互馈线提高上海电网转供能力研究

唐　琪，曹　萌，唐勇俊

(1. 国网上海市电力公司，上海　200122；2. 上海电力设计院有限公司，上海　200025)

互馈线提高上海电网转供能力研究

唐琪1，曹萌2，唐勇俊2

(1. 国网上海市电力公司，上海200122；2. 上海电力设计院有限公司，上海200025)

摘要：近年随着上海市城市经济社会的发展，对电力供应安全可靠的要求日益提高，上海市电力公司已对供电可靠性提出了新的技术标准，即要求在外环以内中心城区、区县政府所在地及重要地区(如迪士尼、自贸区、临港等)，应按检修方式“N-1”准则进行规划设计。目前世界各地多采用双侧电源供电或者增加备用联络线的模式来增强配电网的转供能力，从而保障“N-1”或检修方式“N-1”、甚至“N-2”情况下的安全可靠供电。主要针对互馈线满足主变检修方式“N-1”的功能，对其输送容量、运行方式能否满足要求进行了研究论证，提出了互馈线建设的相关建议，从而有效提升上海电网的转供能力。

关键词：互馈线；检修方式“N-1”；全站停电；运行方式

随着上海社会经济和城市建设的发展，上海配电系统已显示出负荷密度大、配电网络密集、电缆化率高、通道站址困难和投资费用大等国际化大都市城市电网的特点。近年来上海电网用电增长呈现趋缓态势，但随着城市经济社会的发展，对电力供应安全可靠的要求日益提高，本文结合上海电网对供电可靠性的最新要求，对互馈线提升配电网转供能力作用进行了研究，主要对互馈线防止全站停电、使变电站满足检修方式“N-1”(不存在短时失负荷)以及使变电站满足检修方式“N-1”(短时失少量负荷)的作用进行了研究，探讨互馈线不同运行方式的适用范围提出互馈线建设的相关建议，指导上海电网转供能力提升。

1防止全站停电事故

两台主变的变电站主变检修时，可以利用专用互馈线或带负荷的互馈线对母线供电，以避免主变检修“N-1”时母线全停。为避免母线全停，主变检修方式下，需要考虑以下两点：

(1)正常检修方式：互馈线容量是否可以满足所送母线的负荷需求；

(2)运行主变再发生“N-1”事故时：下级电站低压侧自切动作，部分电站负荷转移至互馈线后，互馈线容量是否可以满足需求。除变电站下级电站均为双电源的情况，运行主变再发生“N-1”事故后，由于下级电站低压侧的自切，互馈线需所带负荷要高于正常检修方式时互馈线所带负荷。若下级电站的双电源比例为A，则运行主变再发生“N-1”事故后，互馈线所带负荷为(2-A)倍正常检修方式下互馈线所需带负荷。为方便描述，本文的互馈线所带负荷为运行主变发生“N-1”事故后所带负荷。

目前，上海两主变的220 kV变电站35 kV侧主要为单母四分段接线。其下级电站电源若均来自此变电站，则其进线一般在1段母线和3段母线或者2段母线和4段母线。对于低压侧为单母线四分段接线方式的变电站，若互馈线的输送容量仅可以满足一段母线的负荷需求，则为了满足主变检修“N-1”时，母线不全停的需求，则需要配置两条互馈线。若互馈线的容量满足两段母线的负荷需求，则只需要配置一条互馈线便可以避免母线全停，如图1所示。

图1　低压侧为单母线四分段接线的变电站

2台主变的220 kV变压器，主变容量为A，最高负载率为B，主变检修时负载率为最高负荷的70%，35 kV负荷占220 kV变电站总负荷比例为C，每段35 kV母线负荷为A×B×C×70%/2。目前，上海35 kV变电站双电源比例约为60%，因此运行主变再发生“N-1”事故时，有40%的负荷会自切到互馈线所带母线，互馈线此时所带负荷为A×B×C×70%/2×1.4。此处对3卷变主变容量为240 MVA的220 kV变电站进行讨论，见表1。

35 kV互馈线分为专用互馈线和带负荷的互馈线两种形式。带负荷的互馈线一般可考虑内桥接线的35 kV变电站进线以及35 kV开关站进线两种，分别分析这三类35 kV互馈线。

1.1专用互馈线

目前，上海市220 kV变电站之间35 kV专用互馈线一般采用双并3×400 mm2电缆，输送容量为43.4 MVA，在220 kV变电站重载时，基本可以满足主变检修“N-1”时一段母线的负荷需求，在变电站轻载时，则可以满足主变检修“N-1”时两段母线的负荷需求。因此对于35 kV专用互馈线，在220 kV变电站轻载时，仅设一条专用互馈线便可以满足主变检修“N-1”时35 kV母线不全停的需求。在220 kV变电站负载率较高时，需要在2台主变各设一条专用互馈线确保主变检修“N-1”时35 kV母线不全停。

