一軸多線式堅強智能配電網結構研究

苗培青

（山東電力研究院，山東 濟南 250002）

1 問題的提出

配電網直接面向用戶，其可靠性、經濟性和傳輸電能質量非常重要。而受投資和重視程度影響，配電線路多由用戶發展順序搭接而成，是自然的而非規劃指導下形成，由于建設主體不同且所連接用戶容量不同造成線路線徑不同、資源利用不充分，因建設時間不同和投資效益影響難免造成線路迂回，主、支線不分，線損高，因線路資產單位不同給運行維護與管理帶來困難，因缺少分段與拉手造成停電面擴大、可靠性降低。兩網改造雖進行了資產類整合與線路拉直與擴徑增供式改造，也引進和試點了配電自動化，但因缺乏統一、規范的配網結構規劃，問題未能得到根本解決。隨著經濟發展，用戶及負荷的增加，使固有問題再度發生。同時現代工業與社會對供電可靠性和電能質量要求的提高，催生了堅強智能配電網建設。

2 配電網結構設計

2.1 配電網結構范圍

網絡問題是一個系統工程，解決10 kV配網問題不僅要考慮10 kV，還要對上一級電網的配置與接線和下一級電網的供給方式做綜合考量。因此10 kV配網研究的范圍應包括110（35）kV線路接線、110（35）kV變電站布點、10 kV配網組網結構、400 V用戶接入方式等內容。

2.2 110（35）kV線路接線形式

隨著輸電網的堅強，打開了110 kV電網的電磁環網結構，形成了較多使用的“三線兩站為主、兩線兩站為輔”的網絡結構形式，此方式可較好地解決220 kV和110 kV電網的保護配合問題，特別是10 kV配網有源狀態時的保護配合。

2.3 110（35）kV變電站布點原則

變電站布點間距應綜合考慮變電站供電范圍內的負荷密度、電壓質量、變電站配出線路數量及變電容量、供電區域特點等因素，實用中一般按《城市中低壓配電網改造技術導則》規定，城區不超過2 km、農村不超過5 km的單位圓布點，以滿足10 kV供電半徑不超標。

2.4 10 kV配網結構

結構原則。公用線路供電范圍明確、線間無交叉、線路無大分支線、線徑與供電區域飽和負荷密度相適應；公用線路布置與城市建設相協調、便于運行維護和事故處理；線路便于用戶業擴發展和新布點變電站的配出改造分割。

配電線路接線設計。線路分公用線與專線，專線直供點負荷，公用線路布置形式兼顧城市大多以方格形道路為主的實際，采取“一軸多線”的接線方式，即：在布點變電站單位園內取一順道路方便出線的徑向為軸，沿此軸向安負荷矩及城市建設分區規劃情況分N-1份，在各分點垂直軸向配（射）出N條支線，變電站沿此軸向配出N條線路接入雙向配出的支線，使用戶就近接入。2 km單位圓供電的1軸多線的各線路的供電半徑分別長2 km、2+4/（N-1）km、2+2×4/（N-1）km、……，最長支線4 km。此布置形式是唯一無交叉、迂回的方式。一軸九線結構見圖1。

圖1 “一軸九線”配網結構設計方案

公用線路分段數設計。以有利于提高供電可靠性和方便配網經濟運行、降低線損為主，一般采取雙向三分段三開關方式，分段點根據線上用戶數和用戶分布情況設計。

10 kV配電線間連線構網設計。線間聯絡考慮配網本體可靠性大都在99%以上，需聯網轉移負荷次數不多，而常規轉移負荷時間不超過4 h，本接線方式轉移負荷量為本線負荷量的1/2～1/4，當線路按經濟電流密度選型時不超過長期允許負荷，且接線復雜易造成施工困難、提升造價，反而使正常操作和事故恢復處理慢，鑒此以雙向雙聯絡單開關（兩兩拉手）為宜，不考慮多線聯絡；軸間聯絡是在新站初期負荷小、單變壓器時和負荷飽和期或變電站設備壽命后期，為保重要負荷可由軸向與相鄰站配電線路的軸向線進行聯絡，形成軸向雙向雙聯絡單開關（也是兩兩拉手），此時最多可設計4個聯絡開關接帶站母線的專線用戶供電。“一軸九線”標準網架分段聯絡開關配置方案見圖2。

