以提高供電可靠性為目標的配電網規劃分析

紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

以提高供電可靠性為目標的配電網規劃分析

紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

文中將配電網規劃的理論分析與實踐應用相結合，展開配電網規劃前的現狀分析、負荷預測以及配電網規劃中的具體實施步驟。并對配電網規劃后經濟性與可靠性進行評價。將配電網自動化和不停電作業與配電網網架相結合，形成配電網網規劃有方法、建設有目標的整體規劃布局。

供電可靠性；配電網規劃；配電自動化；不停電作業；模塊化

0 引言

提高供電可靠性是供電企業管理水平的綜合體現，雖有多種方法提高供電可靠性，但每種方法都有其自身的局限性。目前最有效的辦法是通過配電自動化和不停電作業提高供電可靠性，基層供電部門在配電自動化和不停電作業上花費了很大的精力但卻達不到預期的效果，主要因為配電網重建設輕規劃導致網架薄弱配電自動化和不停電作業不能將其自身特點最大限度的發揮出來[1-5]。文章分三部分闡述，下節主要講配電網規劃。

1 配電網規劃

配電網網架是在配網規劃的基礎上分期、分步進行建設的，配電網規劃是整個網架形成的基礎，根據其規劃的目標不同可分為長期規劃（目標網架）中期規劃和短期規劃，最終建成目標網架。目標網架是供電可靠性的基礎，同時也是能否配電自動化和不停電作業最大限度能否發揮出來的重要根基。總而言之網架的結構對供電可靠性起到決定性的作用[6-8]。

本文突出配電網規劃的實用性和可操作性，通過參照國家規劃導則和網省公司的規程要求，將配電網規劃工作模塊化、簡單化，可為基層配電網規劃提供參考，最后對網架建設給出合理化建議。

配電網規劃設計工作的主要步驟包括：

（1）所需資料及歷史數據收集（基礎）；

（2）負荷預測及供電分區（核心）；

（3）現狀電網評估；

（4）確定規劃目標及技術原則；

（5）規劃設計方案制定；

（6）分析計算及技術經濟比選；

（7）費用估算及經濟分析；

（8）規劃報告編制。

1.1 配電網規劃現狀分析

在對配電網進行規劃之前，需要對配電網網架現狀進行分析找出網架的薄弱環節（例線路過/重載、N-1假校驗、供電半徑過長、分段不均、絕緣化率等）進行分析后加以改造，對需要新增的部分結合市政規劃總體規劃進行合理布局。

收集資料階段：主要對供電轄區內已有配電網架的基礎資料收集，包括轄區的面積、行政區域的劃分（供區劃分）、高壓電源點、線路分析、柱上開關、環網柜/箱、變壓器等。

表1 供電區域劃分方法

圖1 政府界定的行政區（大區）

圖2 土地性質相同的區域（中區）

圖3 三級中區內若干個街區（小區）

首先對供電轄區內的行政區域進行供電區域（A+，A，B，C，D，E）的劃分（見表1）。

參照轄區市政總體規劃通常分三級，一級為政府界定的行政區（大區），二級為行政區內土地性質相同的區域（中區），三級為中區內若干個街區（小區）。如圖1、2、3所示。

再次對高/中壓設備進行分析。高壓電源點：主要針對轄區內110kV變電站進行分析，分析內容主要包括變電站容載比，變壓器的投運時間及供電半徑等。

在分析配電網規劃區域將已有配電網的現狀分布在地理信息圖上，如圖4、5所示。

線路分析：中壓線路（專/公共線）的條數，絕緣線/裸線和電纜的線徑和長度、掛接容量、線路的負載率（平均/最大）百分比、負載率、供電半徑、網架的聯絡化率、N-1通過率、平均分段數、接線類型等進行分析。柱上開關：開關數量/類型、種類、投運時間。環網柜/箱：土建面積、電源點數量、進出線間隔類型與數量、掛接容量、電操機構。變壓器：型號、類型、用戶數。分析后對整體網架有了初步的了解。

圖4 高壓電源點分布圖

圖5 中壓電源點分布圖

表2 在不同負荷增長情況下的電網容載比建議值

表3 不同建筑類型的容積率取值

表4 不同行業的需用系數

表5 土地性質相同區域（中區）的電量

圖6 S型曲線及增長率曲線圖

最后對網架進行分析：

（1）高壓電源分析：電網容載比根據年負荷平均增長率進行分析小于正常數值、不能通過主變N-1校驗、主變最大負載率超過70%應考慮中壓線路負荷轉供問題（見表2）。

（2）中壓電網分析主要由三大類七小項組成：技術合理性包含（供電半徑過長、干線線規不統一、掛接配變容量過大等），組網規范性（單放射、同站聯絡等），運行安全可靠性（負載較重、未通過N-1校驗等）。分析后對于存在問題的線路標記，在線路負荷預測后進行規劃網架時做調整。

