10kV線(xiàn)路目標(biāo)網(wǎng)架的分析與選取

王文強(qiáng)

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司 福建福州 350108)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型的用電負(fù)荷不斷增加，負(fù)荷密度逐步增大，對(duì)于供電可靠性提出更高的要求，配電網(wǎng)的線(xiàn)路數(shù)量逐步增多，線(xiàn)路存在交叉、迂回、雜亂、供電范圍重疊、用電負(fù)荷分布不均等現(xiàn)象。為使配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)網(wǎng)架，同時(shí)做好新建配電網(wǎng)線(xiàn)路走廊與市政規(guī)劃部門(mén)的銜接，全國(guó)各地也在不斷開(kāi)展配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃。網(wǎng)格化規(guī)劃方法是解決城市配電網(wǎng)由于缺乏面向遠(yuǎn)景的持續(xù)和一貫的目標(biāo)網(wǎng)架及其過(guò)渡過(guò)程而導(dǎo)致線(xiàn)路接線(xiàn)混亂、無(wú)序、聯(lián)絡(luò)復(fù)雜等問(wèn)題的有效技術(shù)手段[1]。而目標(biāo)網(wǎng)架是網(wǎng)格化規(guī)劃指導(dǎo)實(shí)踐的一個(gè)重要步驟，能夠有效避免配電網(wǎng)重復(fù)改造，為實(shí)際網(wǎng)架提供一個(gè)明確的建設(shè)方向。因此，目標(biāo)網(wǎng)架的選取，將影響著供電可靠性、線(xiàn)路線(xiàn)損、電能質(zhì)量、智能配網(wǎng)的發(fā)展以及道路走廊預(yù)留情況。本文主要通過(guò)分析架空網(wǎng)和電纜網(wǎng)的幾種網(wǎng)架接線(xiàn)形式的供電能力，進(jìn)而依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)架的選取。

1 電纜線(xiàn)路接線(xiàn)形式分析

在10kV開(kāi)關(guān)站典型設(shè)計(jì)的電氣主接線(xiàn)有兩種，分別是單母線(xiàn)分段接線(xiàn)和單母線(xiàn)三分段接線(xiàn)；10kV環(huán)網(wǎng)柜典型設(shè)計(jì)的電氣主接線(xiàn)只有一種，采用單母線(xiàn)接線(xiàn)[2]。在供電區(qū)域類(lèi)型為A+、A、B、C的情況下，其供電安全準(zhǔn)則應(yīng)滿(mǎn)足N-1，D類(lèi)供電區(qū)域其供電安全準(zhǔn)則宜滿(mǎn)足N-1[3]。在基于上述開(kāi)關(guān)站和環(huán)網(wǎng)柜電氣主接線(xiàn)的形式以及滿(mǎn)足N-1的原則情況，本文分析幾種常見(jiàn)的電纜網(wǎng)架接線(xiàn)形式。

1.1 單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)

圖1為單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，其中“HA-”符號(hào)的設(shè)備表示環(huán)網(wǎng)柜、綠色線(xiàn)路表示聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路、10kV進(jìn)線(xiàn)是引自不同電源線(xiàn)路。對(duì)于組負(fù)荷小于等于2MW時(shí)，其恢復(fù)供電時(shí)間僅需在維修完成后即可。因此，一組單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)一般設(shè)置4～6個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷均小于等于2MW。

圖1 單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)

1.2 雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)

圖2為雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，10kV電源進(jìn)線(xiàn)引自4個(gè)不同電源。在雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)中，線(xiàn)路負(fù)荷盡量均勻分布在各個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜的承載負(fù)荷也必須控制在2MW以?xún)?nèi)，當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，能夠保證其余非故障段負(fù)荷均能夠被聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路轉(zhuǎn)供。但雙環(huán)網(wǎng)并非是兩個(gè)單環(huán)網(wǎng)的疊加，而是在兩個(gè)單環(huán)網(wǎng)適當(dāng)?shù)姆侄挝恢迷O(shè)置幾個(gè)合理的“聯(lián)絡(luò)橋”。因此，此時(shí)該聯(lián)絡(luò)橋不宜再T接負(fù)荷，且在地理位置上應(yīng)盡可能的靠近。兩個(gè)單環(huán)網(wǎng)的路徑不在同一道路上，靠近用戶(hù)側(cè)，能夠深入負(fù)荷中心，方便負(fù)荷T接，提高供電質(zhì)量。

1.3 雙電源輻射開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

圖3為雙電源輻射開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)，其中“KB-”符號(hào)的設(shè)備表示為開(kāi)關(guān)站。此時(shí)開(kāi)關(guān)站做為終端站使用，兩段母線(xiàn)通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)構(gòu)成電氣連接。

圖3 雙電源輻射開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

1.4 2供1備接線(xiàn)

