建設20kV綠色配電網(wǎng) 打造橫琴智能生態(tài)島

為助力珠海市橫琴島的規(guī)劃發(fā)展，迎合國家多功能“自貿(mào)區(qū)”的發(fā)展需求，開啟“智能島”的先進示范效應，從擴大輸電量、節(jié)約資源、減少損耗、低碳環(huán)保等多方面考慮，滿足未來發(fā)展的需求，打造“智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)”作為示范建設項目的核心理念，成為我國智能電網(wǎng)建設的名片，珠海供電局從2012年就開始謀劃對橫琴進行20kV電壓等級全面改造。整個橫琴島區(qū)域規(guī)劃采用220千伏直降20千伏電壓等級的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過3年20千伏配電網(wǎng)建設的實踐，于2016年全面完成橫琴島20kV升壓改造，成為全國首家完全由20kV供電的智能電網(wǎng)。

一、橫琴島概況

橫琴島位于廣東省珠海市，面積約106．46平方公里，毗鄰港澳，與澳門一河相通，處于“一國兩制”的交匯點和“內(nèi)外輻射”的結(jié)合部。經(jīng)國務院批準，當?shù)刂铝Υ蛟斐蔀檫B通港澳、區(qū)域共建的“開放島”，經(jīng)濟繁榮、宜居宜業(yè)的“活力島”，知識密集、信息發(fā)達的“智能島”，資源節(jié)約、環(huán)境友好的“生態(tài)島”。在升壓改造前，橫琴島全部采用10kV電壓等級供電，共存在公用線路10回，專用線路7回。

二、配電網(wǎng)改造

1.確定電壓等級

為了打造節(jié)能環(huán)保的綠色電網(wǎng)，珠海供電局明確總體技術(shù)路線，決定將橫琴島原10kV中壓配電網(wǎng)全面升級改造為20kV電壓等級。將中壓配電電壓等級提高至20kV后，一方面能夠提高線路的輸送容量，增加高壓變電站容量，從而節(jié)約線路走廊和站點，有利于解決負荷密度較高、大容量用戶較多的城市中心區(qū)線路走廊和站點資源受限、變電站出線困難的問題；另一方面可以降低線路電壓損失，提高電壓質(zhì)量，增大供電距離，有利于解決低負荷密度區(qū)需要遠距離供電的問題。不僅如此，20kV電壓等級還可以減少變電站GIS間隔、主變壓器和中置柜的數(shù)量以及各變電站所的電纜、橋架和安裝費用，大大節(jié)省變電站用地和土建成本。同時，與傳統(tǒng)的220/110/10kV模式相比，220/20kV模式除了節(jié)約用地，還可進一步減少電力在輸送過程中的損耗，并節(jié)約電網(wǎng)建設投資，是一種綠色環(huán)保的新型配電網(wǎng)。

圖1 分層配網(wǎng)拓撲模型

2.明確網(wǎng)架原則

為適應高可靠性和故障快速自愈的要求并充分發(fā)揮20kV電壓等級優(yōu)勢，橫琴新區(qū)20kV配網(wǎng)按“雙鏈環(huán)主干配接線模式”的高可靠先進配電網(wǎng)建設（見圖1），網(wǎng)架可實現(xiàn)負荷層故障快速切除、主干和支線層故障快速隔離并實現(xiàn)區(qū)域自愈。

（1）橫琴新區(qū)全區(qū)配網(wǎng)供電范圍以20kV網(wǎng)格狀主干網(wǎng)絡覆蓋，每條主干由兩個不同變電站的兩條不同20kV母線各出一回饋線形成雙回手拉手接線，每條主干上布置2-3個主干配電房（或稱開閉所，以下簡稱“主干配”），中間設置開環(huán)點開環(huán)運行。主干配進出線按斷路器+保護測控一體化自動化終端配置。

（2）主干配不同電源點的分支線在主干網(wǎng)格內(nèi)形成開環(huán)的支線環(huán)網(wǎng)，支線環(huán)網(wǎng)上按支線載流量設置一定數(shù)量的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜（以下簡稱“次干配”），為網(wǎng)格內(nèi)公用負荷和小容量專線負荷提供接入點。網(wǎng)格內(nèi)不同的支線環(huán)網(wǎng)建立常開聯(lián)絡線。“次干配”的進出線也按照斷路器+保護測控一體化智能終端配置。

3.實施改造方案

制定《橫琴新區(qū)配電網(wǎng)升壓改造建設方案》（簡稱“方案”），明確改造的目標要求、反映10kV配網(wǎng)現(xiàn)狀、制定20kV規(guī)劃建設原則、體現(xiàn)升壓改造思路及配套政策、落實改造進度計劃等，指導橫琴新區(qū)升壓改造，確保各項工作有序開展;制定配網(wǎng)升壓改造工作任務表，對各項工作按周進行跟蹤和督促；編制升壓改造工程項目里程碑進度計劃表，并監(jiān)控進度計劃表的執(zhí)行情況；制定20kV專線、專變用戶升壓改造工作里程碑進度跟蹤表，并督促客戶按計劃開展自有配網(wǎng)設備的升壓改造相關(guān)工作。截至2016年5月，已累計完成606公里20kV線路、4835個低壓用戶、298戶專變用戶（專用變電壓用戶）的全面升壓改造工作，原10kV配電網(wǎng)已全部退出運行。

三、新技術(shù)應用

1. 建設饋線自動化

主干配、次干配上的保護測控一體化智能終端采用光纖通訊方式，具備三遙及保護功能，滿足IEC61850技術(shù)標準，可通過自組網(wǎng)方式實現(xiàn)故障點定位、隔離和非故障段自愈，并向配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)上送運行數(shù)據(jù)。

