35kV電網本質安全提升研究

賀一博，黃曉勇，郭瑞鋒，劉小波，郭 博

(國網陜西省電力有限公司商洛供電公司，陜西 商洛 726000)

0 引言

2021-08-06，國網陜西省電力公司和陜西省地方電力(集團)有限公司融合設立的國網陜西省電力有限公司揭牌成立，陜西電力開啟新征程。

兩網融合后，35 kV 電網規模迅速擴大，暴露出電網布局不合理、交叉供電、電網冗余、可靠性差等一系列問題。對此，需要全面整合兩網資源，充分挖掘電網潛力，提升設備利用效率，減少用戶停電時間，提升電網安全水平，強化電網本質安全與運行安全，為更好地構建新型電力系統，助力“碳達峰、碳中和”目標打下基礎。

因此，對于如何充分利用兩網資源，探索35 kV 電網的發展思路，制定接地氣的優化方案，全面系統地回答“兩網融合”后35 kV 電網的發展優化等問題，亟需開展專題研究，以便更好地從電網規劃源頭促進電網本質安全的提升。

1 35 kV 電網調研分析

1.1 調研分析結果

目前，35 kV 電壓等級在我國基本是在高壓配電網中使用，即通過35 kV/10 kV 變電站降壓后對中壓配電網供電。根據《配電網規劃設計技術導則》的規定，配電網主要電壓序列包括以下等級。

(1) 110 kV/10 kV/0.38 kV。

(2) 66 kV/10 kV/0.38 kV。

(3) 35 kV/10 kV/0.38 kV。

(4) 110 kV/35 kV/10 kV/0.38 kV。

(5) 35 kV/0.38 kV。

配電網電壓序列選擇應與輸電網電壓等級相匹配，市(縣)以上規劃區域的城市電網、負荷密度較高的縣城電網可選擇上述電壓等級序列1～3，鄉村地區可增加電壓等級序列4，偏遠地區經技術經濟比較后也可考慮采用電壓等級序列5。

經過對某地區供電公司的調研，對其35 kV 電網提出的發展思路是：城區電網取消35 kV 電壓等級；縣城電網中以商業、居住為主的地區不再考慮35 kV 電壓等級，以工業負荷為主的地區保留35 kV 變壓序列，不再新增35 kV 公用變電站；農村區域則保留35 kV 電網，新建110 kV 變電站均配置35 kV 變壓序列，適當發展35 kV 電網。

同時調研了三個地市公司，從供電區域來看，建議在A+，A，B 類區域逐步取消35 kV 電壓等級，現存35 kV 變電站逐漸升壓為110 kV 變電站；在C 類區域僅考慮35 kV 出線，不考慮35 kV 布點；D 類區域以農村、山區為主，保留35 kV 電壓等級，考慮適當進行35 kV 變電站布點。

1.2 35 kV 電網面臨的問題

目前，35 kV 電網發展面臨著諸多不確定因素，尤其是陜西兩網融合以后，電網存在以下問題。

(1) 部分變電站布局不合理，高負荷密度區35 kV 變電站供電能力不足。

(2) 局部110 kV 與35 kV 變電站重復布點。

(3) 局部35 kV 變電站電源點來自同一區域供電的110 kV 變電站，導致兩座變電站均重載且無法有效轉移負荷。

(4) 35 kV 變電站功能定位不清晰，高負荷密度區和低負荷密度區均布點35 kV 變電站。

(5) 35 kV 電網網架薄弱、單線單變突出，設計標準低，設備老舊情況嚴重，導致電網安全運行壓力較大。

2 35 kV 電網技術經濟性分析

2.1 35 kV 電網技術能力

目前，農村電網(D 類供電區)電壓序列為110 kV/35 kV/10 kV/0.38 kV，根據實際運行情況，供電距離主要受10 kV 中壓制約。10 kV 中壓配電網主要考慮供電能力和供電質量，因此，以10 kV 中壓配電網單環網(手拉手)典型接線方式為例，可根據導線電壓降求出負荷矩，從而得出不同線路距離與可輸送容量之間的關系。

導線電壓降為：

式中：P，Q分別為有功、無功，L為線路長度；R為線路電阻值；X為線路電抗值；R0為單位長度線路電阻值；X0為單位長度線路電抗值；ψ為功率因數角；Un為線路額定電壓。

