电网设备利用率优化策略研究

董振华 魏光明

摘  要：电网设备利用率是体现电力系统经济运行的重要指标，电网设备利用效率提升是对电网规划、建设、运行、管理的主要目标。为实现电网设备利用率优化，首先基于设备利用率指标相关性深入分析，明确设备利用率影响主要因素，然后提出优化原则，构成评估指标体系，以指导电网设备利用趋于合理区间，确保电网效率效益最大化，对电网资产的管理有很强的推动作用。

关键词：配电网;设备利用率;优化策略

中图分类号：TM711   文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）12-0148-04

Abstract： The utilization rate of power grid equipment is an important index to reflect the economic operation of power system. Improving the utilization efficiency of power grid equipments is the main goal of power grid planning， construction， operation， and management. In order to realize the optimization of the utilization rate of power grid equipments， firstly， based on the in-depth analysis of the correlation of equipment utilization index， the main factors affecting equipment utilization rate are clarified， and then the optimization principle is proposed to form an evaluation index system， so as to guide the utilization of power grid equipments to a reasonable range， ensure the maximization of power grid efficiency and benefit， and play a strong role in promoting the management of power grid assets.

Keywords： power distribution network; equipment utilization rate; optimization strategy

0  引  言

電网设备主要承担分配电能的任务，由于设备型号以及所处环境存在差异，设备最大承受负载水平也不同，使得同型号设备存在差异性表现。采用科学合理的设备利用率评估体系，对电网科学规划、合理改造以提高电网高效运行具有重大的经济效益。随着地区城镇化建设进程不断推进以及人民生活水平的提升，地区用电需求不断增加，配电网需加强建设、扩大规模来满足地区发展用电需求[1]。在此，需要分析参考大量历史经验及数据，做好地区电网的建设、发展两种需求的相互配合，确保电网安全可靠运行的同时满足配电网建设得经济性和可持续性，因此电网设备利用率优化策略研究具有重大意义。

1  评估

1.1  电网设备利用水平相关概念

电网设备遵循自身的设计与工艺的情况下，在正常条件下可承受的极限负荷，为电网设备绝对利用水平;电网设备在实际约束下设备所能承受的最大负荷，为电网设备相对利用水平。

分析电网设备相对利用水平，有助于判别是否需要加强电网建设以满足地区发展用电需求，或判别项目建设是否需要延缓投资。分析电网设备的最大负载率，有利于判别电网实际运行设备最大负载水平。对电网设备相对水平与电网设备绝对水平相关性分析可知，通过合理优化运行方式、提升设备供电能力等措施将提升电网设备合理负载率，短时间内设备利用率将会下降，长时间来看提升了地区设备实际运行负载承受能力，将有效节省电网投资、降低电网损耗[2]。

1.2  电网设备利用率评估体系

电网设备利用率主要反映设备的正常运行状况，变电站以及其线路在配电网中承受电网系统负荷，设备利用率主要考虑其正常时的负载率。电网设备负载率中负荷取值主要以三个指标来反映：

（1）全网负荷最大时负载率。

（2）设备最大负载率。

（3）设备平均负载率。

如图1所示，最大负荷时刻的负载率与平均负荷水平的负载率分别受不同的网架结构影响与不同负荷特性影响，单个设备负载率随机性较大不具备研究意义。以全网最大负荷时刻以及设备平均负荷两个层面对电网设备进行研究。

1.3  设备评估指标度量指标

变压器以及线路的负载水平可大致分为轻、重、满、过载四个状态，将电网规划原则及电网运行规程相结合，得出设备正常运行情况度量指标如表1所列[3]。

1.4  电网设备利用率指标合理取值

配电网设备利用率合理值分析思路从电网设备负载率影响的主要因素切入。先结合全网最大负荷时刻（时间节点）与设备平均负荷水平（时间周期），考虑设备的安全可靠性和网架结构，得出一个理想取值，再结合负荷发展情况，将理想取值转变为合理取值，得出基于不同供电区域具体情况的各类供电区域指标合理值。如图2所示。

可由得到的合理取值看出，设备实际利用率与其合理取值水平差距越小，运行情况越经济，设备利用的越好。

1.4.1  在全网最大负荷时刻下中压线路理想取值

对于中压线路，其极限负载率主要依据接线模式及设备架设形式所决定，在“N-1”运行方式下，不同的接线模式，会导致其极限负载率水平产生差异。具体如表2所示[4]。

针对电网设备利用率来说线路负荷越重设备利用程度就越高。但中压线路设备重、过载将导致运行过程中出现安全隐患，同时增加线路损耗，中压线路设备运行温度高将缩短设备使用年限。所以在此体系中，中压线路设备轻、重、过载占比越高，中压线路设备最佳利用水平就越低，理想情况下，中压线路设备重过载、轻载设备趋于零，设备利用水平最高[5]。

