電網設備利用率優化策略研究

董振華 魏光明

摘 ?要：電網設備利用率是體現電力系統經濟運行的重要指標，電網設備利用效率提升是對電網規劃、建設、運行、管理的主要目標。為實現電網設備利用率優化，首先基于設備利用率指標相關性深入分析，明確設備利用率影響主要因素，然后提出優化原則，構成評估指標體系，以指導電網設備利用趨于合理區間，確保電網效率效益最大化，對電網資產的管理有很強的推動作用。

關鍵詞：配電網;設備利用率;優化策略

中圖分類號：TM711 ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0148-04

Abstract： The utilization rate of power grid equipment is an important index to reflect the economic operation of power system. Improving the utilization efficiency of power grid equipments is the main goal of power grid planning， construction， operation， and management. In order to realize the optimization of the utilization rate of power grid equipments， firstly， based on the in-depth analysis of the correlation of equipment utilization index， the main factors affecting equipment utilization rate are clarified， and then the optimization principle is proposed to form an evaluation index system， so as to guide the utilization of power grid equipments to a reasonable range， ensure the maximization of power grid efficiency and benefit， and play a strong role in promoting the management of power grid assets.

Keywords： power distribution network; equipment utilization rate; optimization strategy

0 ?引 ?言

電網設備主要承擔分配電能的任務，由于設備型號以及所處環境存在差異，設備最大承受負載水平也不同，使得同型號設備存在差異性表現。采用科學合理的設備利用率評估體系，對電網科學規劃、合理改造以提高電網高效運行具有重大的經濟效益。隨著地區城鎮化建設進程不斷推進以及人民生活水平的提升，地區用電需求不斷增加，配電網需加強建設、擴大規模來滿足地區發展用電需求[1]。在此，需要分析參考大量歷史經驗及數據，做好地區電網的建設、發展兩種需求的相互配合，確保電網安全可靠運行的同時滿足配電網建設得經濟性和可持續性，因此電網設備利用率優化策略研究具有重大意義。

1 ?評估

1.1 ?電網設備利用水平相關概念

電網設備遵循自身的設計與工藝的情況下，在正常條件下可承受的極限負荷，為電網設備絕對利用水平;電網設備在實際約束下設備所能承受的最大負荷，為電網設備相對利用水平。

分析電網設備相對利用水平，有助于判別是否需要加強電網建設以滿足地區發展用電需求，或判別項目建設是否需要延緩投資。分析電網設備的最大負載率，有利于判別電網實際運行設備最大負載水平。對電網設備相對水平與電網設備絕對水平相關性分析可知，通過合理優化運行方式、提升設備供電能力等措施將提升電網設備合理負載率，短時間內設備利用率將會下降，長時間來看提升了地區設備實際運行負載承受能力，將有效節省電網投資、降低電網損耗[2]。

1.2 ?電網設備利用率評估體系

電網設備利用率主要反映設備的正常運行狀況，變電站以及其線路在配電網中承受電網系統負荷，設備利用率主要考慮其正常時的負載率。電網設備負載率中負荷取值主要以三個指標來反映：

（1）全網負荷最大時負載率。

（2）設備最大負載率。

（3）設備平均負載率。

如圖1所示，最大負荷時刻的負載率與平均負荷水平的負載率分別受不同的網架結構影響與不同負荷特性影響，單個設備負載率隨機性較大不具備研究意義。以全網最大負荷時刻以及設備平均負荷兩個層面對電網設備進行研究。

1.3 ?設備評估指標度量指標

變壓器以及線路的負載水平可大致分為輕、重、滿、過載四個狀態，將電網規劃原則及電網運行規程相結合，得出設備正常運行情況度量指標如表1所列[3]。

1.4 ?電網設備利用率指標合理取值

配電網設備利用率合理值分析思路從電網設備負載率影響的主要因素切入。先結合全網最大負荷時刻（時間節點）與設備平均負荷水平（時間周期），考慮設備的安全可靠性和網架結構，得出一個理想取值，再結合負荷發展情況，將理想取值轉變為合理取值，得出基于不同供電區域具體情況的各類供電區域指標合理值。如圖2所示。

可由得到的合理取值看出，設備實際利用率與其合理取值水平差距越小，運行情況越經濟，設備利用的越好。

1.4.1 ?在全網最大負荷時刻下中壓線路理想取值

對于中壓線路，其極限負載率主要依據接線模式及設備架設形式所決定，在“N-1”運行方式下，不同的接線模式，會導致其極限負載率水平產生差異。具體如表2所示[4]。

針對電網設備利用率來說線路負荷越重設備利用程度就越高。但中壓線路設備重、過載將導致運行過程中出現安全隱患，同時增加線路損耗，中壓線路設備運行溫度高將縮短設備使用年限。所以在此體系中，中壓線路設備輕、重、過載占比越高，中壓線路設備最佳利用水平就越低，理想情況下，中壓線路設備重過載、輕載設備趨于零，設備利用水平最高[5]。

