一種適用于城市中心區(qū)的110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

曹增功 ，孫 偉 ，張友泉 ，鄭志杰 ，賈善杰 ，張曉磊 ，杜 鵬

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

城市電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，又是其主要負(fù)荷中心，具有用電量大、負(fù)荷密度高、安全可靠和供電質(zhì)量要求高等特點［1］。城市中心區(qū)該特點尤其明顯。為提高供電可靠性，城市中心區(qū)的110 kV變電站一般按多臺主變、多條出線建設(shè)，當(dāng)其中一臺變壓器故障或檢修時，其余變壓器可以接帶其負(fù)荷；當(dāng)一條線路故障或檢修時，其余線路可以接帶其負(fù)荷，滿足“N－1”要求。

然而隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中心區(qū)土地價格持續(xù)攀升，已是寸土寸金，變電站和線路走廊用地選擇越來越困難。尋找一塊可以容納多主變、多進(jìn)線110 kV變電站的地塊成為擺在電網(wǎng)規(guī)劃、前期人員的一道難題。

如何既能滿足城市中心區(qū)電力負(fù)荷增長的需求，滿足其高可靠性的要求，又能保證工程實施的可行性和經(jīng)濟(jì)性，還要減少正常運(yùn)行方式下中壓供電半徑，滿足事故或檢修狀態(tài)下的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，已成為城市電網(wǎng)規(guī)劃工作中亟需解決的一項突出矛盾。

1 常用的110 kV變電站設(shè)計數(shù)據(jù)

目前，在城市中心區(qū)常用的幾種全戶內(nèi)變電站設(shè)計數(shù)據(jù)如表 1 所示［2］。

表1中占地面積最小的是方案一，占地4.05畝，該方案遠(yuǎn)景規(guī)劃2臺主變，采用GIS設(shè)備，110 kV內(nèi)橋接線，全戶內(nèi)布置，在技術(shù)上已基本無手段可以優(yōu)化占地面積。

目前，在北京、上海等大城市的核心區(qū)建設(shè)了部分地下變電站，節(jié)省了地上占地面積，但仍存在兩個問題。

1）造價高昂，限制了其廣泛推廣的可行性。目前，一座3臺主變的110 kV地下變電站造價大約在1.4億元左右（不含土地價格），是地上變電站造價的5～6倍。

2）必須結(jié)合城市廣場、地下綜合體等建設(shè)才可能找到具備足夠大空間的地點，限制了其使用范圍。

表1 110 kV變電站設(shè)計數(shù)據(jù)

2 常用的110 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前，國內(nèi)城市中心區(qū)常用的110 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1～6 所示［3］。

圖1 單鏈π接

圖2 單鏈T、π混合

圖3 雙鏈T接

圖4 雙鏈π接

圖5 三鏈T接

圖6 三鏈π接

圖中6種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的城市電網(wǎng)規(guī)劃思想為通過加強(qiáng)110 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而提高電網(wǎng)供電可靠性。

目前關(guān)于電力系統(tǒng)可靠性的研究文獻(xiàn)多數(shù)是對電力系統(tǒng)中某一電壓等級進(jìn)行分析［4-5］。然而，一個電力系統(tǒng)的供電可靠性問題是一個全局性、系統(tǒng)性、整體性的問題，應(yīng)以系統(tǒng)的觀點，從全局出發(fā)，充分發(fā)揮各電壓等級網(wǎng)絡(luò)的作用，特別是中壓電網(wǎng)“網(wǎng)”的作用，提高對用戶供電安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

以 220 kV、110 kV、10 kV、380/220 V 電壓序列為例，從上下級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性和整體經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，一般可按照“強(qiáng)－簡－強(qiáng)”或“簡－強(qiáng)－強(qiáng)”的原則，來構(gòu)建220 kV電網(wǎng)、110 kV電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)。就目前來看，220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般較為堅強(qiáng)，因此110 kV電網(wǎng)一般應(yīng)采用較為簡明的結(jié)構(gòu)；而這樣一個前提條件是中壓電網(wǎng)應(yīng)形成“極強(qiáng)”的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可選擇合適的線路分列運(yùn)行，并完善與周邊供電區(qū)域的聯(lián)絡(luò)，以形成對上級電源的支撐能力。

3 一種適用于城市中心區(qū)的110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

為滿足城市中心區(qū)電力負(fù)荷增長及高可靠性的需求，同時保證工程實施的可行性和經(jīng)濟(jì)性，提出一種適用于城市中心區(qū)的110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖7所示，其主要實施前提和基礎(chǔ)為：區(qū)域內(nèi)具備堅強(qiáng)的上級電網(wǎng)，中壓配電網(wǎng)具備極強(qiáng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。