圖2 “一軸九線”配網分段與聯絡開關配置方案

2.5 10 kV/400 V配變接入方式

采用所有配電負荷就近接入“一軸多線”主線的方式，實現無分支線的接線，引下線最長2/（N-1）+到T接點距離，即無轉接配變的分支線、只有自主線的10 kV下戶線。

2.6 配電網改造與發展預留

配電網雖電壓低但變化頻繁，用戶業擴接入、經濟發展致使變電站過負荷而增加布點、城市建設要求線路遷移等等都會對配網造成頻繁改造，建設的配網必須適應這種變化，本接線對業擴發展采用直接接入方式，對新布點站配出預設計采用軸向區域切入或線向分段切入方式可滿足要求，受篇幅限制不作詳述。

3 配網網架供電能力及負荷轉移能力分析

3.1 供電能力評價

1）配電線路負載率

式中：K線路為某條線路的負載率；I實際為該條線路的運行實際電流；I額定為該條線路的額定電流。

2）配電線路與配變傳輸容量比

式中：∑SN該為線路配變容量之和；Ie為該線路額定電流；Kx-p為用戶配變容量與線路傳載能力比。

Kx-p過大表示線路有可能過載，Kx-p過小表示線路冗余大，一般為2～3。

3）變電站容載比

式中：K變電為容載比；S最大為該變電站的最大負荷；Se∑為該變電站的主變容量。

容載比是反映城網供電能力的重要技術經濟指標之一。容載比過大，電網建設早期投資增大；容載比過小，電網適應性差，影響供電。按《城市電力網規劃設計導則》，35～110 kV電網容載比一般為1.8～2.1，如所有變電站均為兩臺主變時，容載比可按K=2.45～2.76取值。

4）變配電容量傳輸比

式中：SNP為該站所有配電容量之和；SZb為該站主變容量之和。 K變-配為變配電容量傳輸比，K變-配過小表示新站投運初期變電容量冗余大，K變-配過大表示變壓器過載。

3.2 轉移負荷能力校驗分析

1）配電線路負荷轉移能力

式中：I額定為線路導線額定電流；I允許為線路導線最大允許電流；K線路為線路轉移負荷系數，K線路＞1表示線路負荷轉移受限。

2）配電線路線段負荷轉移能力

式中：I額定為線路導線額定電流；I允許為線路導線最大允許電流；K線段為線段轉移負荷系數，K線段＞1表示線路線段負荷轉移受限。

3）變電站單臺變失電校驗

變電站單變失電一般在設計變電容量時考慮，僅當另一臺變壓器能力受限時才校驗，而如果（4）滿足要求則不需校驗。

4）變電站失電校驗

主要目的考察下一級網絡轉供能力，即當整座變電站失電時，通過下一級網能轉帶的負荷的多少。此時相鄰線路按導線長期允許過流取代額定電流，軸向聯絡供母線轉供變電站點負荷，線向聯絡供公用線進行具體校驗。

4 結論

本文分析了傳統配電網形成的機理與弊病，提出了適應智能配網建設要求的一軸多線配網典型接線方式，該方式既滿足配電線路供電范圍清晰、線間不交叉、路經最優化，又規范了接線方式、分段和聯絡開關的設置，還方便與城市建設匹配、便于實施操作，是一個較優化、規范、統一、經濟、可靠、易施行的配網結構，對智能配網自識別、自組織功能有很好的基礎，同時此典型結構模式對側重配網發展也將起到積極的促進作用。