1.4.2 ?在全網最大負荷時刻下變電站理想取值

目前配電網規劃中在考慮“N-1”安全可靠運行條件下，常規計算主變的極限負載率只考慮站內聯絡關系，過載能力按負載率130%考慮，雙主變和三主變變電站的允許最大負載率應分別為65%和87%。變電站理想取值，并考慮提高利用率的要求，主變極限負載率應將變電站站間聯絡一并考慮，將進一步增大主變故障時負荷轉移能力，避免主變容量與負荷水平不匹配造成的建設投資偏大。

變電站極限負載率主要取決于變電站主變配置、主變聯絡關系。以配電網規劃導則及典型設計變電站配置為原則，變電站主變配置一般為2到3臺。變電站-主變在互聯變電站座數為2～3座的典型模型中表現出四種組合模式。變電站主變的理想負載率可通過確定變電站內主變配置方式得出，具體如表3所列。

主變滿足“N-1”校驗，主要通過聯絡異站及同站負荷轉移兩種方式，原則上負荷轉移后任意主變不存在過載運行情況，變電站主變滿足“N-1”校驗是供電能力分析較為常規的校核[6]。

主變滿足“N-2”校驗，負荷轉移方式與“N-1”校驗原理相同，根據變電站配置情況來看，主要以異站負荷轉移為主。根據變電站典型模型來看，“N-2”還存在聯絡變電站中異站“N-2”校驗，這種模式下主要由同站主變供電能力支持，同時考慮其他異站的聯絡轉移負荷，通過異站聯絡轉移負荷更能發揮主變與其他變電站的聯絡轉供能力。為滿足兩種模式下變電站主變通過“N-2”校驗，電網結構建設、投資規模存在明顯差異[7]。典型模型下，考慮主變過載能力130%為原則，不同組合模式下主變理想負載率如表4所列。

在設備利用率評估體系中，變電站的輕載及重過載的出現會導致分數下降，在無輕載及重過載時分數最高，變電站的利用情況最好。

1.4.3 ?設備平均負荷水平下的理想取值

年負荷率=設備全年的負荷平均值/設備全年負荷的最大值。設備年利用率與年符合率成正比，負荷變化范圍越小，經濟效益越好[8]。

平均負荷的負載率是從電量使用角度考慮;最大負荷的負載率是從所帶負荷角度考慮。年負荷率等于平均負荷的負載率與最大負荷的負載率之比。因此年負荷率計算式為：

μavg=Kf μmax

式中，μavg為設備等效平均負載率，μmax為設備最大負載率，Kf=設備等效平均負載率/設備最大負載率，即年負荷率。

1.4.4 ?結合實際負荷發展情況下的合理取值

電網設備負載率理想取值是基于典型模型在理想條件下分析的結果。電網設備實際運行過程中，因地區發展定位不同、地區用電特性差異等限制性因素，導致供電裕度也不同。所以應按照輸電網的發展方向思路，若供電裕度為α（可采用負荷年均增長率），那么現設備的負載率μ計算式為：

μ=×100%

其中，n為目標負荷發展預留年限。合理取值考慮電力裕度上面計算式可以計算出最大負荷時刻下和設備等效平均負荷的合理取值為表3、表4理想負載率分析值的。例如考慮負荷發展電力裕度情況下，中壓線路單聯絡最大負荷時刻的合理負載率則為。

2 ?提高電網設備利用率的建議舉措

為積極響應國家“十四五”提出的碳中和目標并兼顧公司可持續發展需要，本章分析了進一步提高電網設備利用率的基本依據并就中低壓電網的工程實施提出了基于盤活存量和嚴控增量兩大方向的具體工程措施。

2.1 ?電網設備利用率提升的理論基礎

基于上述兩大方向提高電網設備利用率的理論基礎有以下兩個方面。

2.1.1 ?公司理念方面

為社會提供安全可靠優質經濟的電能是電網企業的一項重要社會責任。我國電網規模化建設歷史不長、可參考經驗不足，為適應國家經濟發展需要早期電網建設著重增強網架結構提高電網可靠性和穩定性，主要著眼于解決電網設備的重過載問題和其他安全隱患，而忽略了設備利用率和固定資產收益等經濟效益，對于電網運行中發現的部分設備利用率偏低的問題不夠重視或沒有足夠資源來優化[9]。電網從業者應強化自身的價值理念和資源管控理念。