圖4為2供1備接線(xiàn)，該接線(xiàn)形式是在雙電源輻射開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)形式基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成。N供1備接線(xiàn)中N值一般取2或3。

圖4 2供1備接線(xiàn)

1.5 雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

圖5為雙并雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，兩端開(kāi)關(guān)站的每一回進(jìn)線(xiàn)均采用2回3×400截面電纜。分兩種情況討論：①KB-2開(kāi)關(guān)站母聯(lián)無(wú)法轉(zhuǎn)供或不設(shè)置母聯(lián)開(kāi)關(guān)。此時(shí)，A1-Ⅱ和B2-Ⅱ線(xiàn)路負(fù)載率是100%，假設(shè)故障點(diǎn)位于A1線(xiàn)變電站出站段，則原A1線(xiàn)上負(fù)荷均能夠由其他線(xiàn)路完成轉(zhuǎn)供。②KB-2開(kāi)關(guān)站母聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供。此時(shí)，A1-Ⅱ和B2-Ⅱ線(xiàn)路負(fù)載率是50%。相比于兩種運(yùn)行方式，線(xiàn)路所能承載的最大負(fù)荷第一種較多，轉(zhuǎn)供能力方面兩者相同。

圖5 雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)(一)

1.6 雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

圖6為雙并雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，此時(shí)兩端開(kāi)關(guān)站的每一回進(jìn)線(xiàn)均采用2回3×400截面電纜。為滿(mǎn)足KB-2、KB-3開(kāi)關(guān)站實(shí)現(xiàn)站內(nèi)或站間聯(lián)絡(luò)，此時(shí)A1-Ⅱ、A2-Ⅱ、B1-Ⅱ、B2-Ⅱ線(xiàn)路負(fù)載率是50%。

圖6 雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)(二)

1.7 雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

圖7 雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)

圖7為雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)。若將上述兩種雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)的10kV線(xiàn)路換成單回3×300截面電纜，則可構(gòu)成兩種雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)，此時(shí)，由于電纜數(shù)量和截面減少，一組網(wǎng)架所能承載最大負(fù)荷也相應(yīng)減少，原本的中間開(kāi)關(guān)站可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整為環(huán)網(wǎng)柜或者是架空線(xiàn)路。需要注意的是：本組接線(xiàn)線(xiàn)上的開(kāi)關(guān)站與環(huán)網(wǎng)柜順序不能調(diào)換以免線(xiàn)路首段故障，故障線(xiàn)路非故障段無(wú)法完全被轉(zhuǎn)供。

1.8 各組接線(xiàn)形式供電能力分析

在滿(mǎn)足10kV線(xiàn)路N-1通過(guò)的前提下，對(duì)上述幾組接線(xiàn)形式進(jìn)行供電能力分析，如表1所示。根據(jù)表1可知：各組網(wǎng)架的設(shè)備利用率最低的接線(xiàn)形式是單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)和雙電源輻射開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)，兩種接線(xiàn)形式的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)都只有一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)利用率較低，但是故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電最容易實(shí)現(xiàn)。2供1備接線(xiàn)網(wǎng)架的設(shè)備利用率是66.67%，導(dǎo)線(xiàn)利用率較高，故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電也較容易實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際線(xiàn)路運(yùn)行中，運(yùn)行線(xiàn)路負(fù)荷長(zhǎng)期處于較高的負(fù)載率，僅適用于進(jìn)出線(xiàn)通道受限、負(fù)荷增長(zhǎng)較為明確的地方，局限性強(qiáng)。3種雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)中，各組網(wǎng)架的設(shè)備利用率均是75%，導(dǎo)線(xiàn)利用率較高，相比于前面三種接線(xiàn)，其故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電也相對(duì)較為復(fù)雜。雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)中，一組網(wǎng)架的設(shè)備利用率是75%，導(dǎo)線(xiàn)利用率較高，在表1中其故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電最為復(fù)雜。

兩種雙并雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)分析：從兩種接線(xiàn)形式來(lái)看，僅相差一座開(kāi)關(guān)站；從各回線(xiàn)路負(fù)載率的使用情況來(lái)看，雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)有兩回進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)路負(fù)載率允許達(dá)到100%、另外兩回進(jìn)線(xiàn)允許達(dá)到50%，而雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)四回進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)路負(fù)載率允許達(dá)到75%；從下級(jí)開(kāi)關(guān)站10kV電源進(jìn)線(xiàn)來(lái)看，雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)中的進(jìn)線(xiàn)負(fù)載率有兩種可能，而雙并雙環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站接線(xiàn)中的進(jìn)線(xiàn)負(fù)載率為50%。上述兩種接線(xiàn)形式可以根據(jù)實(shí)際情況合理選擇使用。

表1 電纜線(xiàn)路接線(xiàn)形式分析

注：網(wǎng)架設(shè)備利用率是指在滿(mǎn)足N-1的前提下，該組網(wǎng)架所能承載的最大負(fù)荷與所有主干回路允許最大負(fù)荷之和的比值。

