荊州供區不同負荷密度等級電網建設理論研究

周斌 周偉民

摘 要：在進行不同負荷密度等級前確定區域面積，根據此區域面積、變電站系統參數、線路參數等進行假設，再根據相關理論計算得出電網不同電壓等級的建設方案。

關鍵詞：負荷密度；電壓等級；片區面積；建設方案

一、基本假設

1）假定負荷為均勻分布。在負荷均勻分布的前提下，同理可推算出同等級（110kV或35kV）變電站及上級電源也應為均勻分布，因此在需求模型計算中變電站座數為小數，保留兩位，對高、中壓網架規模計算也按此座數進行計算。

2）區域面積及片區的劃分。調研荊州供區所需縣級面積，采用均數取整的方式，確定區域基準面積為300km2，考慮部分片區密度較低確定片區面積上限500km2。為突出對比效果，增加面積為150km2、100km2和50km2為三個面積類型進行參數設定。

3）滿足供電半徑需求的變電站供電面積計算。根據實際情況，一般變電站的供電范圍受行政區劃、河流、道路等因素影響，多為不規則多邊形，為便于計算，在本研究中假定為正方形，其中正方形對角線的長度為中壓線路供電半徑的2倍。

根據《配電網規劃設計技術導則》，中低壓配電網線路的供電半徑指從變電站（配電變壓器）二次側出線到其供電的最遠負荷點之間的線路長度。線路供電半徑應滿足末端電壓質量的要求。正常負荷下，10kV線路供電半徑C類不宜超過5km；D類不宜超過15km。

將此標準作為單回線路的供電長度，應用公式3-2（L=rq），考慮曲折系數1.6，得到大小兩個正方形邊長分別為13.26km、4.42km。從而計算出兩個正方形的面積分別為175.8km2、19.5km2。

當負荷密度較高時，應按C類供電半徑要求計算（線路供電半徑應控制在3-5km），計算后已確定不適宜采用35kV電網供電，本研究不列舉電網規模。

二、計算步驟

模型計算的過程如下：

根據區域面積、負荷密度，計算區域負荷。

考慮遠景容載比取下限1.8，110kV容量按2*50MVA、35kV容量按2*10MVA，計算變電站需求座數。

利用供電半徑需求計算變電站座數，即將區域面積用每座變電站面積進行變電站擺放，得到符合供電半徑要求的變電站座數。當變電站需求座數超過供電半徑對應座數時，方案將被舍棄。

根據片區面積估算一回高壓線路長度，利用公式得到高壓線路規模。

根據片區面積估算一回中壓線路長度，每座變電站按18回線路計算，利用公式計算得到中壓線路規模。

對可采用35kV電壓等級供電片區進行經濟比較，以投資總額小為優選方案作為論證結論。

三、不同負荷密度等級電網建設

（1）片區面積為300、500km2時，從經濟上看110kV建設方案更優，因此不推薦采用35kV建設方案。

（2）片區面積為150km2，且負荷密度為0.1MW/km2時，110kV建設方案與35kV建設方案經濟數值接近，但從片區長遠發展角度，不推薦采用35kV建設方案。

（3）片區面積為100km2以內，且負荷密度在0.2MW/km2以下時宜采用35kV建設方案。

（4）片區面積為50km2以內，且負荷密度在0.4MW/km2以下時宜采用35kV建設方案。

利用上述兩個上限節點對35kV建設方案的適宜區域進行曲線擬合，得到如下圖形。

f（x） = p1*x + p2，其中p1 = -0.004，p2 =0.6， SSE： 1.233e-032，R-square： 1，說明曲線擬合度很高。

由于f（x）只有大于0才有意義，計算當f（x）=0時，x=150km2，即細化片區的面積需要控制在150km2以內，當x=0時，f（x）=0.6MW/km2。利用公式f（x） = -0.004*x + 0.6，可以算出35kV電網建設方案應用區域。

當片區可采用35kV和110kV方案時，從經濟計算角度看，110kV電網建設方案經濟性更優，因此優先選取110kV等級電網作為推薦方案。但所選方案應滿足電壓質量要求（進行電壓質量測算），尤其是現狀已存在成片低電壓問題區域。

四、小結

根據片區負荷數據，電網建設方案結論如下：

片區面積需控制在500km2以內，確定是否滿足片區劃分要求，不滿足時應重新劃分。

片區面積大于150km2且小于500km2，且負荷密度大于0.1MW/km2時；片區面積小于150 km2且負荷密度大于0.6MW/km2時，推薦采用110kV電網建設方案。方案規劃后以電壓質量驗證作為敏感性分析。

若各變電站電壓質量均滿足要求，采用110kV電網建設方案；

若存在變電站電壓質量不滿足要求，則應在此變電站周邊區域建設35kV變電站，并測算其周邊電源站（110kV變電站或220kV變電站）容量是否滿足需求，若不滿足，則需要新建110kV變電站。

片區面積小于150km2，且負荷密度小于0.6MW/km2時，在公式曲線f（x） = -0.004*x + 0.6下部的區域推薦采用35kV等級電網供電，110kV變電站或220kV變電站作為區域（非單獨片區）上級電源進行規劃；其他區域采用110kV建設方案。

根據上述結論在片區面積較大時無法針對性制定出具體電壓等級方案，考慮以現狀變電站供電區域為范圍，形成一座或幾座變電站供區為一個小片區，將其面積控制在150km2以內。針對小片區負荷密度水平，確定采用的電壓等級。當無法將小片區（單座變電站供電范圍）面積降到150km2以下，且負荷密度小于0.1MW/km2時，推薦采用35kV電網建設方案，若負荷密度大于0.1MW/km2時，推薦采用110kV電網建設方案。