供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

趙雄光，鄭 旭，趙紅生，王 博，方仍存

（國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，隨著經(jīng)濟社會和負(fù)荷的不斷增長，用戶對配電網(wǎng)的供電可靠性的要求也越來越高，為加快推進配電網(wǎng)建設(shè)改造，國家能源局于2015年8月發(fā)布了《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃（2015～2020年》，提出在2015～2020年間，配電網(wǎng)建設(shè)改造投入資金不少于2萬億元。目前配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)遵循的導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)較多，各地區(qū)也根據(jù)不同的地域特點和發(fā)展階段提出了相應(yīng)的技術(shù)原則[1]。但長期以來，我國配電網(wǎng)的供電安全性評價缺乏量化指標(biāo)，難以適應(yīng)配電網(wǎng)精益化發(fā)展的要求[2,3]。

國家電網(wǎng)公司吸收借鑒英國的供電安全標(biāo)準(zhǔn)ER P2/6[4]，結(jié)合我國實際情況，在《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》（Q/GDW 738-2012）中提出了我國的供電安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了不同電壓等級配電網(wǎng)單一元件故障停運后允許損失負(fù)荷的大小及恢復(fù)供電的時間。由于供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法將供區(qū)類型、設(shè)備指標(biāo)、網(wǎng)架指標(biāo)、運行指標(biāo)綜合考慮，評估方法相比于傳統(tǒng)的容載比分析法概念理解較為復(fù)雜，目前在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用研究較少，但與傳統(tǒng)的容載比分析方法相比，在配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法，能加強配電網(wǎng)規(guī)劃的深度，使得配電網(wǎng)診斷分析更加系統(tǒng)、更易于突出電網(wǎng)問題，同時也有效提高了配電網(wǎng)規(guī)劃方案的可操作性。

1 供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法

供電安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同電壓等級配電網(wǎng)單一元件故障停運后允許損失負(fù)荷的大小及恢復(fù)供電的時間。配電網(wǎng)供電安全標(biāo)準(zhǔn)的一般原則為：接入的負(fù)荷規(guī)模越大、停電損失越大，其供電可靠性要求越高、恢復(fù)供電時間要求越短。根據(jù)組負(fù)荷規(guī)模的大小，配電網(wǎng)的供電安全水平可分為三級,如表1所示。

表1 配電網(wǎng)的供電安全水平Tab.1 Power supply safety standards of the distribution network

其中第一級供電安全水平主要適用低壓線路故障、配變故障，或采用特殊安保設(shè)計的中壓線段故障。第二級供電安全水平主要涉及中壓線路故障，A+類供電區(qū)域的故障線路的非故障段須在5 min內(nèi)恢復(fù)供電，A類供電區(qū)域的故障線路的非故障段須在15 min內(nèi)恢復(fù)供電，B、C類供電區(qū)域的故障線路的非故障段應(yīng)在3 h內(nèi)恢復(fù)供電。第三級供電安全水平主要涉及變電站的高壓進線、主變壓器或母線故障，停電范圍僅限于故障變電站所帶的負(fù)荷，A+、A類供電區(qū)域故障變電站所帶的負(fù)荷應(yīng)在15 min內(nèi)恢復(fù)供電，B、C類供電區(qū)域故障變電站所帶的負(fù)荷，其大部分負(fù)荷（不小于三分之二）應(yīng)在15 min內(nèi)恢復(fù)供電，其余負(fù)荷應(yīng)在3 h內(nèi)恢復(fù)供電。

在配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法需首先計算變電站或線路電力元件供電能力，減去實際負(fù)荷后得到缺供電力或供電裕度，如存在缺供電力說明不滿足供電安全標(biāo)準(zhǔn)，反之，說明供電還有裕度。

傳統(tǒng)的供電能力的計算方法是：變電站供電能力=變電容量/容載比。這種方法僅反映變電容量增加導(dǎo)致的供電能力增加，不能反映電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的局限或完善導(dǎo)致的供電能力變化；不能反映下級電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力；不能反映二次系統(tǒng)的差異對供電能力的影響，即一次和二次系統(tǒng)的協(xié)調(diào)；不能反映不同供電區(qū)域不同供電安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。而供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法可將供區(qū)類型、設(shè)備指標(biāo)、網(wǎng)架指標(biāo)、運行指標(biāo)有機結(jié)合，采用一個綜合指標(biāo)評估電網(wǎng)是否滿足要求，使得電網(wǎng)規(guī)劃成果更具科學(xué)性和指導(dǎo)性。目前，在電網(wǎng)規(guī)劃中普遍還是以傳統(tǒng)的容載比為指標(biāo)為主來評估電網(wǎng)的供電能力，本文將對供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用進行探討。

