电网规划与电力设计对电网安全的价值

王淑玲，刘晓燕，李 鑫

（山东鲁中电力工程设计有限公司，山东 济南 250100）

0 引 言

电力规划与电力设计作为电网运行安全的重要影响因素，主要涉及电网负荷规划、电压等级规划、电网控制系统、电网结构设计、电力设备选型以及继电保护系统等内容。在市场用电需求增加的背景下，电力规划与电力设计的问题逐渐涌现，改进电力规划与电力设计成为社会各方关注点。在实际改进阶段，部分人员对电网规划与电力设计对电网安全的价值的认知不全面，导致电网规划与电力设计的效果不佳。因此，探究电网安全视角下电网规划与电力设计的价值因素、常见问题以及保障措施尤为重要。

1 电网安全下电网规划与电力设计的价值因素

1.1 电网规划对电网安全的价值因素

1.1.1 电网负荷规划

电网负荷规划主要指以电力需求变化为依据，合理调配与分配电力资源，从而满足不同用户、不同时段以及不同地区的用电需求。电网负荷规划的合理性对电网的稳定运行具有直接影响，能够有效降低电网事故风险，提高供电质量与可靠性。一般而言，电网负荷规划需以前瞻性为原则，预测未来特定时段内的电网负荷，并以预测结果为依据制定电网建设、改造以及升级计划，以规避电网设备欠载或过载运行风险，保障电网运行安全性。如果电网负荷规划不合理，则会直接影响电网正常运行。以某地为例，该地区夏季电网负荷可达1.2×108kW·h，同比增加约8%，但是电网负荷规划不合理，电网输电容量仅为1.1×108kW·h，同比增加约5%。此时电网负荷超输电容量9%，超出规定安全范围，增加电力系统大面积停电风险，无法保障电力系统的稳定运行[1]。

1.1.2 电压等级规划

电压等级作为电能质量的衡量指标之一，对电网运行的可靠性、安全性以及稳定性具有直接影响，因此电压等级规划是电网规划的重要工作。现阶段，我国电网电压等级主要包括500 kV、330 kV、35 kV、110 kV 以及220 kV，各电压等级线路的输电能力与输电距离有明显差异。合理规划电压等级，保障在某电压等级线路故障阶段，其余电压等级线路能够分担故障线路负荷，规避电压过快下降问题，保障电网运行安全，是实现电压波动降低与电网稳定运行的重要手段。此外，从系统保护的角度出发，电压等级越高，相应的系统保护功能越完善。例如，220 kV 以上线路多选择断路器展开保护，能够达到快速切断故障线路的效果；而500 V 以下低压线路，多选择漏电保护器或熔断器展开保护。电压等级规划能够通过规划控制电压等级，采取适当的保护方法，维护电网运行安全[2]。

1.1.3 电网控制系统

电网控制系统主要包括数据采集监控系统、自动发电控制系统以及自动电压控制系统等，是现阶段电网安全运行的重要基础。数据采集监控系统能够对电网运行状态展开实时监控，为远程控制与调度电网提供条件。数据采集监控系统能够采集电网频率、电流以及电压等数据，并展开信息分析与处理，为调度工作提供数据支持。在电网故障阶段，如设备异常、线路跳闸等，数据采集监控系统能够监测异常情况，展开异常预警，落实开关分合、发电机出力调整等操作，提高故障处理或风险处理效率。自动发电控制系统则能调整发电机出力，自动调节系统频率和电压，保障电力系统电压与频率的稳定性，维护电网运行安全。自动电压控制系统能够调整无功补偿设备投切，自动调节系统电压，保障系统电压稳定性。

1.2 电力设计对电网安全的价值因素

1.2.1 电网结构设计

电网结构设计是电网稳定性与安全性的重要影响因素。现阶段，电网拓扑结构在电力系统维护、运行、规划以及设计层面具有重要价值，主要指电力系统中输电线路、发电机以及变压器等电气设备间的连接关系。目前，电网拓扑结构主要涉及混合结构、链式结构、辐射结构以及环网结构等。其中，环网结构具有电网稳定性高、故障恢复快等优势，但建设成本相对较高。辐射结构与链式结构较为简单，具有建设成本低的优势，但稳定性相对较弱。混合结构具有辐射结构与环网结构的优势，但建设成本偏高。因此，电网拓扑结构选择需以建设成本、稳定性以及安全性等为指标综合考量。此外，合理优质的电网结构设计还能有效增强电网系统对人为风险、自然灾害风险以及设备故障风险的抵御能力，提升电网运行的适应性、灵活性以及安全性。例如，合理设计电网拓扑结构，能够优化电网节点数、环路数、导线截面以及线路长度等参数，增强对电网短路电流水平的控制力，减少电网设备热稳定与过载问题，在保障电网运行安全的同时提高电网输送效率[3]。

1.2.2 电力设备选型

电力设备选型作为电力设计的重要工作内容，不仅影响电力系统的经济性与运行效率，而且直接影响电网运行的安全性与稳定性。一般而言，在设备选型阶段，工作人员会以设备额定电流、额定电压以及短路容量等技术性能参数为依据，同时参考设备采购成本和运维成本等经济性元素，选择最佳电力设备。如果电力设备额定电流过大，则会增加设备过热风险，易引发火灾。如果设备额定电压过低，则会影响设备正常运行，从而影响电网运行稳定。设备初期投入虽然大，但是运行效率与维护成本偏低，从长远上看能有效缩减后期运营维运成本。

