基于變電站容量與間隔資源的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃

蔡 菲，歐陽武

0 引言

近年來南昌經(jīng)濟快速發(fā)展，新報裝用戶接入需求越來越多，用戶專線或樓盤線路占用變電站間隔比例越來越高，而部分樓盤線路或?qū)Ｓ镁€路負(fù)載率卻較低，造成變電站線路容量資源與間隔資源使用情況不匹配、公用網(wǎng)間隔資源緊張等問題，給南昌配電網(wǎng)的運行發(fā)展帶來了不利影響。因此，協(xié)調(diào)規(guī)劃變電站容量與間隔資源、公用網(wǎng)與專用用戶資源對于南昌配電網(wǎng)的經(jīng)濟高效發(fā)展具有重要意義。

目前已有論文進(jìn)行公用配網(wǎng)與專用配網(wǎng)協(xié)調(diào)性規(guī)劃研究[1，2]，以及中壓設(shè)備利用率及相關(guān)評價體系[3，4]的研究。這些研究側(cè)重于變電站專用線路的優(yōu)化整合以及提高線路等設(shè)備利用率等方面，目前還沒有沒有從變電站容量以及間隔資源兩方面綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃方面的研究。本文針對南昌電網(wǎng)變電站容量與間隔資源不匹配的矛盾情況，提出一種整體協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，通過整合變電站間隔資源同時提高變電站容量利用率，提升變電站的運行效益。

1 南昌配電網(wǎng)變電站間隔資源現(xiàn)狀

1.1 匹配系數(shù)定義

從變電站運行安全性（N-1）及經(jīng)濟性來看，變電站負(fù)載率一般在60%～70%范圍較合適，該負(fù)載情況下變電站10 kV間隔使用率接近100%，此時變電站容量及間隔資源利用效益最大。因此在不考慮負(fù)荷快速發(fā)展初期的特殊情況下，變電站的10 kV間隔使用率與變電站負(fù)載率的比值在1.4～1.7區(qū)間較為合理，說明變電站容量與間隔的使用相匹配。本文中定義匹配系數(shù)如式（1）：

分析匹配情況不合理的2種情況如下：

1）匹配系數(shù)大于1.7時，變電站10 kV側(cè)負(fù)荷較小，變電站10 kV線路負(fù)載率較低而10 kV間隔的使用率過高，間隔利用效率偏低；

2）匹配系數(shù)小于1.4時，變電站10 kV負(fù)荷與10 kV間隔的使用率較不協(xié)調(diào)，10kV負(fù)荷較大而10kV間隔的使用率較小，主變利用效率偏低。

1.2 南昌地區(qū)變電站匹配系數(shù)統(tǒng)計

統(tǒng)計分析南昌地區(qū)2016年度公用變電站容量與間隔資源使用的匹配系數(shù)如圖1所示。

圖1 變電站間隔使用率與負(fù)載率的匹配系數(shù)分布

以上統(tǒng)計分析可知，2016年南昌地區(qū)變電站容量與間隔資源利用情況最合理的變電站僅有12座。對于其余不合理的變電站情況分析如下：

1）匹配系數(shù)＞1.7的變電站數(shù)量超過變電站總數(shù)的60%，說明南昌地區(qū)重點需要整合變電站10 kV出線間隔，提升變電站間隔利用效率。

2）匹配系數(shù)＜1.4的變電站比例接近20%，這類主變?nèi)萘坷眯势汀τ谥剌d的變電站，通過增加主變?nèi)萘炕蛘咄ㄟ^聯(lián)絡(luò)變電站轉(zhuǎn)移重載線路負(fù)荷。對于負(fù)荷不重的變電站，根據(jù)新增負(fù)荷需求合理新出10 kV線路來均衡負(fù)荷和間隔使用率。

2 南昌廣陽片區(qū)優(yōu)化方案實例

2.1 廣陽片區(qū)現(xiàn)狀分析

廣陽片區(qū)西至昌東大道、東至創(chuàng)新二路、北至艾溪湖北路、南至廣陽路，區(qū)域面積為5.8平方公里，區(qū)域用戶以居住、商業(yè)為主，以行政辦公、教育科研等為輔。2016年區(qū)域最大負(fù)荷約為48 MW，區(qū)域內(nèi)有一座110 kV廣陽變作為主供電源，負(fù)載率為36%，出線間隔利用率達(dá)100%，匹配系數(shù)為2.8，廣陽變間隔資源緊缺且使用率較低。

