基于不同接線方案的城市中壓配電網經濟性分析

王 樂

(國網上海市電力公司經濟技術研究院，上海 200233)

城市中壓配電網建設力度伴隨著經濟的發展而飛速發展，中壓配電網的投資力度也隨之加大。如何規劃出合理的配電網布局和接線模式，從而高效地利用資金、取得最大化的經濟效益，成為了解決配電網規劃問題首要的工作。同時，配電網規劃方案的制定也主要基于配電網的經濟性分析與評價[1-6]。為此，本文采用了一種供電面積可調的分析模型，以替代傳統接線方式分析中采用的假定配電網覆蓋區域的面積和形狀一定的供電模型[7-8]。對各種接線模式進行了經濟性比較及敏感性分析計算，以期為電網的規劃、運行人員推薦具有參考意義的接線模式。

1 中壓配電網分析模型

在實際電網分析中，對于一個確定的規劃區域，結合區域內的負荷密度以及街道分布情況，可以很容易分析出不同接線模式的經濟性。然而這種常規分析的結論一般不具有普遍意義，因為其受到所選區域的特定條件約束。基于此考慮，本文結合中壓配電網的實際特點，采用一種供電面積可調整的分析模型進行研究。

對上述理想化模型進行如下假設。

(1)電網所覆蓋區域內部負荷分布均勻；

(2)各110 kV配電站的供電區域設定為圓形，并且區域內負荷分布均勻；

(3)設定4個110 kV配電站，在供電區域邊界上均勻分布；

(4)對于同一方案中，各個10 kV配電站的變壓器臺數、容量和負載率均相同。

2 中壓配電網接線模型及接線方案分析

2.1 中壓配電網接線模式分析

本文在分析10 kV中壓配電網的主要典型接線模式時，分別對架空線路和電纜線路進行研究。研究了3種具有代表性的架空線路接線模式，分別為輻射接線、環式接線與多分段多聯絡接線，如圖1(a)～(c)所示。下文中架空線路的上述接線模式分別簡稱架空接線1、架空接線2、架空接線3。

在研究電纜線路的接線模式時，選擇3種具有代表性的接線模式，即輻射接線、環式接線與環網接線，分別見圖2 (a)～(c)。下文中對電纜線路的上述接線模式分別簡稱電纜接線1、電纜接線2、電纜接線3。

2.2 中壓配電網接線方案分析

接線方案設計不僅需要滿足安全可靠供電的要求,還必須盡量做到經濟合理,即投資少、運行費用低。前文對架空線路和電纜線路的幾種接線模式作了說明分析，在充分結合各種接線模式的基礎上提出了本次的接線方案：輻射接線的接線方案、多分段多聯絡接線的接線方案、環網接線的接線方案，如圖3(a)～(c)所示，本文經濟性的分析以接線方案圖為計算依據。

3 中壓配電網經濟性分析

3.1 經濟性計算方法

通常在實際分析時將配電網劃分成一些小區，且每區由110 kV配電站、10 kV饋線和開關等組成。中壓配電網供電方案的經濟計算基本思路即在負荷密度不同的情況下，對于每個110 kV變壓器容量和臺數的配合，劃定變電所的供電范圍，然后根據供電范圍內不同的、合理的架空線路和電纜線路網架結構，對每種方案計算其單位負荷年費用，最后根據各種方案的單位負荷年費用Fn的大小來判斷其經濟性。

3.2 敏感性分析

敏感性分析是通過考慮項目的主要因素發生變化時，其對經濟評價指標產生的影響。同時以此找到敏感因素，分析敏感因素對經濟性的影響大小。在整個項目生命周期內，會有許多非確定因素影響經濟效益。配電網規劃項目的敏感性因素一般分為：變電站和線路綜合的投資、電價、負荷密度等。

4 算例分析

具體進行分析計算時，為了得到一般性規律，取不同的負荷密度和變電站容量。以此為前提，將負荷密度和變電站容量作為變量，分別研究架空和電纜線路在上述兩個變量在合理變化趨勢范圍內變化時對應接線模式的經濟性，以及在兩個變量確定的情況下不同接線模式的比較。

本次經濟性分析主要研究110 kV變電站的經濟性，變電站容量分別取2×20 MVA和2×40 MVA，負荷密度分別取2.0，5.0，10.0，20.0，40.0 MW·km-2。

根據變電站和線路的經濟計算比較方法，計算綜合投資和運行費用，最終計算出單位負荷年費用結果。

4.1 110 kV變電站經濟性計算

圖4(a)和圖4(b)是顯示變電站容量為2×40 MVA、同時采用不同接線方案時Fn的變化情況。

圖5(a)和圖6(b)是負荷密度為2.0 MW·km-2條件下不同配電網接線模式的Fn情況。不同顏色的曲線代表幾種不同方案的費用指標。

4.2 中壓配電網經濟性計算結果分析

根據圖4和圖5的經濟性計算結果，可總結出如下3點結論。

(1)在變電站容量一定的情況下，對于相同的接線模式，架空線路和電纜線路的Fn與供電范圍內負荷密度的增長呈反比。

(2)在負荷密度一定的情況下，對于同一種接線模式，其Fn與變電站容量的增長呈反比。

(3)在同一變電站容量和負荷密度下，3種架空接線模式的Fn。由低至高依次是架空接線方案1、架空接線方案2、架空接線方案3。3種電纜接線模式的Fn。由低至高依次是電纜接線方案1、電纜接線方案2、電纜接線方案3。

4.3 敏感性分析

本次敏感性分析主要考慮變電站與線路綜合投資、電價以及負荷密度這4個因素。同時分析其變化±5%、±10%時的單位負荷年費用的變化情況。本次以變電站容量為2×40 MVA、負荷密度為10 MW·km-2，兩聯絡的電纜接線方案為例，結果圖6，其他中壓配電網供電方案有類似結論。

從圖6中可以看出，對經濟性影響從大到小的因素依次是：變電站綜合投資變化、線路投資變化、負荷密度變化、電價變化。其中中壓配電站綜合投資、線路投資、電價的變化率的增加會導致單位負荷年費用隨之增加，而隨著負荷密度變化率的減小單位負荷年費用隨之增大。

5 結語

目前對于各級電網規劃決策來說，如何規劃出合理的城市配電網，使之既能夠利用有限的條件將經濟效益最大化，又能夠最大限度地避免浪費是最受關注的焦點之一。本文在總結了中壓配電網的典型接線模式的前提下，采用了分析模型的供電面積可調，建立了基于典型接線模式的配電網供電方案。通過計算比較其經濟性，得出了最優的方案，其結論可為配電網規劃決策提供一定的參考。