圖7 鏈?zhǔn)健⑤椛浠旌夏Ｊ?/p>

將110 kV電網(wǎng)設(shè)計為鏈?zhǔn)?、輻射混合結(jié)構(gòu)，其中鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中的變電站為具備多臺主變、多條高壓進(jìn)線的110 kV變電站（一般為現(xiàn)有110 kV變電站，占地面積大），輻射結(jié)構(gòu)中變電站一般為單臺主變、單條進(jìn)線的110 kV變電站（占地面積小，一般1.5畝占地左右即可，因此站址選擇范圍較為靈活）。一條110 kV 線路可“T”接多臺變壓器（可以“T”接 2～3臺，甚至4臺變壓器），但這些變壓器應(yīng)分別在不同的主供電區(qū)域，即當(dāng)該線路故障或檢修停運(yùn)時，同時停運(yùn)的變壓器，分布在不同供電區(qū)域。

合理劃分供電區(qū)域，在同一供電區(qū)域中的各變電站間加強(qiáng)中壓電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)（如中壓配電網(wǎng)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)）。當(dāng)某一臺變壓器或某一條線路檢修或停運(yùn)時，可以完全通過10 kV網(wǎng)絡(luò)將負(fù)荷轉(zhuǎn)移至其它變電站。劃分的供電區(qū)域內(nèi)至少要保證有4臺及以上的來自于上級不同電源的變壓器，以實現(xiàn)正常狀態(tài)下變壓器合理的負(fù)載率，又能保證事故或檢修狀態(tài)下，變壓器不過載。

電源I、II為110 kV變電站的上級變電站或電廠；甲、乙、丙、丁、戊、己為6座110 kV變電站，其中甲、丙、戊變電站位于供電區(qū)域A，乙、丁、己變電站位于供電區(qū)域B。甲、丙、戊間負(fù)荷可以通過10 kV線路轉(zhuǎn)帶，乙、丁、己之間負(fù)荷可以通過10kV線路轉(zhuǎn)帶。 這些變電站中，甲、乙一般為普通變電站（多進(jìn)線、多臺變壓器），而丙、丁、戊、己可為單臺變壓器，可一條線“T”接不同區(qū)域的多臺變壓器。

丙與丁變電站電力雖然來自同一電源的同一條線路，但兩站位于不同的供電區(qū)，當(dāng)此線路故障或停運(yùn)時，丙的負(fù)荷可以轉(zhuǎn)移至甲、戊變電站（如圖8所示），丁的負(fù)荷可以轉(zhuǎn)移至乙、己變電站。戊與己變電站同理。

圖8 供電區(qū)域A中壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

此110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點。

1）在不降低供電可靠性的前提下，可以采用單主變、單進(jìn)線變電站。此類變電站占地面積小、造價低、站址選擇靈活。

2）在城市中心區(qū)減少地下變電站、半地下變電站的使用，節(jié)約投資。

4 結(jié)語

城市變電站的站址選擇應(yīng)符合城市規(guī)劃的要求。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中心區(qū)土地價格越來越昂貴，變電站和線路走廊用地選擇越來越困難。

為滿足城市中心區(qū)電力負(fù)荷增長及高可靠性的需求，同時保證工程實施的可行性和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)從全局、系統(tǒng)和整體的觀點出發(fā)考慮電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)問題。

本文以堅強(qiáng)的上級電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出一種適用于城市中心區(qū)的110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)——鏈?zhǔn)健⑤椛浠旌辖Y(jié)構(gòu)，合理劃分供電區(qū)域，在同一供電區(qū)域中加強(qiáng)中壓電網(wǎng)聯(lián)絡(luò) （如雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)），當(dāng)某一臺主變或某一條線路檢修或停運(yùn)時，可以完全通過中壓網(wǎng)絡(luò)將負(fù)荷轉(zhuǎn)移。 該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點包括：在不降低供電可靠性的前提下，可以采用單主變、單進(jìn)線變電站；減少城市中心區(qū)地下變電站、半地下變電站的使用，節(jié)約投資。

［1］陳章潮，程浩忠.城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造（第二版）［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）～500kV變電分冊［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］Q/GDW 738—2012 配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［4］趙浩波，弓建新，溫錦紅.城市中壓配電網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)的探討［J］.山西電力，2008，146（S1）：9-11.

［5］尹建兵，黃民翔，許諾.基于供電可靠性量化分析的110kV電網(wǎng)典型接線方式選擇［J］.浙江電力，2010（2）：1-4.