廣陽片區(qū)內(nèi)共有28回10 kV線路供電，其中廣陽變出線24回，瑤湖變出線3回，京東變出線1回。經(jīng)統(tǒng)計，區(qū)域內(nèi)13回樓盤線路與6回專用線路負(fù)載率均小于30%，19回線路處于輕載狀態(tài)，線路容量利用率較低，廣陽變?nèi)萘坷眯势汀?/p>

2.2 示范區(qū)負(fù)荷預(yù)測

2.2.1 用戶報裝情況

目前廣陽片區(qū)已投運用戶有保利香檳、綠地新都會、方大上上城等大型樓盤、紫峰大廈以及高新公安分局、高新法院、高新公安分局、省氣象局等行政單位入駐。表1給出了廣陽片區(qū)用戶戶數(shù)及報裝情況，目前廣陽片區(qū)仍有10家新用戶待接入系統(tǒng)供電，但是區(qū)域內(nèi)主供電源廣陽變已無間隔資源，用戶接入面臨困難。

表1 廣陽片區(qū)用戶報裝情況

2.2.2 負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

預(yù)測方法：結(jié)合用戶報裝容量及樓盤戶數(shù)等數(shù)據(jù)信息以及規(guī)劃局提供的廣陽片區(qū)土地利用性質(zhì)圖，采用空間負(fù)荷密度法對廣陽片區(qū)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。依據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果及開閉所接帶負(fù)荷能力，將廣陽片區(qū)劃分為8個地塊，分別為A#-H#地塊，預(yù)測結(jié)果如表2與圖2所示。

表2 廣陽片區(qū)各地塊遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

圖2 廣陽片區(qū)負(fù)荷地塊劃分

2.3 廣陽片區(qū)規(guī)劃思路

堅持供用電一體化規(guī)劃，統(tǒng)籌使用用戶設(shè)備資源，由上及下，由遠(yuǎn)及近，協(xié)調(diào)發(fā)展，打造城市新型區(qū)域可靠性配電網(wǎng)。

2.3.1 由上至下，協(xié)調(diào)發(fā)展

1）變電站供區(qū)：針對現(xiàn)狀變電站供區(qū)不明確問題，結(jié)合新建變電站的投運，劃分各變電站供區(qū)，明晰變電站供電范圍；

2）供電模式：針對變電站間隔緊張問題及負(fù)荷分布集中特點，提出“變電站-》開閉所（環(huán)網(wǎng)柜）-》配電間”三級供電模式，以提高變電站間隔利用率及供電可靠性。

3）開閉所供區(qū)：打破現(xiàn)狀樓盤專用線路供電模式，提出以開閉所供電為主的供電模式，按照單個開閉所7～8 MW（考慮N-1）的負(fù)荷接帶能力劃分開閉所供區(qū)，實行分區(qū)供電。

2.3.2 由遠(yuǎn)及近，合理過渡

1）目標(biāo)網(wǎng)架：結(jié)合區(qū)域發(fā)展特點，按照各類供電區(qū)域的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，確定區(qū)域遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架。

2）近期改造方案：為節(jié)約投資，充分利用用戶及電網(wǎng)現(xiàn)有設(shè)備，以滿足用戶接入需求為目標(biāo)，制定近期改造方案。

3）過渡方案：隨著負(fù)荷增長及供電可靠性要求提高，合理過渡至開閉所雙環(huán)網(wǎng)接線模式的高可靠性目標(biāo)網(wǎng)架。

2.4 示范區(qū)規(guī)劃方案

2.4.1 遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架及管廊規(guī)劃

根據(jù)《南昌城區(qū)“十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃》，廣陽片區(qū)內(nèi)及區(qū)域附近至遠(yuǎn)期規(guī)劃兩座110 kV變電站，分別為110 kV南塘湖變電站和紫陽變電站。

