國內(nèi)外城市配電網(wǎng)組網(wǎng)模式及變電站配置綜述

遲福建，劉聰，張媛，李桂鑫，王哲，曹彥昆，李躍輝

（1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津市 河北區(qū) 300010；2.天地電研(北京)科技有限公司，北京市 海淀區(qū) 102206）

0 引言

電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是通過輸電線路、母線及開關(guān)類設(shè)備將多個變壓器物理連接起來，實現(xiàn)電流在某一電壓層級內(nèi)的傳輸。組網(wǎng)模式是在各級電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，考慮可靠性、經(jīng)濟性等因素實現(xiàn)的各級電網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)配合。隨著人們生活水平的不斷提升，對電力的依賴度越來越高，對停電的容忍度也越來越低。供電可靠性成為反應(yīng)供電企業(yè)供電質(zhì)量的重要考核指標(biāo)，這要求構(gòu)建更加堅強可靠、靈活高效的電力網(wǎng)絡(luò)。較高的供電可靠性要求堅強的電網(wǎng)網(wǎng)架支撐，也必然帶來高額的成本投入，如何實現(xiàn)不同電壓層級電網(wǎng)間的經(jīng)濟、高效組網(wǎng)是供電企業(yè)面臨的一大問題[1]。變電站配置包括主接線及容量選擇，變電站主接線模式與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同組網(wǎng)模式下要求的變電站主接線不同。從供電可靠性、供電質(zhì)量上來看要求變電站小容量、密布點，但城市建設(shè)用地緊張、落地困難等問題困擾電網(wǎng)建設(shè)，變電站如何配置也是電網(wǎng)面臨的主要問題。

本文分別選取國外發(fā)達城市巴黎、東京、新加坡及國內(nèi)8座重點城市電網(wǎng)，分別從供電企業(yè)概況、電壓等級、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站配置等方面分析國內(nèi)外情況，并進行對比分析，總結(jié)可供借鑒的主要經(jīng)驗。

1 國外發(fā)達城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

國外發(fā)達城市電網(wǎng)經(jīng)過多年的積累目前較為成熟，電網(wǎng)建設(shè)理念及思路具備一定的借鑒價值，本文選取倫敦、巴黎、東京、新加坡4座發(fā)達城市介紹電網(wǎng)概況及發(fā)展理念。

1.1 供電概況

從面積、人口、最大負(fù)荷、用電量、負(fù)荷密度、供電企業(yè)等方面，列出國外發(fā)達城市概況及電網(wǎng)基本情況[2-5]，如表1所示。

1.2 電壓序列

倫敦、東京、新加坡電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級分為5級，巴黎電網(wǎng)分為4級。巴黎、東京、新加坡中壓配網(wǎng)采用 20 kV(22 kV)電壓等級。國外發(fā)達城市電網(wǎng)電壓序列如表2所示。

1.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

倫敦、巴黎、東京電網(wǎng)主要以“強-簡-強”模式組網(wǎng)，高壓配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡化，中壓配網(wǎng)通過閉環(huán)運行或雙電源接入補強供電可靠性，實現(xiàn)N-1不損失負(fù)荷。特別是新加坡中壓配網(wǎng)，采用花瓣接線模式，閉環(huán)運行，線路配置縱差保護，實現(xiàn)N-2不損失負(fù)荷。國外發(fā)達城市的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況如表3所示。

1.4 變電站配置

高壓配網(wǎng)變電站主接線模式簡化，多以線路-變壓器單元接線為主，不設(shè)進線斷路器，如倫敦、巴黎、東京。變電站容量配置規(guī)格各不相同，巴黎采用小容量布置，東京、新加坡采用大容量布置。國外發(fā)達城市的變電站配置如表4所示。

表1 國外發(fā)達城市供電概況表Tab. 1 The general power supply situation in abroad developed cities

表2 國外發(fā)達城市電網(wǎng)電壓序列匯總表Tab. 2 The voltage sequence summary in abroad developed cities

表3 國外發(fā)達城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式Tab. 3 The structure types summary in abroad developed cities

表4 國外發(fā)達城市變電站配置情況Tab. 4 The substation configuration summary in abroad developed cities

2 國內(nèi)主要城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)城市電網(wǎng)處于發(fā)展階段，在滿足供電需求的基礎(chǔ)上，如何兼顧經(jīng)濟性、最大效率提升供電可靠性是電網(wǎng)建設(shè)關(guān)心的重點問題。