2.1.2 ?建投管控方面

現行電網變電站建設長期滯后、地區變電站出現通道不足等問題長期影響著電網設備利用率和電網公司精準投資水平。電網建設周期長、難度大是變電站建設周期不確定的主要原因，此外市政建設、配套電纜溝建設等也制約了變電站數量的發展[10]。對已立項項目的調整中面臨的法律、審計、設備安全等各方面風險也使得電網變電站建設進度緩慢。

2.2 ?盤活存量

2.2.1 ?10 kV及以上電網

合理控制變電站負荷水平，避免出現重過載運行狀況，對重載變電站合理利用新投運變電站通過優化運行方式解決。對輕載變電站的優化措施為：

（1）積極解決通道問題，確保變電站負荷接入，提高變電站供電能力。

（2）對具備出線條件的變電站，加快配套送出線路立項與實施。

（3）解決斷面受限瓶頸，避免因網絡受限造成變電站輕載。

（4）變電站因季節性負荷原因造成輕、重并存問題，主要優化10 kV網架結構提高線路有效聯絡率，實現臨時停變及10 kV負荷轉移措施，提高設備利用率。

（5）積極向政府相關部門爭取，實現合理產業布局，推動電能替代等措施，增加區域用電負荷，解決設備輕載問題。

2.2.2 ?10 kV及以下電網

對于10 kV及以下電網，可采取以下措施盤活存量：

（1）對裝接容量大仍然出線輕載的線路，需深入核查線路報裝容量較大用戶的用電情況，投產超過3年平均負載率低于30%用戶的實際用電情況。實際用電負荷低于報裝負荷的10%，則認定用戶存在“報大用小”的情況，為提高線路設備利用率，可適當考慮接入新用戶。

（2）結合網格化規劃推進，合理分配線路負荷。按照網格化實現供電單元獨立供電原則，重新梳理已有線路供電能力及供電范圍，重新分配線路負荷使其合理，根據規劃方案即時落實相關項目，確保線路負荷的合理分配。

（3）優化運行方式，固化標準接線模式。進一步推動網格化規劃的管理模式，采用標準接線組，合理分配線路負荷及合理分段，優化運行方式，發布網格化目標網架標準接線情況示意圖，以指導配電網網架結構的調整及改造。

2.3  嚴控增量

根據上文分析得出，當前部分設備利用率較為低下，所以需加強電網新設備的投入的管理力度。

對110千伏以上電網的優化措施為：

（1）通過土建電氣分步建設控制增量。

（2）根據需求調整變電站投資建設規模。

（3）推遲投產容載比偏高地區、迫切程度略低的項目。

針對10千伏及以下電網的優化措施為：

（1）對變電站出線間隔管理加強即采用多種渠道按季度收集新增用電信息，根據現有間隔資源情況及在建或已批復項目相結合，制定有規劃的出線間隔資源安排計劃。

（2）完善新新增用戶負荷核算機制即對于報裝容量5 000千伏安及以上的用戶，應根據用戶性質及相關生產資料核實用戶的報裝負荷是否合理，在負荷核算無誤的情況下制定用戶接入方案;為取得各類性質用戶實際負荷情況，可按季度對新裝用戶的負荷情況進行核算分析，對實際負荷與報裝負荷核算超標嚴重的用戶接入方案進行抽查，分析其合理性，為后期新增用戶報裝合理性及接入方案的審批提供可靠依據;對直屬各供電所的配電網新出線項目的審批采用不同的策略進行管控。

3 ?結 ?論

隨著電力事業的不斷發展，電網建設由粗放型向集約型轉變，將更加注重電網發展建設質量與電力企業經濟效益。通過建立設備利用率提升總體優化策略，從完善指標管理體系、加強電力設備監管等方面給出了提升設備利用率相關舉措，結合完善網架、提升設備裝備水平、合理管理設備信息等方面，對提高地區配電網發展提供有效的指導，實現經濟效益與社會效益的穩定增長。

參考文獻：

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[10] 韓俊.城市配電網網絡結構優化研究 [D].天津：天津大學，2010.

作者簡介：董振華（1987—），男，漢族，甘肅蘭州人，工程師，碩士，研究方向：配電網運行與控制，配電網規劃;魏光明（1990—），男，漢族，甘肅蘭州人，工程師，碩士，研究方向：電網規劃與電源用戶接入管理。