表1　3卷变220 kV变电站(主变240 MVA)

注：主变检修对应容量为正常检修方式每段母线负荷，主变检修“N-1”对应容量为运行主变再发生“N-1”事故时每段母线负荷。对于以110 kV为主的高压配电网，220 kV变电站110 kV负荷比例应高于35 kV负荷比例，但由于上海高压配电网过去以发展35 kV为主，目前上海220 kV变电站35 kV负荷比例高于110 kV负荷比例，35 kV侧负荷与110 kV侧负荷比例约为2∶1，因此本节对于35 kV负荷占总负荷比例从0.3～0.6均进行了研究。

1.235 kV开关站进线

根据《上海电网规划设计技术导则(试行)》相关规定，35 kV开关站电源进线一般架空线截面可选用240～400 mm2，电缆截面可选用双并3×400 mm2。进线电源采用240 mm2架空线路时，两回进线的总电流应不大于611 A；采用400 mm2架空线路或双并3×400 mm2电缆线路时，两回进线的总电流应不大于716 A。

以下对带负荷的互馈线所能提供给检修主变对应母线的容量进行分析，分析以开关站的进线为例，如图2所示。

图2　开关站接线示意图

对于图2所示的开关站，若开关站进线最大输送容量为A，为满足线路“N-1”，则开关站每段母线最大负荷为A/2。当变电站1主变检修时，开关站的负载率一般也会比较低，考虑也为70%的最高负荷，即为A/2×70%。因此，在变电站1检修前，变电站1为开关站一段母线提供A/2×70%，变电站2为开关站二段母线提供A/2×70%。当变电站1主变检修时，则变电站2可以通过开关站进线为变电站1的负荷供电，此时所能提供的转供容量为A-A/2×70%，即0.65×A。(开关站一段母线负荷原本即为变电站1所提供，因此不在扣除的范围内)

由此可知，进线为240 mm2架空线路的35 kV开关站进线所能提供的容量为24.05 MVA，进线为双并3×400 mm2的35 kV开关站所能提供的容量为28.21 MVA。

由上述分析可知，35 kV开关站进线在220 kV变电站轻载时，可以满足主变检修“N-1”时35 kV一段母线负荷需求，无法满足重载的220 kV变电站35 kV一段母线的负荷需求，需要提高下级电站的双电源比例。

1.3内桥接线的35 kV变电站进线

对于内桥接线的35 kV变电站，主变容量一般为2×20 MVA，进线一般为3×400 mm2的电缆，最大传输容量为21.7 MVA，因此，内桥接线的35 kV变电站进线可以额外承担14.7 MVA的负荷，无法满足220 kV变电站运行主变再发生“N-1”事故时35 kV一段母线的负荷需求，因此内桥接线的35 kV变电站进线难以在220 kV主变检修“N-1”时为防止35 kV母线全停而倒送一段母线。

2满足检修方式“N-1”(不存在短时失负荷)

满足变电站检修方式“N-1”完全不失负荷，联络线或互馈线的运行方式与防止全站失电的运行方式相同，均是在变电站检修时，互馈线直接倒送到检修主变对应母线。对于35 kV侧为单母线四分段的220 kV变电站，互馈线则需要满足两段母线的负荷需求(包括运行主变再发生“N-1”事故时下级电站自切过来的负荷)。

在220 kV变电站轻载时，一条35 kV专用互馈线可以满足主变检修“N-1”时两段母线的负荷需求。但当220 kV变电站重载时，专用互馈线无法满足主变检修“N-1”时两段母线的负荷需求，因此需要提高下级电站的双电源比例。

35 kV带负荷的互馈线基本无法满足220 kV变电站35 kV两段母线的负荷需求，因此采用35 kV带负荷的互馈线的方法以满足检修方式“N-1”时完全不失负荷的需求基本不可行。

3满足检修方式“N-1”(短时失少量负荷)

若使2主变变电站满足检修方式“N-1”(不存在短时失负荷)，主变检修时互馈线均需先倒送至母线供电，对线路输送容量的要求相对较高，达到的效果即可实现所有下级变电站及用户均双电源供电，完全不会造成负荷停电。若允许少量负荷短时停电，则检修方式下可安排联络线或互馈线备用，主变发生故障后，下级双电源变电站可通过自切转移负荷，而单电源变电站经历短时停电，通过自愈系统或人工操作由联络线或互馈线倒送至母线恢复供电。

对于2台主变的220 kV变压器，主变容量为A，最高负载率为B，主变检修时负载率为最高负荷的70%，此时，当一台主变检修，一台主变失电时，两台主变共需转移2×A×B×0.7的负荷，35 kV负荷占220 kV变电站总负荷比例为E，则共需转移的110 kV负荷为1.4×A×B×E。此处对主变容量240 MVA的3卷变220 kV变电站进行讨论。