2.1 供電概況

從面積、人口、最大負(fù)荷、用電量、負(fù)荷密度、供電企業(yè)等方面，列出國內(nèi)8座主要城市概況及電網(wǎng)基本情況如表5所示[6-10]。

2.2 電壓序列

國內(nèi)主要城市電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級以 500/220/110/10 kV為主，上海、天津高壓配網(wǎng)主要為110、35 kV 兩個電壓層級。上海積極發(fā)展110 kV電網(wǎng)，在負(fù)荷密度低、且無110 kV電源點的地區(qū)，可考慮新建35 kV變電站；天津逐步由以35 kV為主向以110 kV為主過渡。

2.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

500 kV電網(wǎng)均采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；220 kV電網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、雙鏈結(jié)構(gòu)；110 kV電網(wǎng)主要采用鏈?zhǔn)溅薪印㈡準(zhǔn)絋接結(jié)構(gòu)；10 kV電纜網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，廣州、深圳采用N供一備結(jié)構(gòu)，杭州采用三雙、擴展型三雙結(jié)構(gòu)；10 kV架空網(wǎng)主要采用多分段適度聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)。國內(nèi)主要城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如表6所示。

2.4 變電站配置

1）500 kV變電站。

表5 國內(nèi)主要城市供電概況表Tab. 5 The power supply profiles in domestic major cities

表6 國內(nèi)主要城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)表Tab. 6The structure situation in domestic major cities

主變臺數(shù)主要采用2～4臺，單臺容量750～1500 MV?A，廣州、深圳變電站終期采用大規(guī)模配置，主變臺數(shù) 4～6臺，容量 1000～1500 MV?A。

樞紐站500 kV側(cè)采用3/2主接線，終端站采用橋型接線或線變組單元接線。國內(nèi)主要城市500 kV變電站配置如表7所示。

2）220 kV變電站。

220 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺為主，主變?nèi)萘恐饕捎?80、240 MV?A，樞紐站220 kV側(cè)主接線主要采用雙母線分段接線，終端站主要采用單母分段、線變組、橋型接線。國內(nèi)主要城市220 kV變電站配置如表8所示。

3）110 kV變電站。

110 kV變電站終期規(guī)模以3臺為主，主變?nèi)萘恐饕捎?0、63 MV?A。

深圳110 kV變電站主接線模式主要采用單母分段接線，其他城市主要采用環(huán)入環(huán)出、內(nèi)橋、線變組接線方式。主要城市電網(wǎng)110 kV變電站配置如表9所示。

表7 國內(nèi)主要城市500 kV變電站配置表Tab. 7 The 500 kV substations configuration in domestic major cities

表8 國內(nèi)主要城市220 kV變電站配置表Tab. 8 The 220 kV substations configuration in domestic major cities

表9 國內(nèi)主要城市110 kV變電站配置表Tab. 9 The 110 kV substations configuration in domestic major cities

3 國內(nèi)外配電網(wǎng)組網(wǎng)模式及變電站配置對比分析

3.1 供電可靠性

近年來，國外發(fā)達城市電網(wǎng)供電可靠性普遍較高，特別是東京2 min，達到“5個9”；新加坡達到0.3 min，達到“6個9”。國內(nèi)城市電網(wǎng)供電可靠性普遍較低[11-12]，供電可靠性普遍不超過“4個9”。國外較高供電可靠性是一套系統(tǒng)性工程，包括堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、靈活的運行方式、先進的可靠性技術(shù)及可靠性管理水平保障其供電可靠性水平，特別是國外城市普遍實施可靠性目標(biāo)管理，部分企業(yè)制定了嚴(yán)格的獎懲措施，變被動管理為主動性預(yù)防，減少重復(fù)停電及無需檢修停電，預(yù)安排停電小時數(shù)占比約小于 40%，較我國超過60%占比來看，可靠性管理對供電可靠性提升程度較大。國內(nèi)供電可靠性水平有較大的提升空間，應(yīng)“硬件”、“軟件”兩手抓，在構(gòu)建堅強電網(wǎng)的同時，提升可靠性技術(shù)、可靠性管理水平，特別應(yīng)重視無需投資的可靠性管理對供電可靠性提升效果，開展綜合停電管理、停電處理定額管理、合環(huán)轉(zhuǎn)供電管理等工作。

