縣城10 kV配電網(wǎng)規(guī)劃實用方法及其應(yīng)用

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(1. 國網(wǎng)重慶墊江縣供電責(zé)任有限公司,重慶 408300；2. 重慶星能電氣有限公司，重慶 400039)

0 引 言

配電網(wǎng)作為發(fā)、輸電與用戶設(shè)備的連接環(huán)節(jié)，其規(guī)劃設(shè)計的水平直接關(guān)系到供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性?？h城電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加快城鄉(xiāng)物質(zhì)文明和精神文明的基礎(chǔ)條件?？h城電網(wǎng)規(guī)劃[1-10]可以使縣城電網(wǎng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)和水平上有目標(biāo)、有計劃地健康發(fā)展，加大縣城電網(wǎng)技術(shù)的科技含量，改善縣城電網(wǎng)現(xiàn)狀。

電網(wǎng)規(guī)劃方法的發(fā)展有4個階段：初級階段、應(yīng)用階段、研究階段和研究與應(yīng)用階段。目前，國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃采用的方法大多還處在初級階段，即人工擬定方案和人工計算校驗。但是，計算機(jī)自動規(guī)劃也有很大的局限性，電網(wǎng)規(guī)劃還不能完全交由計算機(jī)實現(xiàn)。因此，較常采用的實用規(guī)劃方法是人工擬定方案，再加上計算機(jī)輔助。

下面的主要工作是利用重慶星能電氣有限公司的《供電網(wǎng)計算分析及輔助決策軟件》(www.ceesinc.com)，對重慶D縣城的電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃。基準(zhǔn)年為2013年，規(guī)劃年為2018年。首先，基于已給的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)及其用地規(guī)劃，采用大用戶加自然增長法及空間負(fù)荷預(yù)測法，對2014—2030年的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測；接著進(jìn)行電力平衡的計算；然后，根據(jù)電力平衡計算結(jié)果和現(xiàn)狀網(wǎng)分析，對縣城電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)架規(guī)劃和投資估算，最后進(jìn)行評估并提出建議。

1 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃特點、思路及內(nèi)容

1.1 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃的特點

目前，縣城發(fā)展迅速，但其電網(wǎng)建設(shè)往往落后于縣城的規(guī)劃建設(shè)；縣城的中、遠(yuǎn)期用地性質(zhì)可根據(jù)其規(guī)劃區(qū)域用地規(guī)劃成果獲得；單個設(shè)備的容量和投資相對較小，但整個配電系統(tǒng)的投資、維護(hù)和運(yùn)行費用卻很高；配電網(wǎng)電壓等級主要以110、10、0.4 kV為主；在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，一般采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運(yùn)行方式，還存在輻射型線路；配電系統(tǒng)量測較少，網(wǎng)絡(luò)的可觀性較差；縣城配電網(wǎng)一般不采用電纜網(wǎng)，多采用架空絕緣線；一般要求雙電源供電；配電網(wǎng)自動化程度低。

1.2 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃的思路

縣城配電網(wǎng)規(guī)劃[4-7]一般包括現(xiàn)狀網(wǎng)分析、負(fù)荷預(yù)測、電力平衡、配電網(wǎng)規(guī)劃、投資估算、配電網(wǎng)自動化規(guī)劃等內(nèi)容，它們遵循一定的先后順序，并存在一定的聯(lián)系，如圖1所示。

圖1 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃思路圖

1.3 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容

(1)現(xiàn)狀網(wǎng)分析。在進(jìn)行縣城電網(wǎng)規(guī)劃之前，首先應(yīng)分析現(xiàn)狀電網(wǎng)。根據(jù)供電部門給的數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)狀電網(wǎng)的概況，并從縣城電網(wǎng)高、中、低壓的設(shè)備和運(yùn)行方面進(jìn)行全面分析，得出現(xiàn)狀網(wǎng)存在的問題，為后續(xù)規(guī)劃提供思路和側(cè)重點。

(2)負(fù)荷預(yù)測。電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)是負(fù)荷預(yù)測，對于縣城電網(wǎng)規(guī)劃來說，可將縣城負(fù)荷分為一般負(fù)荷和點負(fù)荷，分別采用自然增長法和大用戶法進(jìn)行近期逐年負(fù)荷預(yù)測，采用空間負(fù)荷預(yù)測法預(yù)測飽和年和遠(yuǎn)景年負(fù)荷。最后，負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果還可以用彈性系數(shù)進(jìn)行檢驗。