1.4.2  在全网最大负荷时刻下变电站理想取值

目前配电网规划中在考虑“N-1”安全可靠运行条件下，常规计算主变的极限负载率只考虑站内联络关系，过载能力按负载率130%考虑，双主变和三主变变电站的允许最大负载率应分别为65%和87%。变电站理想取值，并考虑提高利用率的要求，主变极限负载率应将变电站站间联络一并考虑，将进一步增大主变故障时负荷转移能力，避免主变容量与负荷水平不匹配造成的建设投资偏大。

变电站极限负载率主要取决于变电站主变配置、主变联络关系。以配电网规划导则及典型设计变电站配置为原则，变电站主变配置一般为2到3台。变电站-主变在互联变电站座数为2～3座的典型模型中表现出四种组合模式。变电站主变的理想负载率可通过确定变电站内主变配置方式得出，具体如表3所列。

主变满足“N-1”校验，主要通过联络异站及同站负荷转移两种方式，原则上负荷转移后任意主变不存在过载运行情况，变电站主变满足“N-1”校验是供电能力分析较为常规的校核[6]。

主变满足“N-2”校验，负荷转移方式与“N-1”校验原理相同，根据变电站配置情况来看，主要以异站负荷转移为主。根据变电站典型模型来看，“N-2”还存在联络变电站中异站“N-2”校验，这种模式下主要由同站主变供电能力支持，同时考虑其他异站的联络转移负荷，通过异站联络转移负荷更能发挥主变与其他变电站的联络转供能力。为满足两种模式下变电站主变通过“N-2”校验，电网结构建设、投资规模存在明显差异[7]。典型模型下，考虑主变过载能力130%为原则，不同组合模式下主变理想负载率如表4所列。

在设备利用率评估体系中，变电站的轻载及重过载的出现会导致分数下降，在无轻载及重过载时分数最高，变电站的利用情况最好。

1.4.3  设备平均负荷水平下的理想取值

年负荷率=设备全年的负荷平均值/设备全年负荷的最大值。设备年利用率与年符合率成正比，负荷变化范围越小，经济效益越好[8]。

平均负荷的负载率是从电量使用角度考虑;最大负荷的负载率是从所带负荷角度考虑。年负荷率等于平均负荷的负载率与最大负荷的负载率之比。因此年负荷率计算式为：

μavg=Kf μmax

式中，μavg为设备等效平均负载率，μmax为设备最大负载率，Kf=设备等效平均负载率/设备最大负载率，即年负荷率。

1.4.4  结合实际负荷发展情况下的合理取值

电网设备负载率理想取值是基于典型模型在理想条件下分析的结果。电网设备实际运行过程中，因地区发展定位不同、地区用电特性差异等限制性因素，导致供电裕度也不同。所以应按照输电网的发展方向思路，若供电裕度为α（可采用负荷年均增长率），那么现设备的负载率μ计算式为：

μ=×100%

其中，n为目標负荷发展预留年限。合理取值考虑电力裕度上面计算式可以计算出最大负荷时刻下和设备等效平均负荷的合理取值为表3、表4理想负载率分析值的。例如考虑负荷发展电力裕度情况下，中压线路单联络最大负荷时刻的合理负载率则为。

2  提高电网设备利用率的建议举措

为积极响应国家“十四五”提出的碳中和目标并兼顾公司可持续发展需要，本章分析了进一步提高电网设备利用率的基本依据并就中低压电网的工程实施提出了基于盘活存量和严控增量两大方向的具体工程措施。

2.1  电网设备利用率提升的理论基础

基于上述两大方向提高电网设备利用率的理论基础有以下两个方面。

2.1.1  公司理念方面

为社会提供安全可靠优质经济的电能是电网企业的一项重要社会责任。我国电网规模化建设历史不长、可参考经验不足，为适应国家经济发展需要早期电网建设着重增强网架结构提高电网可靠性和稳定性，主要着眼于解决电网设备的重过载问题和其他安全隐患，而忽略了设备利用率和固定资产收益等经济效益，对于电网运行中发现的部分设备利用率偏低的问题不够重视或没有足够资源来优化[9]。电网从业者应强化自身的价值理念和资源管控理念。

2.1.2  建投管控方面

现行电网变电站建设长期滞后、地区变电站出现通道不足等问题长期影响着电网设备利用率和电网公司精准投资水平。电网建设周期长、难度大是变电站建设周期不确定的主要原因，此外市政建设、配套电缆沟建设等也制约了变电站数量的发展[10]。对已立项项目的调整中面临的法律、审计、设备安全等各方面风险也使得电网变电站建设进度缓慢。

