城市配电网规划设计对提高供电可靠性的研究

李 昂，张国强，2

（1.陕西理工大学 电气工程学院，陕西 汉中 723001；2.国网陕西省电力公司 榆林供电公司，陕西 榆林 719000）

1 供电可靠性概述

供电可靠性是反映公司电网发展、运营管理、营商环境以及服务质量的关键指标，受到国家、社会、行业的高度关注。电力系统输配电质量与服务水平是在配电系统的运行基础上所实现的[1]。供电可靠性是指电力系统持续供电的能力，反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，对确保电力系统稳定运行非常重要。对于配网的可靠运行，最重要的是做好配电网的规划设计工作。根据各城市用电需求不断增长的形势，围绕建设统一坚强智能电网发展战略目标，进一步完善配电网规划设计建设方案，以优化城市网架结构，提高线路的有效联络率、配电网运行水平、供电可靠性以及运行效率[2]。

2 配电网接线形式

目前，大部分城市公用线路的主要接线形式为单辐射接线和单环网接线，如图1和图2所示。

图1 单辐射接线方式

图2 单环网接线方式

单辐射线路只有一路从变电站接入的电源，即以一个变电站母线电源为中心，向周边扩散的供电接线方式。该方式的优点是线路利用率高，可达到100%，缺点是不具备检修或发生故障时线路负荷的转供能力，且分段数偏少，供电灵活性差，部分线路供电半径过长导致用户供电质量差，当发生故障时停电影响范围大。

单环网供电是指同一变电站不同的母线多回路馈线，通过相互之间的连接成为一个环路的供电方法[3]。这种接线模式主要通过环网柜或开关站来进行联络。相对于单辐射线路，采用环网供电后，可以大大提高供电运行可靠性，供电方式能够更加合理地分配负荷功率，缩小供电半径，有效提高用户的电能质量，并且当供电线路的某一部位发生故障时可以快速隔离故障部位，及时恢复非故障部分的正常供电，避免发生大面积停电事故。但是这种接线方式的设备利用率较低，如果一回线路出现故障，所有负荷需调整至另一回线路，正常情况下每条线路负荷需控制到50%以下，这就导致设备利用率较低。

3 配电网运行中的主要问题

3.1 线路网架结构不合理

目前，城市配网线路存在的主要问题是网架结构不合理，未进行超前规划设计。在城市发展的初期，配网规划的线路以单辐射方式为主，未在城区市中心规划多回线路，且部分城市电源全部来自一个变电站，电源单一，供电可靠性较低。

随着城市的快速发展，部分单辐射线路已不满足互供电要求，通过临时规划设计，选择就近将两条线路联络，实现单环网接线方式。但此时两条单辐射线路负荷均已达到70%以上，虽然已实现单环网接线方式，但无法满足互供电要求，当一条线路发生故障时，另一条线路无法承担全部负荷，且部分城市存在负荷密集区域，线路较少，导线截面偏小导致载流量小，线路易达到重过载，同时部分线路过长导致末端易出现低电压，转移负荷能力不足，无法满足N-1，使得公用线路联络率和N-1通过率较低。

3.2 配电自动化水平低

长期以来，配电系统的自动化水平普遍较低，尚无法实现系统的自动控制和管理，使得运行维护和管理人员难以及时掌握整个系统及系统中电气设备的运行状态。城市户外开闭所、环网柜以及分支箱所使用的配电设备开关均为负荷开关，当支线和用户侧线路设备发生故障时，负荷开关无法切断故障电流，易越级至变电站出线断路器开关动作跳闸，扩大停电范围，发生大面积停电。同时，运维人员需排查的线路故障范围广，难度大，无法快速有效确定故障点，恢复供电[4]。即使已实现单环网的线路，如未实现配电自动化功能，在未确认故障前，无法通过联络线路直接供电，同时联络开关无备自投功能，均需手动操作，因此用户侧频繁停电无法避免。

4 城市配电网规划设计思路

4.1 超前规划配电网网架结构

配电网的接线方式应满足城市供配电的安全以及城市快速发展的需求，在网架结构规划时应首先考虑城市行政级别、经济地位以及负荷密度等条件。设计时以优化网架结构、降低线路损耗、节约建设成本以及提高配电网运行的经济性和安全性为目标。根据目前国内网架结构的现状，经综合分析，整体最优的城市配电网结构为环网结构，其又分为单环网接线和双环网接线两种形式。

单环网接线用两回电缆线路构成环网线路，其接线方式简单、运行灵活，供电质量较高，满足N-1安全准则。通过投切分段开关可以隔离故障段，恢复非故障段线路供电，以确保线路安全可靠的运行。但是这种接线方式的设备利用率较低，如果一回线路出现故障，负荷全部依靠另一回线路提供电源，增加了另一回线路的负荷，正常情况下，每条线路电力负荷保留50%的容量，这就导致设备利用率无法达到满额运行[5]。

为提高设备利用率，满足N-1用电安全准则要求，可以采用三回馈线构成单环网的接线方式，形成“3-1”单环网接线方式。正常运行情况下，联络开关处于断开状态，当其中一回线路出现故障时只需合上另外两条线路的联络开关，由另外两回线路承担全部电力负荷，因而提高了电力设备的利用率，使得每条线路利用率可以达到67%。这种接线方式比较适合对供电可靠性要求比较高或用电增长较快的城市配电网。对于三四线城市电缆配电线路网架接线，可采用“3-1”或“2-1”的单环网接线方式。

将单环网组合可以得到双环网式接线，这种供电方式更灵活可靠，可以最大限度满足用户连续供电要求[5]。这种供电方式更适合用于一二线城市的重要电力客户以及城市中心区。

4.2 提高配电网自动化水平

当城市配电系统建成投运后，其自动化水平尤为关键。配电网自动化的首要作用就是对电气设备进行实时监控，及时发现并切除故障，降低设备的故障发生率，提高供电质量及供电可靠性。当一条线路全线所有开关均实现配电自动化功能后，在线路上发生故障时，智能开关能够迅速准确完成故障定位、隔离及非故障区域恢复供电，可以显著减小故障影响范围[6]。配网线路实现自动化后可实时监控线路的负载率，当出现重过载时及时调整运行方式并对负荷进行重新分配，可以在不同变电站和馈线之间及时转供负荷，提高配电网设备容量利用率。配电线路全面自动化运行可以远程对电力设备进行控制和管理，馈线自动化功能可实现线路瞬时故障，开关自动分合闸，极大缩短故障停电时间，备用电源可实现自动切换功能，确保重要用户的可靠供电。

5 结 论

本文主要以摸清现存问题、优化网架结构、提升自动化水平以及提高供电可靠性这一根本原则，通过分析当前城市配电网存在的主要问题，在把握配电网发展现状、满足电力需求增长的基础上，紧紧围绕建设“供电容量充裕、网架结构清晰以及可靠的配电网络的目标，提出了城市配电网规划设计思路。在建设坚强一次电网的基础上充分利用现有的配电网网架，通过构建合理的配电网结构提高配网自动化水平的措施改造和完善城市配电网，增强电网的供电能力，提高供电可靠性和用电服务质量。