遠(yuǎn)期廣陽片區(qū)主要由廣陽變、南塘湖及紫陽變?nèi)冸娬竟╇姟９残纬?組雙環(huán)網(wǎng)接線和5組單環(huán)網(wǎng)接線。廣陽片區(qū)遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架如圖3所示。

圖3 廣陽片區(qū)遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架

遠(yuǎn)期廣陽片區(qū)管線規(guī)劃道路七條，分別為艾溪湖北路、昌東大道、創(chuàng)新二路、艾溪湖一路～艾溪湖四路，管線亙長為12.3 km，如圖4所示。

圖4 廣陽片區(qū)遠(yuǎn)期管廊規(guī)劃

2.4.2 近期改造方案

針對日益稀缺的配電網(wǎng)間隔資源，應(yīng)加強對間隔資源使用的管理力度。而如何利用有限的間隔資源來滿足日益增長的用電接入需求，則需有效的間隔資源整合優(yōu)化方案，形成城市中心配電網(wǎng)間隔資源管理辦法，以實現(xiàn)對間隔資源使用的統(tǒng)籌規(guī)劃和科學(xué)決策。隨著城市電纜化的實施，電纜環(huán)網(wǎng)供電模式的發(fā)展，逐步將現(xiàn)有專線用戶公網(wǎng)化，將部分輕載專線合并以節(jié)約間隔資源，乃大勢所趨。

1）現(xiàn)有間隔資源優(yōu)化整合。對實際使用容量不到導(dǎo)線最大輸送容量30%的現(xiàn)有樓盤公用線路或?qū)＞€，通過建設(shè)開閉所或并柜的方式，推進(jìn)對現(xiàn)有10 kV間隔資源的優(yōu)化整合利用。

圖5 A號地塊近期改造方案對比圖

2）負(fù)荷密集區(qū)域，采用開閉所供電為主的供電模式集中供電。在大型樓盤或商業(yè)地帶等負(fù)荷密集區(qū)，新用戶采用開閉所供電模式，根據(jù)飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，按照單個開閉所7～8 MW的負(fù)荷能力接帶開閉所周邊用戶，實行分區(qū)供電。

圖6 B號地塊近期改造方案對比

3）從現(xiàn)狀“單間隔、單電源”的專線用戶中，選擇負(fù)荷較輕的用戶專線進(jìn)行試點改造，形成環(huán)網(wǎng)供電模式。

圖7 E號地塊近期改造方案對比

4）10 kV間隔資源作為配電網(wǎng)的公共資源，優(yōu)先用于公用網(wǎng)架的建設(shè)。

對配電網(wǎng)建設(shè)與改造接入系統(tǒng)方案，必須符合規(guī)劃。原則上，同一路徑方向存在輕載線路，不再考慮新出其它10 kV線路。

5）對申請變電站專線的用戶，先根據(jù)用戶用電設(shè)備容量、需用系數(shù)、飽和負(fù)荷校核報裝容量，控制接入變電站的用戶專線數(shù)量。

2.5 規(guī)劃成效分析

本文探索適合南昌地區(qū)的變電站間隔資源整合優(yōu)化方案，以廣陽片區(qū)為案例，給出了示范區(qū)近期改造方案及遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架，規(guī)劃成效包括以下幾個方面：

1）節(jié)省配網(wǎng)投資。廣陽片區(qū)內(nèi)變電站間隔已用盡，現(xiàn)有12家新報裝大用戶面臨難以接入系統(tǒng)的困難，若不進(jìn)行間隔資源優(yōu)化，則需要新建一座110 kV變電站為近期新報裝用戶提供間隔資源，通過本文中近期間隔資源優(yōu)化整合方案，共釋放10回間隔，節(jié)約一座110 kV變電站的建設(shè)投資。

2）改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性。廣陽片區(qū)內(nèi)28回10 kV線路中，9回公用線路中有3回為單輻射接線，13回樓盤公用線路中有7回為單輻射接線，6回專用線路中有5回為單輻射接線，總共15回單輻射接線，經(jīng)近期改造后，除了4回專線外，其余單輻射線路均與其他線路形成聯(lián)絡(luò)接線，大大提高了樓盤、商業(yè)等用戶的供電可靠性。