1.2 負荷預測

配電網規劃最終目的是滿足需求服務負載，負載會影響網架的發展。目前兩種常用的預測方法為空間負荷預測何年電量平均增長率兩種方法。

對空間負荷預測的方法進行模塊化、簡單化做出說明。政府為了實現對現代化城市的管理，往往會以城市道路為分割線，將城市劃分為不同的功能區塊，例如教育區、高新技術開發區、商業區等。這些區塊有著不同的用電規律。按照城市的功能分區，切實做好負荷預測工作，為配網規劃提供必要的數據支撐[9-10]。

負荷預測是配電網規劃的核心。選取好負荷密度、容載比、同時率則是負荷預測的重中之重，衡量規劃質量好壞的關鍵。下面對三級區域的負荷密度選取做出模塊化處理。根據不同地塊的性質選取不同的負荷密度。

再根據《配電網規劃設計技術導則Q/GDW 1738-2012》確定供電區域的負荷密度，通常供電區域（A+，A，B，C，D，E）劃分由市公司發策部確定，基層部門只需根據負荷密度選取適合管轄供區內負荷密度的低、中、高方案范圍即可[11]。其次通過電量=負荷密度×面積×同時率×需用系數×容積率。（選取值見表3、4。）

再次根據轄區歷史用電量的統計，估算出增長量，區域的負荷成長特性與其發展階段密切相關，一般可分為慢速增長期、快速增長期和緩慢增長飽和期三個階段。這三個階段的長短與區域大小和建設進度有關，區域越大，每階段持續的時間越長，S型曲線越平滑；區域越小，每階段持續的時間越短，S型曲線飽和得越快，S型曲線及增長率曲線見圖6。

表6 空間負荷與年平均電量增長

表7 年電量平均增長率

表8 供電區域推薦的電網結構

最后將空間負荷預測的結果與年電量平均增長率的負荷預測結果進行對比（見表6、7）。相差不大基本能達到負荷預測的目的。

圖7 架空線路單環網

圖8 電纜單環網

圖9 電纜雙環網

負荷預測的方法有經驗預測方法、經典預測方法、經濟模型預測方法、時間序列預測方法、相關系數預測法、飽和曲線預測方法等。但為了提高預測的準確性通常需要兩種及以上的方法預測才能滿足配電網規劃的基本需求。同時負荷預測也是電網規劃的核心，網架的重中之重。

1.3 配電網規劃

配電網規劃主要確定電網的結構、線路走向、線徑的粗細、合理的分段、均衡的負荷分配等等。變電站通常在主網規劃當中已經明確其數量和大致的區域，這里不占大篇幅說明。

配電網規劃只需要在變電站周圍明確電網結構，為設計提供指導性建議即可，變電站出線數量根據用電量進行計算后確定。但一般110 kV變電站間隔在20～24個盡可能考慮全部公用線路，預留2～4個間隔作為“公用專線”（不建議專線用戶直接接入變電站占用公共資源，專線用戶可在變電站外設立開關站后統一接入）剩余間隔基本都可以當做出線間隔。

線 路走向主要以道路兩側為主，線路規劃盡量在原有線路的基礎上進行規劃，能夠節約成本，并通過兩個變電站之間形成聯絡，電網結構根據供電區域類型選取適合自己轄區的網架，如表8所示。

初步規劃好線路的路徑后，對于主線/支線的線徑與線路的分段數參考下表進行選取，線路的聯絡開關通常在變電站供區的交匯處，線路的分段開關（三分段）應考慮負荷均衡而不是距離的進行布點。

其次線徑和分段數選取完畢后網絡結構可以參考下圖7、8、9。（注：如不考慮配電自動化下圖所有的負荷開關都可以換成斷路器。不考慮不停電作業時可進行同桿3回以上的架空布局。）

再次網架結構初步確定后，選取環網柜（開閉所）和環網箱（環網柜）各地叫法不同，這里不多做說明。

環網柜的數量以街區的負荷決定，能夠用于網架的環網和用戶負荷分配通常掛接容量為6～10 MVA最大轉供容量不宜超過15 MVA。考慮到設備的環境問題環網箱建議只對用戶進行負荷分配的作用，不建議用在環網當中。柱上變和箱變根據供電區域選擇合適的容量。