變電站饋線開關(guān)配置速斷、過流、零序保護，通過保護延時，與主干配出線斷路器配合，實現(xiàn)保護的選擇性。干配進、出線開關(guān)可組成網(wǎng)絡拓撲保護，實現(xiàn)主干線路故障瞬時切除與區(qū)域自愈。主干配、次干配支線配置速斷、過流、零序保護，定值與變電站饋線開關(guān)形成三級配合，故障時由本支線出線斷路器先上級開關(guān)跳閘，不影響其他非故障支線供電。

2.研發(fā)基于GOOSE的網(wǎng)絡拓撲保護

以具備環(huán)網(wǎng)協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為通信方式，建設集配電網(wǎng)所需的保護、測量、控制、通信管理、電源管理等實用功能于一體的“保測控信”一體化配網(wǎng)終端。線路上的各個節(jié)點之間借助工業(yè)以太網(wǎng)，通過GOOSE協(xié)議互相傳遞數(shù)據(jù)。各節(jié)點僅需與相鄰節(jié)點交互數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了更實用的故障毫秒級定位、隔離及秒級恢復。其中保護功能包括過流保護、網(wǎng)絡拓撲保護、網(wǎng)絡化差動保護、簡易母線保護、失靈保護、就地備自投（站內(nèi)恢復），區(qū)域備自投（區(qū)域恢復）。配網(wǎng)終端裝置之間可基于GOOSE實現(xiàn)對等通信，根據(jù)需要配置上述各類保護功能，實現(xiàn)更快、更實用的故障定位、隔離及秒級恢復。基于GOOSE的網(wǎng)絡拓撲保護試點研發(fā)成功，為下一步橫琴島全面實現(xiàn)故障快速自愈明確了方向，探索了路線。

圖 配網(wǎng)自動化保護與自愈配置原則

3. 建設通信網(wǎng)絡設施

在橫琴新區(qū)采用“光纖通信為主，無線通信技術(shù)為輔”的通信方式。在配電網(wǎng)建設時同步建成光纖通信主干網(wǎng)絡，覆蓋至次干配支線開關(guān)；對原有1800MHz頻段TDLTE電力4G無線專網(wǎng)擴展230MHz頻段應用并完善基站布點，實現(xiàn)移動運維與搶修用戶、低壓智能用電與分布式新能源終端的靈活接入。20kV 通信網(wǎng)絡建設在配電網(wǎng)主干線路上的開關(guān)站、配電房等節(jié)點之間隨20kV電纜線路在綜合管溝、電力管溝內(nèi)均同期敷設36 芯或24芯管道光纜；次干配節(jié)點之間敷設24芯或12芯管道光纜。

采用工業(yè)以太網(wǎng)為20kV 智能配電網(wǎng)、分布式能源監(jiān)控、在線監(jiān)測等業(yè)務提供數(shù)據(jù)通道。其中重要的配電網(wǎng)主干線節(jié)點、智能營業(yè)廳、公交充電站、換電站作為20kV 通信網(wǎng)絡的匯聚節(jié)點利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進行組網(wǎng)，采用 TDLTE 第四代無線通信網(wǎng)絡技術(shù)。為健全珠海局4G無線專網(wǎng)，在現(xiàn)有1800MHz頻段TD-LTE電力4G無線專網(wǎng)基礎上開展230MHz頻段擴展并完善基站布點，實現(xiàn)橫琴新區(qū)無線信號覆蓋。無線通信基站通過珠海局傳輸或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與局核心站進行通信。基站建在變電站、營業(yè)網(wǎng)點等電網(wǎng)自有物業(yè)樓頂?shù)炔煌瑘鼍斑M行部署。

4 . 推進儲能項目

配電網(wǎng)擔負著電能的配送任務，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電能傳送是單向的，隨著分布式電源大量接入，配電網(wǎng)的電能可能出現(xiàn)雙向流動。由于分布式電源具有隨機性和間歇性的特點，增加了配電網(wǎng)運行控制的難度。為了加強對配電網(wǎng)中分布式電源、微網(wǎng)、柔性負荷的調(diào)控能力，結(jié)合橫琴地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)實狀況，從能源傳輸和配送層面建設可觀可控的含儲能交直流混合配電網(wǎng)，實現(xiàn)分布式能源的充分消納。

在充分調(diào)研分析橫琴新區(qū)電力系統(tǒng)技術(shù)需求的基礎上，開展面向電網(wǎng)應用的經(jīng)濟、環(huán)保、高效先進儲能系統(tǒng)及含儲能的新型直流配用電靈活雙向配用電系統(tǒng)建設，支持分布式、可再生能源接入，支持電動汽車推廣，適應市場化電力體制改革，實現(xiàn)電能雙向互動，有效提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟性、可靠性、控制靈活性，提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量。建設兼容交流配電系統(tǒng)的中壓20kV直流配電網(wǎng)絡，配置換流器，敷設電纜，實現(xiàn)多交流電源地相互備用和隔離。建設分布式新能源、電動汽車和電力負荷供電接口；部署含儲能及新能源的配用電系統(tǒng)的多維狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，部署基于固態(tài)能量變換器技術(shù)的大容量儲能系統(tǒng)能量變換系統(tǒng)，建設含儲能的配用電系統(tǒng)控制系統(tǒng)、故障保護系統(tǒng)。

珠海供電局將持續(xù)貫徹國務院實施《橫琴總體發(fā)展規(guī)劃》的要求，把橫琴新區(qū)的電力建設在滿足可靠性基礎上，滿足未來發(fā)展的需求，把“實事求是、積極穩(wěn)妥地推進智能電網(wǎng)建設，打造智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)”作為示范建設項目的核心理念，確保橫琴新區(qū)實現(xiàn)“開放島”、“活力島”、“智能島”和“生態(tài)島”的發(fā)展目標。