3）提出了間隔資源使用指導(dǎo)原則。對實際使用容量不到導(dǎo)線最大輸送容量30%的現(xiàn)有樓盤公用線路或?qū)＞€進(jìn)行改造，通過建設(shè)開閉所或并柜的方式，推進(jìn)對現(xiàn)有10 kV間隔資源的優(yōu)化整合利用。在大型樓盤或商業(yè)地帶等負(fù)荷密集區(qū)，新用戶采用開閉所供電模式，根據(jù)飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，按照單個開閉所7～8 MW的負(fù)荷能力接帶開閉所周邊用戶，實行分區(qū)供電。從現(xiàn)狀“單間隔、單電源”的專線用戶中，選擇負(fù)荷較輕的用戶專線進(jìn)行試點改造。對申請變電站專線的用戶，先根據(jù)用戶用電設(shè)備容量、需用系數(shù)、飽和負(fù)荷校核報裝容量，控制專用線路數(shù)量。

4）具有典型推廣意義。經(jīng)統(tǒng)計分析，在南昌地區(qū)，還有艾湖變、瑤湖變、觀田變等6座220 kV變電站和撫生變、贛江變、象湖變等16座110 kV變電站存在該現(xiàn)象，將廣陽片區(qū)間隔資源優(yōu)化整合方案在南昌地區(qū)進(jìn)行推廣，可解決這一現(xiàn)象，大大節(jié)約配網(wǎng)投資。

3 結(jié)論和下一步工作建議

本文從示范區(qū)域區(qū)域配電網(wǎng)特點出發(fā)，提出具有推廣價值的間隔資源配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方案及典型供電模式，可有效指導(dǎo)城市配電網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)。在下一步工作中有以下建議：

1）為提升配電網(wǎng)資源的利用效率，建議盡快出臺《配網(wǎng)資源管理辦法》，堅持規(guī)劃引領(lǐng)，科學(xué)指導(dǎo)變電站的間隔使用。建立規(guī)范的用戶接入標(biāo)準(zhǔn)和流程，認(rèn)真審核用戶容量，同時明確在完成設(shè)備整改的基礎(chǔ)上，用戶出資建設(shè)后資產(chǎn)及運維責(zé)任無償移交至供電部門。

2）梳理專用線路現(xiàn)狀。了解每一個專線用戶的現(xiàn)狀，摸清線路走徑，對提高用戶供電可靠性，縮短電力故障搶修時間，以及合理規(guī)劃電網(wǎng)發(fā)展、優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)架構(gòu)有著極為重要的意義。因此，需在整理完善現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，對年代久遠(yuǎn)、電纜走徑資料不全的用戶設(shè)備，進(jìn)行實地勘察，一一落實，為以后全局配電網(wǎng)資料的規(guī)范管理、網(wǎng)架優(yōu)化打下堅實的基礎(chǔ)。

重點針對負(fù)載率長期較低的非重要用戶專線，通過評估和經(jīng)濟效益分析，同時對原專線進(jìn)行改造。優(yōu)化現(xiàn)有變電站間隔使用效率。針對負(fù)載率長期較低的非重要用戶專線及公用線路，在不降低供電能力及可靠性的前提下，通過并柜或者改接至新建開閉所的方式，釋放變電站間隔，優(yōu)化配網(wǎng)資源使用效率。

3）規(guī)范用戶專線命名。規(guī)范用戶專線命名原則及資產(chǎn)屬性，解決因用戶名稱不一致導(dǎo)致的不同部門資料沖突問題；理清專線用戶數(shù)量及間隔的使用情況；理清間隔現(xiàn)狀，區(qū)分專線用戶所占間隔資源及負(fù)載情況。

4）實行環(huán)網(wǎng)供電。可與現(xiàn)有用戶協(xié)商，通過給用戶額外提供一路電源，以提高用戶供電可靠性的方式，將用戶的專線資源公網(wǎng)化。通過增加電源，在提升專線用戶供電可靠性的同時，騰出空余的變電站間隔，解決因變電站出線不足導(dǎo)致的局部配電網(wǎng)過負(fù)荷問題，有利于電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的均衡。達(dá)到了專線用戶和供電企業(yè)雙贏的效果。

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