，万元/km；S为主变容量，MVA；A为主变实际负载率，%；cosφ为功率因数，取0.95。

利用式（2）计算两种方案的单位负荷费用指标，计算结果为：方式1（主变实际出线条数为12条/台）的单位负荷费用为123.06万元/MVA；方式2（主变实际出线条数为8条/台）的单位负荷费用为122.07万元/MVA。由此可见，方式2的经济性更优，因此主变实际出线条数确定为8条/台。

4）最优模型组合方案

依据主变实际出线条数的结果，得到最优模型组合方案，即分别采用两组模型a1、a2、a3，也可采用模型a1与a2、a2与a3、a1与a3的组合形式。

3.2.2 三座变电站互联、四座变电站互联

利用3.2.1的分析思路和分析方法，同理得出三座变电站互联和四座变电站互联的网络供电能力指标分析结果，见表5所示。

表5 关键指标分析（三座变电站互联、四座变电站互联）Tab.5 Analysis of key factors

由表5可知，三座变电站互联时的主变实际出线条数为12条，依据主变实际出线条数，可确定模型组合方式，即可采用模型b1、b2、b3中的一组和b4进行组合，或三组模型b4组合。四座变电站互联时的主变实际出线条数确定为12条，依据主变实际出线条数，可确定模型组合方式，即可采用模型c1、c2、c3中的一组，或三组模型c4组合。

4 结论

（1）构建了基于三供一备接线模式的中压配电系统供电模型，该模型将变电站互联模式与线路接线模式综合考虑，充分发挥了上下级电网之间的协调关系；

（2）分析了所构建供电模型的主变供电能力指标，得到主变理论最大负载率；

（3）分析了所构建供电模型的网络供电能力指标，得到主变实际负载率、主变实际出线条数和线路实际负载率等关键指标。

综上所述，本文从系统层面提出了能够充分提升供电能力并将变电站与线路进行协调布局的网架结构构建思路，对配电网网架结构理论分析和实际构建均有重要的指导意义。

[1]陈章潮，程浩忠.城市电网规划与改造[M].2版.北京：中国电力出版社，2007.

[2]谢莹华，王成山（Xie Yinghua，Wang Chengshan）.基于馈线分区的中压配电系统可靠性评估（Reliability evaluation of medium voltage distribution system based on feeder partition method）[J].中国电机工程学报（Proceedings of the CSEE），2004，24（5）：35-39.

[3]谢晓文，刘洪（Xie Xiaowen，Liu Hong）.中压配电网接线模式综合比较（Integrated contrast on connection modes of mid-voltage distribution networks）[J].电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU-EPSA），2009，21（4）：94-99.

[4]陈庭记，程浩忠，何明，等(Chen Tingji，Cheng Haozhong，He Ming，et al).城市中压配电网接线模式研究（Research on connection modes of urban medium voltage distribution networks）[J].电网技术（Power System Technology），2000，24（9）：35-38.

[5]葛少云，张国良，申刚，等（Ge Shaoyun，Zhang Guoliang，Shen Gang，et al）.中压配电网各种接线模式的最优分段（Optimal sectioning of connection modes in medium voltage distribution systems）[J].电网技术（Power System Technology），2006，30（4）：87-91.

[6]杨明海，刘洪，王成山，等（Yang Minghai，Liu Hong，Wang Chengshan，et al）.中压配电系统供电模型研究（Power supply model of medium voltage distribution system）[J].北京师范大学学报：自然科学版）（Journal of Beijing Normal University Natural Science），2011，47（4）：382-386.

[7]罗凤章，王成山，肖峻，等（Luo Fengzhang，Wang Chengshan，Xiao Jun，et al）.一种简捷实用的配电系统供电能力计算方法（A simple and practical method to evaluate power supply capability of distribution system）[J].电网技术（Power System Technology），2008，32（23）：56-60.

[8]王成山，罗凤章，肖峻，等（Wang Chengshan，Luo Fengzhang，Xiao Jun，et al）.基于主变互联关系的配电系统供电能力计算方法（An evaluation method for power supply capability of distribution system based on analyzing interconnection of main transformers）[J].中国电机工程学报（Proceedings of the CSEE），2009，29（13）：86-91.2.