2 供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

以湖北某西部縣域的一個35千伏變電站為例，采用供電安全分析法對該地區(qū)的供電能力進行分析。如圖1所示，該變電站位于C類供區(qū)，有2臺主變，容量構(gòu)成為（10+5）MV·A，主變的電壓變35/10 kV；電源進線2條，為單鏈結(jié)構(gòu)，進線1型號LGJ-240，進線2為LGJ-50。變電站高壓側(cè)為單母線接線，低壓側(cè)主接線為單母分段，母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)為常開。該變電站在當(dāng)前水平年的最大負(fù)荷為12.5 MW，下級電網(wǎng)可轉(zhuǎn)供負(fù)荷為3 MW。

圖1 評估變電站電氣主接線示意圖Fig.1 The main electrical wiring diagram of the evaluated substation

供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法的評估主要分為如下四個步驟。

步驟1計算變電站N-1容量SN-1。首先計算主變N-1容量，再計算進線N-1容量，取兩者小值作為變電站N-1容量。

（1）主變N-1容量SN-1,S

不考慮主變過載能力，最大容量主變停運后變電站所供最大負(fù)荷就等于變電站N-1容量。扣除最大主變?nèi)萘浚?0 MV·A），剩余的變電容量之和為5 MV·A，因此，主變N-1容量為SN-1,S=5×0.95（功率因數(shù)）=4.75(MW)。

（2）進線N-1容量SN-1,L

進線N-1容量為扣除變電站供電能力最大的進線后，剩余進線的供電能力之和。根據(jù)調(diào)度提供的安全電流值，進線1（LGJ-240）的安全電流為610 A，最大供電能力為36.98 MV·A，進線2（LGJ-50）的安全電流為220 A，最大供電能力13.34 MV·A。扣除最大進線供電能力（36.98 MV·A），剩余的進線供電能力之和為13.34 MV·A，因此，進線N-1容量為SN-1,L=13.34×0.95（功率因數(shù)）=12.67 MW。

（3）變電站N-1容量SN-1

變電站N-1容量為該變電站主變N-1容量和進線N-1容量的最小值,其公式為

即變電站N-1容量SN-1為4.75 MW

步驟2計算變電站供電能力S。首先計算變電站N-1后15 min內(nèi)的供電能力S1，再計算3 h內(nèi)的供電能力S2，兩者取小值作為變電站的供電能力。

（1）15 min變電站供電能力S1

15 min允許損失負(fù)荷：A+和A類供區(qū)是0，B和C類供區(qū)是max（12，組負(fù)荷/3），D類允許全部損失。

15 min變電站供電能力為變電站N-1容量與15 min允許損失負(fù)荷之和,即

該變電站組負(fù)荷為12.5 MW，位于C類供區(qū)，C類地區(qū)15 min允許損失的負(fù)荷

因此15 min允許損失負(fù)荷為12 MW。15 min變電站供電能力為4.75+12=16.75(MW)。

（2）3 h變電站供電能力S2

通常情況下，3 h內(nèi)通過人工倒合閘操作能夠完成下級電網(wǎng)的重構(gòu)，因此，下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能在3 h內(nèi)完成。3 h后，A+、A、B、C、D供區(qū)內(nèi)的變電站均不允許損失負(fù)荷。

3 h變電站供電能力為變電站N-1容量與下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力之和,公式如下