目前，上海市220 kV变电站之间35 kV专用互馈线一般采用双并3×400 mm2电缆，输送容量为43.4 MVA，如表2所示。

表2　3卷变220 kV变电站(主变240 MVA)检修下

注：可转移容量以43.4 MVA计，本表仅考虑35 kV专用互馈线所转移的35 kV负荷率。

目前，上海35 kV变电站双电源比例约为60%，根据表2中分析结果，在下级双电源35 kV可以满足负荷需求。因此对于这两类变电站即使已设置专用互馈线，仍需要提高双电源比例满足主变检修“N-1”时的负荷需求。

35 kV开关站的进线根据前文分析可以提供的容量为28.2 MVA，以下对带负荷的互馈线转移220 kV变电站35 kV侧负荷情况进行分析(见表3)。

表3　3卷变220 kV变电站(主变240 MVA)

注：上表可转移容量以28.2 MVA计，本表仅考虑35 kV带负荷的互馈线所转移的35 kV负荷率。

目前，上海35 kV变电站双电源比例约为60%，根据上表中分析结果，仅在220 kV变电站轻载的条件下，一条带负荷的互馈线可以满足主变检修“N-1”的负荷需求。但是220 kV变电站若存在2条分布在不同母线上的带负荷的互馈线，便可以在双电源35 kV变电站自切后，带负荷的互馈线便可以满足其他单电源的35 kV站的负荷需求。

4变电站主接线对转供的限制

2台主变的220 kV变电站35 kV侧采用单母四分段环形接线，如图3所示。

图3　2台主变的220 kV变电站110/35 kV侧主接线示意图

对于2台主变的220 kV变电站，当主变检修“N-1”时，红色标注的断路器均已断开，35 kV互馈线仅可以转移其所在母线及与其所在母线通过联络开关相连的母线上的负荷。因此，对于电源均来自此220 kV变电站的35 kV变电站，其进线应尽量来自35 kV一段母线和三段母线或者二段母线和四段母线。

5结语

借鉴国外先进城市的发展经验，电网转供能力的提升需结合不同可靠性要求的地区和用户而采用不同的方案，并且分阶段逐步推进。

对于上海地区，应优先考虑在外环以内中心城区、区县政府所在地及重要地区(如迪士尼、自贸区、临港等)满足检修方式“N-1”。同时，应分阶段逐步满足检修方式“N-1”不失负荷。第一阶段应满足超过《城市电网供电安全标准》(DL/T 256-2012)要求的标准(即检修方式“N-1”的事故恢复时间及允许损失的负荷量比上述标准小)，保证220 kV电网检修方式“N-1”少量损失负荷，第二阶段应满足220 kV电网检修方式“N-1”不失负荷，最终阶段应满足35～220 kV电网检修方式“N-1”均不失负荷。

中心城区地区35 kV互馈线的使用，建议采取以下策略：为防止全站停电和满足检修方式下“N-1”不失负荷，建议采用专用互馈线转供负荷，原则上考虑1回双拼400 mm2电缆。在变电站负载率较高，且未安排主变扩建工程时，根据实际负荷校核，确有需要的可设置2回专用互馈线。

中心城区以外地区无需满足检修方式下“N-1”不失负荷，因此建议可考虑带负荷的互馈线转供负荷，包括开关站接线、内桥接线、架空线支接线等形式，以保障重要用户安全可靠供电，减少全站停电所影响的范围为原则，进行相应的配置。

为充分利用互馈线保障单电源变电站供电，2主变变电站低压侧单母线四分段接线时，其下级2回电源进线均来自本站时，其进线应分别接入一、三段母线或二、四段母线。

(本文编辑：严加)

Research of Mutual Feeder in Enhancing Shanghai Power Grid Supply Capacity

TANG Qi1, CAO Meng2, TANG Yong-jun2

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China;2. Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China)

Abstract:The urban and economic development of Shanghai demands safe and reliable power supply; therefore, the new technical standard for power supply reliability established by Shanghai Municipal Electric Power Company requires that maintenance mode "N-1" be applied in planning and designing the city center within the outer ring, the county government seat and important areas (such as Shanghai Disneyland, free trade zone and port, etc.). At present, two-side power supply or additional spare link line are usually applied all over the world to enhance the distribution network supply capacity, and to ensure safe and reliable power supply in maintenance mode "N-1", even "N-2". Considering that the mutual feeder can satisfy the function of "N-1", the main transformer maintenance mode, this paper studies its transmission capacity and operation mode, and puts forward some suggestions on the feeder construction in order to effectively promote the power supply capacity of Shanghai grid.

Key words:mutual feeder; maintenance mode “N-1”; total station blackout; operation mode

DOI：10.11973/dlyny201601006

作者简介：唐琪(1970)，女，工程师，从事电网企业配电网规划工作。

中图分类号：TM727

文献标志码：B

文章编号：2095-1256(2016)01-0028-04

收稿日期：2015-10-24