(3)電力平衡。負(fù)荷預(yù)測之后是電力平衡分析。根據(jù)規(guī)劃期逐年的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果、各大用戶的接入方案、各發(fā)電廠的接入系統(tǒng)方案和區(qū)間電力交換等，得到逐年的電力平衡結(jié)果，為網(wǎng)架規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

(4)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃及投資估算。由現(xiàn)狀電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、目標(biāo)年電網(wǎng)負(fù)荷水平、高壓變電站規(guī)劃結(jié)果以及規(guī)劃技術(shù)原則推薦的接線方式，初步構(gòu)建目標(biāo)網(wǎng)架，并進(jìn)行線路分段和導(dǎo)線型號選擇等。最后，進(jìn)行逐年項目投資估算。

(5)配電網(wǎng)自動化規(guī)劃。根據(jù)國網(wǎng)導(dǎo)則相關(guān)規(guī)定要求，規(guī)劃建設(shè)配電自動化系統(tǒng)、營銷自動化系統(tǒng)和配電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)。在優(yōu)化城網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提升設(shè)備水平和科技含量的同時，以GIS為核心構(gòu)建一體化配電管理系統(tǒng)(DMS)，提高運(yùn)營效率和管理水平。

(6)規(guī)劃評估及對上級電網(wǎng)建議。對于現(xiàn)狀電網(wǎng)存在的問題，評估規(guī)劃網(wǎng)架實施后對于現(xiàn)狀電網(wǎng)存在問題的解決情況。對于大用戶建設(shè)時序變化以及區(qū)域結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來的負(fù)荷突變，應(yīng)對上級電網(wǎng)提出布點時序調(diào)整或新增布點等建議，使規(guī)劃網(wǎng)架具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 縣城配電網(wǎng)規(guī)劃的重點

2.1 負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確度直接影響電網(wǎng)規(guī)劃的質(zhì)量，是預(yù)測管轄范圍內(nèi)用戶和市場的必要手段，規(guī)劃工作以電力負(fù)荷市場為導(dǎo)向足見其重要程度。

負(fù)荷預(yù)測有很多方法，比如：用電單耗法、彈性系數(shù)法、空間負(fù)荷預(yù)測法、趨勢外推法、類比法、自然增長率法等，對數(shù)據(jù)的處理有各自的特點。但比較常用的是大用戶加自然增長法和空間負(fù)荷預(yù)測法。

下面著重介紹大用戶加自然增長法、彈性系數(shù)法與空間負(fù)荷預(yù)測法。其中大用戶加自然增長法適用于近期負(fù)荷預(yù)測，彈性系數(shù)法主要作為校核方法，空間負(fù)荷預(yù)測法則適用于較長時間的遠(yuǎn)景年和飽和年負(fù)荷預(yù)測。

2.1.1 大用戶加自然增長法

大用戶加自然增長法，是采用點負(fù)荷與自然負(fù)荷疊加的方式。根據(jù)已知歷史年的一般負(fù)荷增長趨勢，用自然增長法(如回歸曲線法)推算出近期一般用戶負(fù)荷增長情況，再加上統(tǒng)計出來的大用戶報裝負(fù)荷，疊加得出近期負(fù)荷情況。如圖2所示。具體做法如下。

圖2 大用戶加自然增長法

(1)通過對現(xiàn)有、新增大用戶的調(diào)查分析，結(jié)合現(xiàn)有大用戶的改、擴(kuò)建情況，對大用戶供電量、供電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。點負(fù)荷的電量由用電單耗法求得，最大供電負(fù)荷通常給定或基于其最大負(fù)荷利用小時數(shù)求得。

(2)根據(jù)全縣除大用戶外的供電量、供電負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，采用自然增長法對一般負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測；對預(yù)測的增長率進(jìn)行校驗，即確定增長率是否符合歷史年電量負(fù)荷的發(fā)展規(guī)律、是否與地方國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相一致。

2.1.2 彈性系數(shù)法

電力彈性系數(shù)kt是指用電量的年平均增長率kzch與國內(nèi)生產(chǎn)總值年平均增長率kgzch的比值。通過彈性系數(shù)及國內(nèi)生產(chǎn)總值的年平均增長率，可以計算規(guī)劃年份所需用的電量，即

