20kV配电网接线方式比较

彭平

深圳供电规划设计院有限公司 广东深圳 518000

摘要：本文主要介绍目前20kV配电网常用接线方式的特点及适用范围，然后通过建模计算得出各种接线方式可靠性、经济性数据，并比较了开环和合环运行方式的差异。

关键词：20kV；配电网；接线方式；开环；合环

1 20kV配电网主要接线方式

目前国内、国际上20kV配电网常用的接线方式主要有以下五种：

开环运行：单环网、双环网、三供一备；

合环运行：新加坡花瓣接线、香港接线。

2接线方式介绍

2.1单环网

2.1.1特点

自同一供电区域的两个变电站的中压母线，或一个变电站的不同中压母线馈出单回线路构成单环网，开环运行。任何一个区段故障，闭合联络开关，将负荷转供到相邻馈线，完成转供，在满足“N-1”的前提下，主干线正常运行时的负载率仅为50%。由于各个环网点都有两个负荷开关（或断路器），可以隔离任意一段线路的故障，客户的停电时间大为缩短，只有在终端变压器（单台配置）故障时，客户的停电时间是故障的处理时间，供电可靠性比单电源辐射式大大提高。单环网典型接线如图1所示。

图1 单环网典型接线图

一般采用异站单环接线方式，不具备条件时采用同站不同母线单环接线方式。

优点：供电可靠性高，接线简单，运行方便，可满足N-1安全准则。

缺点：线路利用率较低，仅为50%。

2.1.2适用范围

单环接线主要适用于城市一般区域（负荷密度不高、可靠性要求一般的区域），工业开发区以及中小容量单路用户集中的电缆化区域。

这种接线方式可以应用于电缆网络建设的初期阶段，对环网点处的环网开关考虑预留，随着电网的发展，在不同的环之间通过建立联络，就可以发展为更为复杂的接线方式。所以，它还适用于城市中心区、繁华地区建设的初期阶段。

2.2双环网

2.2.1特点

自同一供电区域两个变电站的不同段母线各引出一回线路或同一变电站的不同段母线各引出一回线路，构成双环式接线。与电缆单环网相比，双环网更易于为用户提供双路电源供电，一条电缆故障时，用户配变可切換到另一条电缆上。按环网单元双母线是否设置分段，双环网有开关型式和两个独立单环网型式。如果环网单元采用双母线不设分段开关的模式，双环网本质上是两个独立的单环网，在满足“N-1”的前提下，主干线正常运行时负载率仅为50%。双环网典型接线如图2所示。

（a）开关站式

（b）两个独立单环网式

图2 双环网典型接线图

A、开关站型式

优点：供电可靠性高，设备利用率为50%情况下，满足N-1-1要求。满足N-1情况下，设备利用率为75%。

缺点：结构复杂，投资高。

B、两个独立单环型式

满足N-1安全准则，设备利用率为50%；方便为沿线可靠性要求高的中小用户提供双电源。

2.2.2适用范围

双环式接线适用于负荷密度大，对可靠性要求高的城市核心区、繁华地区，如高层住宅区、多电源用户集中区的配电网。

2.3三供一备

2.3.1特点

指三条电缆线路连成电缆环网运行，另外一条线路作为公共的备用线路。备用线路正常运行时不带负荷，非备用线路可满载运行，若某条运行线路出现故障，可以通过切换将备用线路投入运行，其设备利用率为75%。三供一备典型接线如图3所示。

图3 三供一备典型接线图

优点：供电可靠性高，满足N-1安全准则，设备利用率高，可达75%。

缺点：受地理位置及负荷分布等因素的影响较大。

2.3.2适用范围

三供一备接线方式适用于负荷密度较高、较大容量用户集中、可靠性要求较高的区域，建设备用线路亦可作为完善现状网架的改造措施，用来缓解运行线路重载，以及增加不同方向的电源。

2.4 新加坡花瓣接线

2.4.2特点

新加坡的输配电网电压等级分为400kV、230kV、66kV、22kV、6.6kV和400V等，其中配电网（66/22kV）采用以变电站为中心的“花瓣形”接线，每个“花瓣”为同一变电站不同变压器之间的环网线路。正常运行的时候采用的是两台变压器提供的两个电源为并列运行。环网不同电源变电站的花瓣间设置1～3个备用联络，开环运行。新加坡配电网花瓣式接线如图4所示。

图4 新加坡配电网花瓣式接线图

66/22kV变电站主接线采用单母线分段方式，两条进线，两台变压器容量分别是75MVA，两段母线的最大负荷不超过一台变压器的容量（75MVA）。

每一个22kV供电环上供电开关点不超过10个，最大容量不超过15MVA，环网最大负荷电流不超400A，且每个环网所带的总负荷最多为其能力的50%，这样就有足够的负荷转换能力。

66/22kV变电站每条母线的出线不超过8条，与本站另一条母线构成环，并且通过联络开关与另一变电站的供电环相连。线路开关具有开断故障电流的能力，系统短路水平不超过25KA，短路切除时间不大于3秒。供电环正常情况下闭环运行，两个开关点之间，采用纵联差动保护，在环网段间任一点出现故障，其他用户都不会发生断电的情况，只有故障点才会暂时停电。但系统短路电流水平较高，且配电站的二次保护配置比较复杂。

优点：供电可靠性高，可满足N-1-1安全准则。

缺点：线路利用率低，为50%，且系统短路电流水平较高，二次保护配置比较复杂。

2.4.2N-1与N-2供电方式简介

（1）N-1

当单个环网的某点出现故障时，该环网变成单电源的运行方式。与之联络的另外一个变电站的环网运行方式不变。“花瓣形”网络N-1供电方式如图5所示。

图5 “花瓣形”网络N-1供电方式图

（2）N-2

当单个环网的电源出现故障时，该环网的负荷全部转移到与之联络的环网上。“花瓣形”网络N-2供电方式如图6所示。

图6 “花瓣形”网络N-2供電方式图

2.5香港接线

香港中电的配电网电压等级主要有33kV和11kV两种，作为城市的主要配电网架，电缆覆盖率达100%。132kV变电站变压器低侧使用双母线断路器，每个11kV母线均由两台及以上的变压器进行供电，满足主变N-1；11kV出线平均每3-4条相互形成一个环网，合环运行，线路满足N-1，2个环网之间设置联络断路器，配电开关房之间采用差动保护系统预防电缆故障，配电变压器用短路电流保护系统。380V低压线环网开环运行，每一个客户至少有两路低压电源供电。因此，在中压配电线路发生故障时，纵差保护能实现就地隔离故障线路，使其分列运行，实现不间断供电；在低压线路故障时，可以在最短时间内采用另一路低压线路恢复供电。中电电网结构如图7所示。

图1-8 中电配电网结构图

优点：供电可靠性高，满足N-1安全准则，线路利用率高，可达75%。

缺点：线路N-1-1时会损失部分负荷，变电站母线检修时，万一线转供负荷较少。

图7 中电配电网结构图

3各接线方式技术经济指标及运行方式比较

3.1技术经济指标比较

经建模比较，各接线方式相应技术经济指标结果如下：

3.2开环、合环运行方式比较

配电网开环、合环运行方式比较如下：

4结论

开环运行的单环网、双环网、三供一备接线经济性较好，单位负荷投资低于合环运行的花瓣、香港接线。但是，单环网、双环网、三供一备接线的供电可靠性水平较低，不能达到99.999%。

合环运行的花瓣、香港接线供电可靠性水平较高，但由于合环运行对开关设备、二次保护的要求提高，投资也明显增加。