城市布局与电网规划

2014-11-27肖林非

科技与创新 2014年21期

肖林非

摘要：探讨了城市布局与电网规划间的关系，提出了块状中小城市及其他布局形式的城市电网规划网络结构图，进而提出了组团状大城市电网规划网络结构图。通过对负荷水平的预测，分析了变电站的经济容量、个数和经济供电半径。最后对电网规划与市政建设中关于规划的持续性、线路走廊、桥梁、城市景观、进度关系等几个突出问题进行了分析。

关键词：城市布局；电网规划；市政建设；输电线路

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0123-03

城市布局形式是指城市建成区（在建区）的平面形状以及内部功能结构和道路系统的结构和形态。它是在历史发展过程中形成的，是自然发展和有规划地建设相互作用下的结果。城市布局影响着电网结构的形成，电网规划必须与城市布局形式相适应，并有机结合。只有这样，才能更好地为社会服务。

1 块状中小城市的布局形式和电网规划

1.1 中小城市布局发展的渊源

中国古代城市总是依水而建，在规划布局中注重人与自然的和谐，建筑与自然环境的协调、统一。在城市的建设中注重利用地形，讲究风水，城市布局以重要场所为中心，市、作坊和居民区沿南北中轴线交错布置，根据经济功能形成一定的分区布局。这是比较典型的块状布局形式（如图1所示）。

中国现代中小城市一般在老城的基础上向四周发展，主要是规模的扩大，结构体系基本维持原有格局。老城的中心一般发展成为现代商业中心，工业中心一般向西发展，新住宅区一般往南发展（也有的根据地形、道路情况向相反方向发展）。

1.2 块状中小城市电网规划

电网规划是以城市中心规划供电半径的，在城市外围建设110 kV和220 kV变电站，形成“品”字形布局向城区供电。根据负荷密度，在城市负荷中心可设置城区变电站，以缩短供电半径。变电站之间的高压线路形成环状联络，保证供电的安全性。变电站（开关站）之间用配网联络，保证供电的可靠性（如

图2所示）。

图2 块状中小城市电网规划网络结构图

1.3 其他城市布局形式与电网规划

常见的城市布局形式还有半岛布局形式、带状布局形式和串联状布局形式。

1.3.1 带状布局形式

这种城市布局形式是受自然条件或交通干线的影响而形成的，有的沿着江河或海岸的一侧或两岸绵延，有的沿着狭长的山谷发展，还有的则沿着陆上交通干线延伸。这类城市呈带状发展，平面结构和交通流向的方向性较强。例如，兰州沿山谷地带发展，荆州市和洛阳沿河流发展，丹东沿海岸发展。对带状布局形式的城市进行电网规划可采用梯形网络结构（如图3所示）。

图3 带状布局形式电网规划网络结构图

1.3.2 串联状布局形式

这种形式是指若干个城镇以一个中心城市为核心，沿交通线或河岸线、海岸线分布。这种布局的城镇之间有一定的间隔，同郊区保持密切的联系。例如秦皇岛（北戴河、秦皇岛、山海关）、镇江（镇江、丹徒、谏壁、大港）等。对串联状布局形式的城市进行电网规划可采用梯形结构。

1.3.3 半岛布局形式

这种城市布局形式一般位于两江交汇地域，沿江发展而成。这类城市的半岛中心不多，主要向两江外侧和半岛后部发展，例如泸州市、乐山市、宜宾市。对半岛布局形式的城市进行电网规划可采用不完全梯形结构，其中，要重点加强外围变电站的可靠性，确保负荷中心电源供应点，并注重跨江输配电线路的建设，提高互为备用的能力（如图4、图5所示）。

图4 半岛布局形式电网规划网络结构图

图5 一个典型的新城区规划图（局部）

城市的航行和防洪需求对输电线路的净高、跨距等都提出了较高的要求，给电网规划建设带来了一定的难度。但河流不应成为电网分割的原因。有效地利用跨江通道可以增加供电走廊、缩短供电半径，进而提高全网供电的可靠性和安全性。

由于历史、自然原因，行政区划一般以河流为界，各供电局也形成了以行政区划来分隔供电区域并考核售电的局面。但电网规划不能以河为界，这会丧失整体布局的优势，而应站在全网运行的高度来规划发展。具体的运行管理应从供电半径小、线损小、合理利用变电容量的角度出发，由供电局协商解决。