最后通過線路走向、開閉所布點、線路分段等將最終的目標網架畫出，如圖10所示，上述能夠解決基層崗位對配電網規劃的基本要求。

2 配電網建設

電網規劃后建設才是關鍵，基層供電部門往往規劃和建設脫節十分嚴重，造成投資重復、改造重疊等現象時有發生。主要原因有以下幾點：

（1）網架結構不明確，重建設不重規劃；

（2）建設前期工作未做的到位，涉及到政策處理繁瑣，政策處理不下去，最終造成電網哪里方便建哪里。建成后再改造的局面時有發生；

（3）技術專職流動大、交接不到位出現技術斷層，行政干預技術頻頻發生；

（4）可研初設找不到項目報，綜合計劃對網架沒有針對性。

上述幾點是配電網網架建設的主要問題，對此給出建設性方案：

（1）目標網架評審后原則上不再調整，在目標網架的基礎上分區分年實施建設；

（2）涉及到下一年電力廊道等政策處理問題，應在第一年將方案提交至當地政府部門，由政府部門統一召開管線廊道政策處理協調會出具會議紀要，給予下一年度電網架設政策處理有效的支撐；

（3）電網規劃模塊化的應用能夠解決基層人員流動嚴重的問題；

（4）可研初涉根據轄區發展方向對電網的分區分部實施，第二年綜合計劃建設內容基本與目標網架一致；

圖10 目標網架

（5）用戶工程納入網架應與目標網架一致，避免二次投資整改。

3 經濟效益

配電規劃的收益主要體現在避免重復投資，最大限度的發揮出配電自動化和不停電作業的優勢。通過配電一次網架優化建設，提高設備利用率，節約保電成本，最終達到提高供電可靠性的目的。

全紹興行政區域面積為8279平方公里。供電區域面積為5357.79 km2。其中A類供區面積為139.37 km2，B類供區641.72 km2，C類供區1243.2 km2，D類供區3333.5 km2。目標網架建成后各供區全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%

2016年全紹興城市供電可靠率RS1為99.9587%農村供電可靠率RS1為99.8662%。全口徑供電可靠率為99.8883%，由全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%可預測提高到99.9676%。

經濟效益增售電量效益=R×Q×P 式中：R 為供電可靠率，Q為年供電電量；P為銷售電價。全口徑供電可靠率為99.8883%提高到99.9676%。按照2 0 1 5年度紹興地區售電量 425.75 億kWh，綜合電價 0.6 元/kWh計，則實施目標網架一年增售電量帶來的經濟效益為20.26億元。

隨著目標網架逐步建后不停電作業和配電自動化的優勢也逐漸發揮，其中配網不停作業年增售電量帶來的經濟效益約1367.8萬元。目標網架建設完成后增售電量帶來的經濟效益約 206.1萬元。

其他經濟效益主要有：凸顯企業的社會責任、提高員工的工作效率、降低重復投資帶來的經濟損失、提高客戶的滿意度等，暫不做數據統計。綜上所述規劃是網架的基礎也，網架是供電可靠性的基礎，也是能否最大限度的發揮出不停電作業和配電自動化自身特點的基礎。

[1]Georgilakis P S, Hatziargyriou N D. Optimal Distributed Generation Placement in Power Distribution Networks: Models, Methods, and Future Research[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2013, 28(3):3420-3428.

[2]Barin A, Pozzatti L F, Canha L N, et al. Multi-objective analysis of impacts of distributed generation placement on the operational characteristics of networks for distribution system planning[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2010,32(10):1157-1164.

[3]宋嚴. 城市配電網規劃現狀及問題分析[J]. 科技展望, 2014(24).

[4]彭琛艷. 淺談城市配電網規劃現狀及問題研究[J]. 電工技術:理論與實踐, 2015(7):65-65.

[5]白峪豪. 基于智能配電網關鍵技術的城市配電網規劃[J]. 電網與清潔能源, 2015(3):79-83.

[6]吳桂聯, 張林垚, 胡臻達. 中低壓配電網整體規劃方案綜合評估[J]. 電力建設, 2015, 36(11):64-69.

[7]陳艷清. 可靠性與經濟性相協調的配電網規劃方法[J]. 建材發展導向, 2016(23):272-273.

[8]楊珂, 羅帥. 區域配電網規劃經濟評價及敏感性分析[J]. 貴州電力技術, 2015, 18(9):7-9.

[9]王得勝. 城市配電網規劃負荷預測方法及優化分析[J]. 科研,2016(9):00037-00038.

[10]蔣澤浩. 基于配電網規劃的負荷預測研究與應用[D]. 南昌大學,2015.

[11]Q/GDW 1738-2012，配電網規劃設計技術導則[S].北京：國家電網公司，2013.