3.2 組網(wǎng)模式

國外輸電網(wǎng)采用雙鏈、環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；巴黎、東京高壓配網(wǎng)采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、閉環(huán)運行，變電站主接線多采用線變組單元接線。輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)采用“強-簡-強”模式組網(wǎng)，以堅強中壓配網(wǎng)為支撐，適當(dāng)簡化高壓配網(wǎng)，構(gòu)建“強簡有序、相互支援”的目標(biāo)網(wǎng)架；中壓配網(wǎng)N-1通過率100%，配電自動化全覆蓋，配電終端實現(xiàn)遙信、遙測、遙控全三遙。

國內(nèi)500 kV電網(wǎng)均采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；220 kV電網(wǎng)主要采用雙環(huán)網(wǎng)、雙鏈結(jié)構(gòu)；110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以鏈?zhǔn)溅薪印㈡準(zhǔn)絋接為主，其中上海、深圳、南京、武漢以鏈?zhǔn)溅薪訛橹鳎本V州、天津以鏈?zhǔn)絋接為主，杭州、福州以π、T混合為主。變電站主接線以橋型、線變組單元接線為主，北京B類及以上區(qū)域、深圳、武漢采用單母分段接線。國內(nèi)各級電網(wǎng)普遍強調(diào)“強”，輸電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，高壓配網(wǎng)組網(wǎng)模式多樣，與城市的歷史沿襲有較大的關(guān)系，變電站主接線模式較為復(fù)雜，中壓配網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線較為堅強。

在保證電網(wǎng)安全可靠運行的同時，考慮經(jīng)濟性因素，各級電網(wǎng)間應(yīng)采用“強-簡-強”的組網(wǎng)模式，簡化的高壓配網(wǎng)，通過堅強中壓配網(wǎng)補強供電可靠性，中壓配網(wǎng)強有力支撐高壓配網(wǎng)。過渡階段要考慮各電壓層級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，加強中壓配網(wǎng)的建設(shè)力度，在中壓配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，適度加強高壓配網(wǎng)(單母分段鏈?zhǔn)浇泳€、增加電源進線等)，待中壓電網(wǎng)完成目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)后再恢復(fù)簡化的高壓配網(wǎng)。

3.3 變電站配置

國外多以采用大容量、多臺數(shù)配置，如東京、新加坡，巴黎電網(wǎng)變電站則采用小容量、少臺數(shù)配置。國內(nèi)220 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺為主，單臺容量18～24萬kV?A；220 kV出線規(guī)模在6～16回以內(nèi)；110 kV出線規(guī)模在10～20回以內(nèi)。110 kV變電站終期規(guī)模以2～4臺為主，單臺容量以 5、6.3萬kV?A為主；110 kV出線規(guī)模以2～6回為主，單臺主變10 kV出線規(guī)模以10～16回為主。

隨著城市建設(shè)的不斷深入，變電站、廊道征地愈發(fā)困難，在負(fù)荷密度較高的城網(wǎng)范圍內(nèi)采用大容量、多臺數(shù)變電站配置已經(jīng)成為國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展趨勢，縣城及農(nóng)網(wǎng)區(qū)域可以根據(jù)負(fù)荷需求適當(dāng)小容量、多布點。

4 結(jié)論

本文選取國外4座發(fā)達城市，國內(nèi)8座主要城市為例，分別從供電概況、電壓序列、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站配置等方面分析國內(nèi)外情況的差異，并給出我國可借鑒的有意經(jīng)驗。總結(jié)如下：

1）供電可靠性水平有較大的提升空間，應(yīng)“硬件”、“軟件”兩手抓，在構(gòu)建堅強電網(wǎng)的同時，提升可靠性技術(shù)、可靠性管理水平，特別應(yīng)加強可靠性管理工作。

2）應(yīng)采用“強-簡-強”的組網(wǎng)模式，強化輸電網(wǎng)及中壓配網(wǎng)、簡化的高壓配網(wǎng)，通過堅強中壓配網(wǎng)補強供電可靠性。過渡階段要重點加強中壓配網(wǎng)的建設(shè)力度，在中壓配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，可適度加強高壓配網(wǎng)。

3）變電站、廊道征地愈發(fā)困難，在負(fù)荷密度較高的城網(wǎng)范圍內(nèi)采用大容量、多臺數(shù)變電站配置，縣城及農(nóng)網(wǎng)區(qū)域可以根據(jù)負(fù)荷需求適當(dāng)小容量、多布點。