一種適用于城市中心區的110 kV電網結構

曹增功 ，孫 偉 ，張友泉 ，鄭志杰 ，賈善杰 ，張曉磊 ，杜 鵬

（1.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250001）

0 引言

城市電網是電力系統的重要組成部分，又是其主要負荷中心，具有用電量大、負荷密度高、安全可靠和供電質量要求高等特點［1］。城市中心區該特點尤其明顯。為提高供電可靠性，城市中心區的110 kV變電站一般按多臺主變、多條出線建設，當其中一臺變壓器故障或檢修時，其余變壓器可以接帶其負荷；當一條線路故障或檢修時，其余線路可以接帶其負荷，滿足“N－1”要求。

然而隨著社會和經濟的發展，城市中心區土地價格持續攀升，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、多進線110 kV變電站的地塊成為擺在電網規劃、前期人員的一道難題。

如何既能滿足城市中心區電力負荷增長的需求，滿足其高可靠性的要求，又能保證工程實施的可行性和經濟性，還要減少正常運行方式下中壓供電半徑，滿足事故或檢修狀態下的負荷轉移，已成為城市電網規劃工作中亟需解決的一項突出矛盾。

1 常用的110 kV變電站設計數據

目前，在城市中心區常用的幾種全戶內變電站設計數據如表 1 所示［2］。

表1中占地面積最小的是方案一，占地4.05畝，該方案遠景規劃2臺主變，采用GIS設備，110 kV內橋接線，全戶內布置，在技術上已基本無手段可以優化占地面積。

目前，在北京、上海等大城市的核心區建設了部分地下變電站，節省了地上占地面積，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）必須結合城市廣場、地下綜合體等建設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變電站設計數據

2 常用的110 kV網絡結構

目前，國內城市中心區常用的110 kV網絡結構如圖 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種電網結構體現的城市電網規劃思想為通過加強110 kV網絡結構從而提高電網供電可靠性。

目前關于電力系統可靠性的研究文獻多數是對電力系統中某一電壓等級進行分析［4-5］。然而，一個電力系統的供電可靠性問題是一個全局性、系統性、整體性的問題，應以系統的觀點，從全局出發，充分發揮各電壓等級網絡的作用，特別是中壓電網“網”的作用，提高對用戶供電安全性、經濟性和可靠性。

以 220 kV、110 kV、10 kV、380/220 V 電壓序列為例，從上下級電網的協調性和整體經濟性出發，一般可按照“強－簡－強”或“簡－強－強”的原則，來構建220 kV電網、110 kV電網和中壓配電網。就目前來看，220 kV電網結構一般較為堅強，因此110 kV電網一般應采用較為簡明的結構；而這樣一個前提條件是中壓電網應形成“極強”的網狀結構，可選擇合適的線路分列運行，并完善與周邊供電區域的聯絡，以形成對上級電源的支撐能力。

3 一種適用于城市中心區的110kV電網結構

為滿足城市中心區電力負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濟性，提出一種適用于城市中心區的110 kV電網結構，如圖7所示，其主要實施前提和基礎為：區域內具備堅強的上級電網，中壓配電網具備極強的負荷轉移能力。

圖7 鏈式、輻射混合模式

將110 kV電網設計為鏈式、輻射混合結構，其中鏈式結構中的變電站為具備多臺主變、多條高壓進線的110 kV變電站（一般為現有110 kV變電站，占地面積大），輻射結構中變電站一般為單臺主變、單條進線的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），但這些變壓器應分別在不同的主供電區域，即當該線路故障或檢修停運時，同時停運的變壓器，分布在不同供電區域。

合理劃分供電區域，在同一供電區域中的各變電站間加強中壓電網聯絡（如中壓配電網采用雙環網結構）。當某一臺變壓器或某一條線路檢修或停運時，可以完全通過10 kV網絡將負荷轉移至其它變電站。劃分的供電區域內至少要保證有4臺及以上的來自于上級不同電源的變壓器，以實現正常狀態下變壓器合理的負載率，又能保證事故或檢修狀態下，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域A，乙、丁、己變電站位于供電區域B。甲、丙、戊間負荷可以通過10 kV線路轉帶，乙、丁、己之間負荷可以通過10kV線路轉帶。 這些變電站中，甲、乙一般為普通變電站（多進線、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，當此線路故障或停運時，丙的負荷可以轉移至甲、戊變電站（如圖8所示），丁的負荷可以轉移至乙、己變電站。戊與己變電站同理。

圖8 供電區域A中壓配電網絡結構示意圖

此110 kV電網結構的主要優點。

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

2）在城市中心區減少地下變電站、半地下變電站的使用，節約投資。

4 結語

城市變電站的站址選擇應符合城市規劃的要求。 隨著經濟的發展，城市中心區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。

為滿足城市中心區電力負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濟性，應從全局、系統和整體的觀點出發考慮電網規劃和建設問題。

本文以堅強的上級電網和中壓配電網為基礎，提出一種適用于城市中心區的110 kV電網結構——鏈式、輻射混合結構，合理劃分供電區域，在同一供電區域中加強中壓電網聯絡 （如雙環網結構），當某一臺主變或某一條線路檢修或停運時，可以完全通過中壓網絡將負荷轉移。 該電網結構的主要優點包括：在不降低供電可靠性的前提下，可以采用單主變、單進線變電站；減少城市中心區地下變電站、半地下變電站的使用，節約投資。

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

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

［3］Q/GDW 738—2012 配電網規劃設計技術導則［S］.

［4］趙浩波，弓建新，溫錦紅.城市中壓配電網接線結構的探討［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電網典型接線方式選擇［J］.浙江電力，2010（2）：1-4.