2 组团布局形式城市的电网规划

现代城市的规模越来越大，在原块状城市布局的基础上呈“摊面饼”式发展，形成一系列大型、超大型城市（城市群），例如北京市、成都市等，也可以将这种布局形式称为集中式。

由于自然条件等因素的影响，组团状布局形式城市的用地被分隔为几块。在进行城市规划时，结合地形，分块布置功能和性质相近的部门，每块都有居住区和生活服务设施，每块成为一个组团。组团之间保持着一定的距离，并有密切的联系。

星座状布局形式是一定地区内的若干个城镇围绕一个中心城市呈星座状分布，例如若干个大中小城市以上海这个特大城市为中心，散点分布而组成的城镇群。

对于上述城市布局形式的城市电网规划，可综合小城市块状布局的电网规划和梯形电网规划，设计原则是在最外层布置若干个变电站，形成特高压双环网。然后利用从外环变电站出来的输电线路向城郊的变电站供电，城郊变电站向城中变电站或开关站供电。变电站与开关站之间形成一个功能强大、联系紧密的输配电网络（如图6所示）。

图6 组团布局形式电网规划网络结构图

3 负荷水平与电网规划

城市布局影响了电力负荷的分布。电力负荷预测是电力规划的基础，是城市电力建设的依据。在城市生活区，高峰负荷从时间上来看主要集中在中午和晚上，从负荷设备来看主要是空调负荷。在工业园区，负荷情况要看工厂的生产生活用电特点。例如，软件企业与制药企业的用电负荷并不大，而加工企业存在三班作业的情况。这些都是规划者需要认真收集的信息。

预测负荷的方法有很多，包括单耗法、回归分析法、时间序列法、弹性系数法、负荷密度法等。通常情况下，对于远景负荷的电力历史数据和经济数据，可采用弹性系数法进行预测；对于近期负荷和负荷集中区的这些数据，可采用负荷密度法进行预测。两种办法可互相校验。几个代表城市市区的负荷水平如表1所示。

表1 几个代表城市市区的负荷水平

市区负荷密度（kW/ km2）合肥兰州宝鸡苏州武汉重庆

2000年 1 514 381.83 488.5 1 968.90 11 557.69 331.88

2002年 1 400.1 411.25 580.2 734.04 14 352.46 376.82

负荷水平与当地的社会经济发展水平息息相关，孤立地看负荷水平是不科学的。

电力公司的经营既要考虑社会性，又要考虑经济性。作为市场经济的主体，电力公司也要讲市场效益。计划经济时代只考虑电网安全已不适应新形势下电网公司发展壮大的要求。虽然计划经济模式还在深刻地影响电力规划者的观念和行为，但从社会主义市场经济角度出发，规划时必须要考虑变电站的经济容量和经济供电半径。

变电站的供电几何半径为：

R= . （1）

式（1）中：S——单个变电站容量；

Kc——容载比；

σ——负荷密度。

其中，Kc= . （2）

式（2）中：Nb——供电区变电站个数；

A——供电区面积。

根据变电站总投资费用和年运行费用最小的原则，建立数学模型并得出变电站经济供电半径为：

Rj= . （3）

式（3）中：K——经济容量系数。

变电站的经济容量为：

Sj= . （4）

变电站个数为：

Nb= . （5）

K= . （6）

式（6）中，a1——投资中与变电站容量无关部分，元；

a2——投资中与导线截面积无关部分的系数，元/km；

b1——投资中与变电站容量成线性关系的系数，元/kV·A；

b2——投资中与导线截面积成线性关系的系数，元/km·mm2；

UN——配网额定电压；

cosα——线路上的平均功率因数；

J——导线的经济电流密度；

PL——每回线路的平均负荷；

D——地形修正系数；

H——运行费用占投资的比例系数；

T——年数；

C0——损耗电能电价，元/kW·h。

A= . （7）

考虑到电网运行的安全性和可靠性，还应按照“N-1”的原则进行检验。

城市核心区或大用户集中区的负荷密度很高，加上这一区域房屋集中、线路走廊稀缺，因此，其对供电可靠性的要求更高，电网规划的困难较大。这是城市规划者和电力规划人员必须重点解决的问题。一些学者认为应建设20 kV配电网，这是一个发展方向，但在相当长的时间内，这一改造难以大范围地实现。解决途径是增加室内变电站（地下变电站）的数量，利用110 kV和220 kV直降变电站，建立10 kV配网的手拉手连接或多分段连接。随着500 kV骨干电网的建立和完善，220 kV电网在电力系统中的重要性已经下降，电力部门内部需要解决对220 kV直降变电站安全考核过多的问题，否则基层规划人员和运行管理人员会不愿因220 kV直降变电站停电而承担安全考核责任。