該地區(qū)能通過10 kV線路轉(zhuǎn)移到其他變電站的負(fù)荷為3 MW。

因此，該變電站3 h變電站供電能力為4.75+3=7.75(MW)。

（3）變電站供電能力S

變電站供電能力取該變電站15 min變電站供電能力和3 h變電站供電能力的最小值,公式如下

由此可得，該變電站的供電能力為7.75 MW。

步驟3計算變電站缺供電力Pq。變電站缺供電力等于運行負(fù)荷減去供電能力,公式如下

由此可得評估變電站的缺供電力為12.5-7.75=4.75(MW)。

步驟4計算變電站供電裕度Py。變電站供電裕度等于供電能力減去運行負(fù)荷,公式如下

因此該變電站的供電裕度為7.75-12.5=-4.75(MW)。

以上計算表明該變電站已無供電裕度，供電能力也無法滿足當(dāng)?shù)刎?fù)荷需求，隨著當(dāng)?shù)刎?fù)荷的進一步增長，缺供電力將進一步加大。

基于供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法的供電能力提升方案，將變電站的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運行方式、一次和二次系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、下級電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力綜合起來，對變電站或線路的供電能力進行了全面分析。基于供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法，在電網(wǎng)規(guī)劃中可以對該變電站的供電能力進行精確量化的分析，采取有效的方案來提升該變電站的供電能力。通過上述計算分析可初步得出，制約該變電站的供電能力的可能因素為2號變的容量、進線2的導(dǎo)線截面、下級電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力等，據(jù)此，提出如下四種供電能力提升方案：

方案1將2號變由5 MV·A增容改造10 MV·A。通過上述四個步驟分析，可得該變電站的供電能力可提升至12.5 MW，缺供電力為零，基本滿足當(dāng)前水平年的負(fù)荷需求。

方案2將進線2由LGJ-50導(dǎo)線改造為LGJ-240導(dǎo)線，由于變電站N-1容量是由主變N-1容量和進線N-1容量中的較小值決定的，因此無論怎么對進線2進行增容改造，由于2號變的容量限制，變電站的供電能力均無法提升，按上述步驟計算得到該變電站的供電能力仍為7.75 MW，缺供電力仍為4.75 MW。

方案3通過優(yōu)化10 kV網(wǎng)絡(luò)提升下級電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力。若通過優(yōu)化10 kV網(wǎng)絡(luò)，提升下級電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力至8 MW，則通過上述計算步驟可得該變電站的供電能力可提升至12.75 MW，供電裕度為0.25 MW。能滿足當(dāng)前水平年的負(fù)荷需求。

方案4在該地區(qū)新增變電站布點。如圖2所示，在該地區(qū)新增一個35 kV變電站，容量為10 MV·A。通過上述計算可得，新增布點后，該供區(qū)的供電能力可提升至17.25 MW，供電裕度為4.75 MW，能滿足當(dāng)前水平年的負(fù)荷需求。

圖2 方案4新增布點示意圖Fig.2 The main electrical wiring diagram of scheme 4

通過上述分析可知，方案一對2號變進行增容改造、方案三增加下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力、方案四新增布點均能有效提升變電站的供電能力，滿足當(dāng)前水平年的負(fù)荷需求，方案二對進線2進行增容改造對提升變電站的供電能力基本無作用。結(jié)合該地區(qū)遠(yuǎn)景規(guī)劃，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，可以從中選擇最優(yōu)的方案。在配網(wǎng)規(guī)劃中，應(yīng)用供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法不僅可以準(zhǔn)確診斷分析供區(qū)的供電能力，也可以根據(jù)分析找出電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，提出有效的規(guī)劃方案進行論證分析，進一步提升供區(qū)的供電可靠性。

3 結(jié)語

供電安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同供區(qū)、不同負(fù)荷規(guī)模對供電可靠性的不同要求，規(guī)定了不同電壓等級配電網(wǎng)單一元件故障停運后允許損失的負(fù)荷大小及恢復(fù)供電的時間。該標(biāo)準(zhǔn)將供區(qū)類型、網(wǎng)架指標(biāo)、設(shè)備指標(biāo)和運行指標(biāo)綜合起來考慮，相比于傳統(tǒng)的容載比分析方法，供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法能更全面、精確地評估供區(qū)的供電能力。該標(biāo)準(zhǔn)基于長期的運行數(shù)據(jù)積累所提出，具有深厚的理論和工程實踐背景。在配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用供電安全標(biāo)準(zhǔn)分析法，可有效評估電網(wǎng)的供電能力，查找供區(qū)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性地提出電網(wǎng)規(guī)劃方案，評估各方案的對供電能力的提升效果，使得配電網(wǎng)的規(guī)劃方案更具科學(xué)性和指導(dǎo)性。

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