An=A0(1+ktkgzch)n

式中,An為預(yù)測期末的需用電量；A0為預(yù)測期初的需用電量；kt為電力彈性系數(shù)；kgzch為國內(nèi)生產(chǎn)總產(chǎn)值的年平均增長率；n為計算期的年數(shù)。

彈性系數(shù)法首先求出歷史年的彈性系數(shù)，再考慮到電網(wǎng)發(fā)展趨勢、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點及其調(diào)整變化等因素，適當(dāng)調(diào)整歷史彈性系數(shù)，作為預(yù)測期彈性系數(shù)，并結(jié)合預(yù)測期的GDP增長率，計算得到規(guī)劃期的預(yù)測電量，本方法主要作為校核方法。

2.1.3 空間負(fù)荷預(yù)測法

空間負(fù)荷預(yù)測法[8]，也稱小區(qū)負(fù)荷預(yù)測法，主要是根據(jù)政府規(guī)劃部門對土地的規(guī)劃方案，確定各地塊用地性質(zhì)、占地面積、容積率、需用系統(tǒng)和飽和密度，首先得到各地塊的飽和負(fù)荷，再采用合適的回推曲線預(yù)測中間年負(fù)荷。該方法適用于較長時間的負(fù)荷預(yù)測與飽和年負(fù)荷預(yù)測。

2.2 電力平衡

電力平衡是根據(jù)電力負(fù)荷預(yù)測確定電網(wǎng)容量需求的重要步驟，是保證電網(wǎng)滿足負(fù)荷需求的重要手段，是高壓變電站規(guī)劃的基礎(chǔ)。根據(jù)電力平衡可以得到規(guī)劃年內(nèi)需要的變電容量，并預(yù)測規(guī)劃年的容載比，校驗上級電網(wǎng)電源規(guī)劃方案。

在計算電力平衡時，遵循的一般步驟是：已知由負(fù)荷預(yù)測得到的110 kV公用最大負(fù)荷和35 kV及以下小水電、自備電廠裝機(jī)容量，前者減去后者得到計算負(fù)荷，乘以容載比后得到所需變電容量，所需變電容量減去電網(wǎng)實際變電容量就是需新增變電容量。35 kV電壓等級的電力平衡計算類似。

2.3 網(wǎng)架規(guī)劃

網(wǎng)架的主要功能是互通容量，優(yōu)化潮流分配，實行快速有效的調(diào)度操作和事故處理。網(wǎng)架的優(yōu)化設(shè)計，要保證滿足負(fù)荷需求，有效提高供電可靠性、降低線損、確保供電質(zhì)量。

配電網(wǎng)接線方式[9,10]應(yīng)根據(jù)不同供電區(qū)用戶重要程度、負(fù)荷情況以及可靠性要求確定，10 kV一般常用有“輻射式”、“手拉手”、“單環(huán)網(wǎng)”幾種典型網(wǎng)絡(luò)接線。在確定10 kV配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行10 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完善優(yōu)化改造，城區(qū)供電區(qū)從目前的輻射式供電網(wǎng)絡(luò)逐步過渡到單聯(lián)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)供電網(wǎng)絡(luò)，甚至形成雙環(huán)網(wǎng)。城區(qū)10 kV線路主干線路線徑統(tǒng)一為240 mm2，支干線路線徑不小于95 mm2，供電半徑宜控制在4 km內(nèi)，一般每條10 kV主干線宜分為3段，每條主干線按長度或裝接容量進(jìn)行分段。當(dāng)線路裝接容量達(dá)到上限時，一般應(yīng)再新建10 kV線路轉(zhuǎn)移負(fù)荷或?qū)﹨^(qū)饋線進(jìn)行重新分配。

2.4 配電網(wǎng)自動化

配電網(wǎng)自動化規(guī)劃，主要是指規(guī)劃建設(shè)配電自動化系統(tǒng)、營銷自動化系統(tǒng)和配電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，在優(yōu)化城網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提升設(shè)備裝備水平和科技含量的同時，以GIS為核心構(gòu)建一體化配電管理系統(tǒng)(DMS)，提高配電運(yùn)營效率和管理水平。