故障點(diǎn)位于變電站出站段的10kV電纜線(xiàn)路。

2 架空線(xiàn)路接線(xiàn)形式及分析

在現(xiàn)有規(guī)范中，架空線(xiàn)路的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)接線(xiàn)方式采用多分段適度聯(lián)絡(luò)，但未明確提出具體接線(xiàn)形式。本文基于架空線(xiàn)路各段負(fù)荷均勻分布的前提，分析幾種架空線(xiàn)路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.1 單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)

圖8為單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)，其中QF為開(kāi)關(guān)，空心表示聯(lián)絡(luò)，實(shí)心表示分段，圓圈表示桿塔。10kV線(xiàn)路上負(fù)荷均勻分布，各段線(xiàn)路的最大負(fù)荷不允許超過(guò)2MW，以便于線(xiàn)路故障時(shí)，縮小停電范圍。

圖8 單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)

2.2 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)

圖9為兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式。對(duì)于任意一回線(xiàn)路均是三分段兩聯(lián)絡(luò)，且聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位于不同段內(nèi)，線(xiàn)路故障時(shí)能迅速通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電。

圖9 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)(一)

2.3 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)

圖10為兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式。從接線(xiàn)形式中可以得知，只有A1線(xiàn)屬于兩聯(lián)絡(luò)，若其他兩回線(xiàn)路也仿照A1線(xiàn)路做聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)，則會(huì)構(gòu)成一個(gè)龐大的聯(lián)絡(luò)組，造成聯(lián)絡(luò)復(fù)雜、網(wǎng)架不清晰、倒閘操作難度大，同時(shí)不便于管理及發(fā)展自動(dòng)化。

圖10 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)(二)

2.4 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)

圖11為兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式。從接線(xiàn)形式中可以得知，兩個(gè)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)均位于同一地方，其實(shí)際作用與單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式作用相同。

圖11 兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)(三)

2.5 各組接線(xiàn)形式供電能力分析

在滿(mǎn)足10kV線(xiàn)路N-1通過(guò)率的前提下，分析上述幾組接線(xiàn)形式進(jìn)行供電能力，如表2所示。從表2中可以得知：各組網(wǎng)架的設(shè)備利用率最低的接線(xiàn)形式是單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)和兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式，導(dǎo)線(xiàn)利用率較低，故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電容易實(shí)現(xiàn)。兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式，雖然聯(lián)絡(luò)點(diǎn)不同，但實(shí)際線(xiàn)路允許使用的負(fù)載率也都是50%，與理論上的兩聯(lián)絡(luò)所允許的負(fù)載率66.67%不同，其因主要是特定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)供通道有限制。因此，若考慮一組網(wǎng)架內(nèi)所有線(xiàn)路均能通過(guò)線(xiàn)路N-1，只能降低線(xiàn)路負(fù)載率。兩聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)形式中，一組網(wǎng)架的設(shè)備利用率是75%，導(dǎo)線(xiàn)利用率較高，相比于前面兩種接線(xiàn)形式，其故障線(xiàn)路非故障段恢復(fù)供電最為復(fù)雜。

3 目標(biāo)網(wǎng)架接線(xiàn)的選取及應(yīng)用

綜上，可知，成組網(wǎng)架的設(shè)備利用率在50%～75%，線(xiàn)路負(fù)載率在50%～100%；不同類(lèi)型的網(wǎng)架接線(xiàn)對(duì)于線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)截面也不同。如新市鎮(zhèn)，其不同的發(fā)展定位可分為商住型、工業(yè)型和工業(yè)商住混合型三類(lèi)[4]，那么，根據(jù)不同的負(fù)荷類(lèi)型選擇對(duì)應(yīng)的目標(biāo)網(wǎng)架接線(xiàn)(表3)。

表2 架空線(xiàn)路接線(xiàn)形式分析

注：①網(wǎng)架設(shè)備利用率是指在滿(mǎn)足N-1的前提下，該組網(wǎng)架所能承載的最大負(fù)荷與所有主干回路允許最大負(fù)荷之和的比值。

故障點(diǎn)位于變電站出站段的10kV電纜線(xiàn)路。

②電纜線(xiàn)路載流量依據(jù)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50217-2007)；架空線(xiàn)路載流量依據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》。

表3 推薦不同類(lèi)型的目標(biāo)網(wǎng)架接線(xiàn)形式

4 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)中壓目標(biāo)網(wǎng)架的選取，對(duì)于配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型的網(wǎng)架接線(xiàn)形式進(jìn)行供電能力分析比較，在滿(mǎn)足10kV線(xiàn)路N-1的前提下，提出不同的負(fù)荷類(lèi)型采用不同的接線(xiàn)形式，以滿(mǎn)足各類(lèi)負(fù)荷對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量的要求，對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃中壓目標(biāo)網(wǎng)架的選取提供參考。