4 电网规划和市政建设

4.1 城市规划的持续性

电网应依据城市的发展而规划，然而，城市规划存在的主要问题是规划随城市主要领导的变更而变更，造成社会人力、物力的极大浪费。可喜的是，目前《规划法》对这一问题已有约束，城市规划更注重长期规划。这就使电网规划的负荷预测更加准确，网络结构更加清晰，线路通道的保留更加确定。但目前一些地方政府好大喜功，盲目招商引资的情况依然突出。地方政府在城市建设和招商引资上总是大手笔、大规模地规划蓝图，而实际的发展变化因素太多，所以电力部门在进行负荷预测时，要认真分析城市道路网、居民小区的建设和发展趋势，分析工业园区的建设规模和用电特点。通过仔细分析国民经济的发展水平，人流、物流的流向和驻留趋势，形成自己的判断，进而合理规划电网建设规模和进度。

电网专项规划完成后，通过市政府的审查上升为城市控制性规划。电网规划的地理信息纳入城市规划地理信息系统，受到法规的保护。城市规划、国土管理等部门要与电力部门紧密联系，加强沟通，提前预留变电站用地和线路走廊，并对周围建设加以控制，为构建目标网架奠定基础，并将实施障碍减至最少。

目前，各地均开始成立规划委员会，将电力部门的专家纳入了规划委员会，使电力专家发挥城市电网规划在城市规划中的重要作用。

中山市的做法是由市规划设计院和供电部门共同编制《中山市电网专项规划》，分工合作，以预留变电站建设用地为目的，既满足电力专业的要求，又符合城市总体规划，使电力建设顺利进行。

4.2 节约输电线路走廊带

城市输电需要架设大量的杆管线，加上电力线路对地绝缘和安全运行的要求，对走廊的要求较高，这使城市电力线路走廊总是处于短缺状态。同时，电力运行单位出于检修安全的考虑，一般不愿同杆架设多回线路。这也在一定程度上造成了线路走廊紧张。随着《物权法》的实施，国家对建设程序的管理日益严格，居民的环保意识空前高涨，使得线路走廊越发短缺和珍贵。因此，应统筹考虑不同电压等级的线路新建、改建方案，同杆建设多回线路，以节约走廊资源，为电网的发展预留充足的空间。

4.3 桥梁的通道作用

桥梁是连接两岸的通道，也可成为电缆线路过河的通道。然而，目前城市规划建设部门一般不考虑桥梁的电力通道功能，桥梁管理部门也不愿将桥梁作为电缆通道，因此削弱了电网联络。这一问题应由城市主管部门解决。

4.4 城市景观

现代城市规划讲究城市景观营建，要求电力杆线下地，对线路走廊的控制更加严格。电力线路迁移等非电网因素越来越多地影响着电网规划建设，制约着电网建设机动空间的扩大。

10 kV电缆建设费用是城市架空明线的3～5倍，110 kV电缆建设费用更高，因此，应结合当地经济发展水平合理规划电网建设水平。考虑到目前多数城市的相关配套设施还不完善，城市配网建设宜以架空明线为主。

目前，地埋电缆多用碳素波纹管敷设。随着运行时间的增加，容易出现路基沉降，波纹管破损、堵塞等问题。电缆发生故障后，恢复供电的时间相当漫长，且不易更换。因此，新城市规划中应考虑地下管网隧洞的建设，使水、电、气、电信共用隧道，由政府牵头，市政与使用各方共同投资建设。

4.5 正确理解规划与建设的关系

实际的城市建设取决于当地的社会经济发展水平，电力工程规划要按照一定的时序分期、分批进行。如果在电力规划中留有一定的余地，即使电力负荷的增长有较大变化，也只影响电网规划主干网的建设进度和顺序，而主干网的布局、电源点可基本保持不变。

参考文献

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[3]曾强，胡春华.对川南丘陵地区电网规划的看法[J].供用电，2006（5）.

[4]范明天，张祖平.中国配电网发展战略相关问题研究[M].北京：中国电力出版社，2008.

[5]刘友强，李欣然.变电站经济容量和经济供电半径的探讨[J].广东电力，2005（11）.

〔编辑：王霞〕

Urban Layout and Grid Planning

Xiao Linfei

Abstract： To investigate the relationship between the urban layout and grid planning， the proposed layout of the block of small cities and other forms of urban power network plans network structure， and then proposed metropolitan grid planning groups like network structure. Through the load level forecasts， analyzes the economic capacity of the substation， the number and economic power radius. Finally， a few outstanding issues in grid planning and municipal building on continuity planning， and line corridors， bridges， urban landscape， the progress of the relationship were analyzed.

Key words： urban layout； grid planning； municipal building； transmission line