1.2.3 继电保护系统

继电保护系统作为电力系统的重要构成，能够实时监测电网运行状态，精准识别与隔离故障区域，保障非故障区域的稳定运行。相关人员一般会以设备特性、短路电流大小以及电网电压等级为依据设计继电保护系统。电压等级越高，继电保护系统越复杂。此外，继电保护系统主要由软件部分与硬件部分构成。其中，软件部分涉及人机界面、保护算法以及通信协议等，硬件部分涉及开关设备、保护设备以及合并单元等。合理配置硬软件能够加快继电保护系统的反应速度，及时控制风险，保障性能与安全性处于平衡状态。

2 电网安全下电网规划与电力设计的常见问题

以S 市电网为例，截至2023 年底，S 市电网拥有职工共计225 名，职能部门10 个，供电所10 个，市内220 kV 变电站共计3 座，110 kV 变电站共计15 座，35 kV 变电站共计5 座，其中220 kV 变电站变电总容量约为700 MVA，110 kV 变电总容量约为1 215 MVA，35 kV 变电总容量约为100 MVA。从电网安全的角度出发，S 市电网电力设计与电网规划的常见问题主要表现在3 个方面。

2.1 电力设备选型不合理

电力设备选型不合理是我国部分地区电网的常见问题，也是S 市电网的突出性问题，主要原因如下。一方面，在电网规划与电力设计阶段，S 市电网工作人员未从使用年限、用电变化等角度出发选择电力设备，过度负荷等因素导致S 市电网部分设备的实际使用年限偏短，进而对电网的稳定与安全产生影响。另一方面，在城市发展的环境下，S 市电力能源的市场需求量明显提升，而S 市电网受成本等因素限制，并未及时更换适应性更强的电力设备，导致电力设备处于长期超负荷运行的状态，增加电力设备故障的风险，电力设备的维护检查难度也有所增加，给电网带来较大安全隐患。

2.2 电网负荷规划不科学

S 市电网中的电网规划与电力设计主要依赖人工经验，在电网规划与电力设计阶段并未合理充分地开展城市基础数据调查活动，导致S 市电网变电站和变压器等电力设备的位置选择随意性偏高，存在电力设备过度集中或松散的情况，电网运行面临负荷压力偏大的问题，增加电网安全风险。特别是在S 市社会经济不断发展的背景下，电力需求提升，电力设备无法满足电力需求和电力资源分配不合理问题日益凸显，部分地区面临缺电等问题，不仅影响居民日常生活，还对电力设备使用年限与电网整体安全产生较大威胁。

2.3 电网控制系统流于形式

现阶段，电网控制系统成为电网规划的重要内容。受建设时期技术等因素影响，S 市的电网控制系统与电网规划、电力设计的紧密度偏低，导致电力控制系统的实际效用难以发挥。S 市电网相关工作执行以人工操作为主，如电网运行状态监控、电网频率数据采集、电流数据采集、电压数据采集、开关分合、发电机出力调整以及故障排查与处理等，无法及时开展故障处理等工作，给电网安全带来隐患。

3 电网安全视角下电网规划与电力设计的实践措施

3.1 电压等级规划优化

在电网覆盖内，各区域的用电需求有所差异，如果供电电压与实际需求不符，则会出现电力浪费或电力设备损坏等问题，进而影响电网安全。因此，在电网规划与电力设计阶段需要实施以下流程。首先，调查电网覆盖范围内各区域的电压需求，并以此为依据划定各区域电压等级；其次，结合客观需求，在区域范围内配置变电站；再次，以用电需求为依据，调整各区域电压等级，以满足区域用电需求，减少电力能源损耗；最后，相关工作人员需标明变电站与次级变电站位置，用电需求偏大的区域选择变电站，需求偏少的区域则选择次级变电站，保障变电站设置的合理性，从整体上科学地划分电压等级，促进电网的稳定与安全运行[4]。

3.2 电力设备选型调整

电力设备是电网规划与电力设计的重要工作内容，也是S 市电网电力设计与电网规划的优化重点。在电力设备选定阶段，需要注意两方面内容：一方面，在电力设备选择规划阶段，相关工作人员需以电力设备质量性能、功耗、实际用电需求以及采购与运维成本等为依据，选择性价比高的电力设备，以规避设备能源消耗过高和成本过大等问题；另一方面，在电力设备维护阶段，相关工作人员需制定电力设备故障预防与应急处理机制，指导相关人员依据监测装置、断路器等控制电力设备运行状态，提高电力设备故障处理效率，保障电网运行安全。

3.3 电网控制系统

优化电网控制系统是电网规划与电力设计优化的重点，能够实现电网安全控制的智能化，及时处理电网运行隐患和故障。以电力安全为导向，优化电力控制系统，主要采取以下措施。一方面，有效使用故障监测系统。故障监测系统的主要作用是实时监测电网运行状态。在电网正常运行阶段，故障监测系统会将电网运行数据实时上传至中心管理平台；在电网出现故障时，故障监测系统会抓取变动偏大的运行数据，并发出提醒。相关工作人员以中心管理平台为媒介，了解电网运行状态与异常数据，分析故障因素，进而采取相应的手段排除故障，保障电网运行安全。另一方面，有效使用供电管理系统。供电管理系统主要用于监测用户用电需求与设备运行状态，实时动态调整电力资源，确保电力能源合理有效分配至用户，在保障电网运行效率的同时，缓解电网负荷过大等风险[5]。

4 结 论

为保障电网安全性，在落实电网规划与电力设计时，应当明确电网规划与电力设计中对电力安全具有影响的价值因素，包括电力设备选型、电网负荷规划以及电网控制系统等。以电力安全为导向，明确找出电网规划与电力设计中的实际问题，并落实相应改进措施，从而提升电力规划与电力设计的科学性。