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，由配電主站、配電子站和配電終端三個層次組成。根據(jù)實際情況，通信子站也可采用開關(guān)站DTU代替，配電終端也可根據(jù)需要不經(jīng)子站而直接接入主站。

這里采用GIS為核心平臺，構(gòu)建D縣城配電網(wǎng)一體化的綜合管理系統(tǒng)。整合配電自動化實時數(shù)據(jù)、營銷自動化實時數(shù)據(jù)、配電規(guī)劃及工程項目業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、配電生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、配電營銷管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)構(gòu)建配電數(shù)據(jù)中心。在實現(xiàn)全面數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)上，開發(fā)配電規(guī)劃及工程項目管理、配電生產(chǎn)管理、配電營銷管理的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，構(gòu)建配電業(yè)務(wù)中心。

3 算 例

截至2013年，D縣城有110 kV變電站2座，主變壓器4臺，主變壓器容量194.5 MVA，容載比為3.47。其中，1座變電站不能滿足主變壓器N-1校驗。針對中低壓配電網(wǎng)，現(xiàn)有10 kV公用線路16條， 1條重載線路，6條線路不能通過線路N-1校驗。

運(yùn)用所提方法對該縣城進(jìn)行規(guī)劃，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測可知：至2018年，負(fù)荷128.50 MW，至2030年，負(fù)荷為577.79 MW，如表1所示。

表1 D縣城總電量、負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)

圖3 2018年小區(qū)負(fù)荷密度圖

圖4 遠(yuǎn)景(2030)年小區(qū)負(fù)荷密度圖

結(jié)合負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果，對D縣城進(jìn)行電力平衡分析可知：至2018年，需新建110 kV變電站1座，共有110 kV變電站3座，容量352 MVA。至2030年，需新建110 kV變電站5座，共有110 kV變電站7座，容量1 284 MVA。其中，每座變電站的容量規(guī)劃都采用“具體問題具體分析”的方法，與當(dāng)?shù)毓╇姴块T協(xié)商確定變電站的位置及容量。

至2018年，D縣城共有公用線路32條，新建線路12條，共新建及改造電纜0.35 km，新建及改造架空線83.67 km，新建柱上開關(guān)52臺，新建開閉所2座。至2018年，110 kV電網(wǎng)容載比為2.05；至2030年，110 kV電網(wǎng)容載比為2.04。

2014—2018年D縣城中壓配電網(wǎng)總投資為2 810.02萬元，其中，電纜投資26.20萬元，架空投資2 175.42萬元，開閉所投資400萬元，柱上開關(guān)投資208萬元。

圖5 2018年中壓地理接線圖

圖6 遠(yuǎn)景(2030)年中壓地理接線圖

最后進(jìn)行規(guī)劃方案評估。

供電能力評估：110 kV電網(wǎng)變電容載比達(dá)到2.04，能夠滿足供電要求且具有一定裕量；城區(qū)10 kV線路平均負(fù)載率由58.63%降低到53.67%，全網(wǎng)基本上能實現(xiàn)轉(zhuǎn)帶負(fù)荷。

電網(wǎng)可靠性評估：至2018年，該地區(qū)中壓配電網(wǎng)供電可靠性可達(dá)99.934%，滿足規(guī)劃技術(shù)原則要求； 10 kV線路均滿足N-1校驗。

線損評估：至2018年，全網(wǎng)理論綜合線損率為5.28%，滿足相關(guān)要求。從評估結(jié)果可見，規(guī)劃方案合理，能夠滿足電網(wǎng)發(fā)展的需要。

需注意的是，若評估結(jié)果不能滿足規(guī)劃要求，則需對規(guī)劃方案進(jìn)行修正，直至找到滿意的規(guī)劃方案。

4 結(jié) 論

介紹了一種實用的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，即人工擬定方案，再加上計算機(jī)輔助。先做現(xiàn)狀電網(wǎng)分析，找出電網(wǎng)存在的問題及薄弱環(huán)節(jié)；進(jìn)行縣城負(fù)荷預(yù)測，并進(jìn)行電力平衡的計算；由現(xiàn)狀電網(wǎng)分析和電力平衡的結(jié)果，進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃，確定最佳方案。借助重慶星能電氣有限公司的《供電網(wǎng)計算分析及輔助決策軟件》，提高了規(guī)劃效率，也使網(wǎng)架規(guī)劃和分析變得很方便。

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