2.2  盘活存量

2.2.1  10 kV及以上电网

合理控制变电站负荷水平，避免出现重过载运行状况，对重载变电站合理利用新投运变电站通过优化运行方式解决。对轻载变电站的优化措施为：

（1）积极解决通道问题，确保变电站负荷接入，提高变电站供电能力。

（2）对具备出线条件的变电站，加快配套送出线路立项与实施。

（3）解决断面受限瓶颈，避免因网络受限造成变电站轻载。

（4）变电站因季节性负荷原因造成轻、重并存问题，主要优化10 kV网架结构提高线路有效联络率，实现临时停变及10 kV负荷转移措施，提高设备利用率。

（5）积极向政府相关部门争取，实现合理产业布局，推动电能替代等措施，增加区域用电负荷，解决设备轻载问题。

2.2.2  10 kV及以下电网

对于10 kV及以下电网，可采取以下措施盘活存量：

（1）对装接容量大仍然出线轻载的线路，需深入核查线路报装容量较大用户的用电情况，投产超过3年平均负载率低于30%用户的实际用电情况。实际用电负荷低于报装负荷的10%，则认定用户存在“报大用小”的情况，为提高线路设备利用率，可适当考虑接入新用户。

（2）结合网格化规划推进，合理分配线路负荷。按照网格化实现供电单元独立供电原则，重新梳理已有线路供电能力及供电范围，重新分配线路负荷使其合理，根据规划方案即时落实相关项目，确保线路负荷的合理分配。

（3）优化运行方式，固化标准接线模式。进一步推动网格化规划的管理模式，采用标准接线组，合理分配线路负荷及合理分段，优化运行方式，发布网格化目标网架标准接线情况示意图，以指导配电网网架结构的调整及改造。

2.3  严控增量

根据上文分析得出，当前部分设备利用率较为低下，所以需加强电网新设备的投入的管理力度。

对110千伏以上电网的优化措施为：

（1）通过土建电气分步建设控制增量。

（2）根据需求调整变电站投资建设规模。

（3）推迟投产容载比偏高地区、迫切程度略低的项目。

针对10千伏及以下电网的优化措施为：

（1）对变电站出线间隔管理加强即采用多种渠道按季度收集新增用电信息，根据现有间隔资源情况及在建或已批复项目相结合，制定有规划的出线间隔资源安排计划。

（2）完善新新增用户负荷核算机制即对于報装容量5 000千伏安及以上的用户，应根据用户性质及相关生产资料核实用户的报装负荷是否合理，在负荷核算无误的情况下制定用户接入方案;为取得各类性质用户实际负荷情况，可按季度对新装用户的负荷情况进行核算分析，对实际负荷与报装负荷核算超标严重的用户接入方案进行抽查，分析其合理性，为后期新增用户报装合理性及接入方案的审批提供可靠依据;对直属各供电所的配电网新出线项目的审批采用不同的策略进行管控。

3  结  论

随着电力事业的不断发展，电网建设由粗放型向集约型转变，将更加注重电网发展建设质量与电力企业经济效益。通过建立设备利用率提升总体优化策略，从完善指标管理体系、加强电力设备监管等方面给出了提升设备利用率相关举措，结合完善网架、提升设备装备水平、合理管理设备信息等方面，对提高地区配电网发展提供有效的指导，实现经济效益与社会效益的稳定增长。

参考文献：

[1] 刘洪，杨卫红，王成山，等.配电网设备利用率评价标准与提升措施 [J].电网技术，2014，38（2）：419-423.

[2] 曹磊.中压配电网设备利用率综合评价体系研究 [D].天津：天津大学，2012.

[3] 王健.云南电网输变电设备利用率分析研究 [D].昆明：昆明理工大学，2015.

[4] 尹作劲.YF城市配电网网格化分区规划方法研究 [D].广州：华南理工大学，2016.

[5] 王兆宇.微电网及智能配电网的能量管理与故障恢复 [D].上海：上海交通大学，2012.

[6] 顾慧春.金山10 kV配电网络结构优化研究 [D].上海：上海交通大学，2013.

[7] 何奉禄.提高中低压配电网设备利用率的方法研究 [D].广州：华南理工大学，2016.

[8] 别少勇.配电网设备利用率综合评价体系与方法研究 [D].长沙：湖南大学，2016.

[9] 郭寅昌.基于配电网安全性分析的供电能力计算方法研究 [D].天津：天津大学，2014.

[10] 韩俊.城市配电网网络结构优化研究 [D].天津：天津大学，2010.

作者简介：董振华（1987—），男，汉族，甘肃兰州人，工程师，硕士，研究方向：配电网运行与控制，配电网规划;魏光明（1990—），男，汉族，甘肃兰州人，工程师，硕士，研究方向：电网规划与电源用户接入管理。