由電壓降推出負荷矩為：

根據式(2) 得到10 kV 線路(JKLYJ-240，JKLYJ-150，JKLYJ-120)不同線路距離與可輸送容量之間的關系，如圖1所示。

圖1 10 kV 線路距離與輸送容量之間的關系

2.2 35 kV 電網造價水平

山區、農村電網(D 類供電區)負荷呈狹長分散、“樹枝”形分布，負荷整體較小，負荷密度較低。以現有供電模式為參考，結合山區、平原等不同地區電網典型造價，提出以下三種典型供電方案。

(1) 用電負荷在距離上級變電站15 km 以內時，根據負荷矩計算，在符合電壓降的基礎上，優先采用10 kV 線路供電，導線一般采用JKLYJ-150。

(2) 采用35 kV 變電站供電。對于新建或改造35 kV 常規變電站，采用10 kV 出線供電、2×5 MVA 主變、LGJ-150 導線。

(3) 采用110 kV 變電站供電。對于新建或改造110 kV 變電站，采用10 kV 出線供電、2×31.5 MVA 主變、LGJ-300 導線。

采用最小費用法進行比選，比對參數涉及初始投資費用、運維費用、線損費用。計算項目投資采用年費用法。計算初始投資時需進行現值與年值轉換；其他費用為逐年發生費用，不用轉換。

(1) 初始投資費用。初始投資費用計算公式為：

式中：Cf(A)為初始投資的年值；Cf(P)為初始投資的現值；n為經濟使用壽命，取20年；a為折現率，取10 %。

(2) 運維費用。35 kV 常規變電站及線路、110 kV 變電站及線路年運維費用均取初始投資的6 %。

(3) 線損費用。線損費用計算公式為：

式中：I為線路最大電流，r為線路導線電阻率，L為線路長度，τmax為最大負荷損耗小時數。

經過測算，110 kV 和35 kV 供電方案造價情況見表1。

表1 110 kV 和35 kV 供電方案對比

2.3 35 kV 電網典型應用場景

為便于分析35 kV 電網，選取S 縣作為典型場景。S 縣地處某山區東段南麓，境內既有川道、塬區和山區，人口、面積、用電負荷和電網資源均處于全市中游水平，主要存在偏遠山區低電壓、局部設備重載、局部單電源等問題。

對于低電壓地區可考慮采用方案1、方案2 或方案3，比對結果見表2；對于設備重載地區可考慮采用方案2 和方案3，比對結果見表3。

表2 低電壓地區方案

表3 重過載地區方案

由表2，3 分析可看出，對于距離上級電源點遠、長期存在低電壓的地區，10 kV 供電距離太長，供電質量不能滿足要求，而新建110 kV 變電站投資較大，且選址困難，新建35 kV 變電站則可解決供電要求，且經濟性較好；對于設備重載問題，針對35 kV 變電站能滿足遠期用電需求的地區，可對35 kV 變電站實施增容改造、擴建，該策略適宜農村地區，可解決農村地區用電負荷增長問題。

3 35 kV 電網優化思路

3.1 35 kV 電網發展適應性

110 kV 變電站側重于為城市、縣城城區、下級電網提供支撐，兼顧供電距離內10 kV 負荷，在負荷較大、10 kV 出線回路較多的地區，可采用110 kV 供電；35 kV 變電站側重于為農村地區提供電源，縮短10 kV 供電距離，為偏遠山區提供電力支持；在負荷增速較慢、10 kV 回路出線需求數不多的地區，可采用35 kV 供電。

3.2 35 kV 電網優化策略

35 kV 變電站主要功能為農村地區(D 類區域)提供電力支持，解決礦產負荷接入、局部低電壓等問題，避免110 kV 造價高、占地大的缺點，縮短10 kV 供電距離，有效體現電網效率效益，其分區發展思路詳見表4。

表4 35 kV 電網分區發展思路

35 kV 變電站發展策略。按“升、退、留、改、新”思路優化35 kV 電網。

(1) 對在運且具備升壓條件的35 kV 變電站進行就地或異地升壓。

(2) 對重復布點區域進行退役。

(3) 對處于負荷發展中期、負載率高的單變變電站進行增容改造或者擴建。

(4) 對末端低電壓地區，優先采用10 kV 解決，適當新增35 kV 變電站布點。

(5) 滿足用電需求、負荷增速較慢的偏遠地區變電站予以保留，后期視負荷發展情況進行優化。

(6) 充分考慮分布式電源、大負荷的接入需求，保留相應的35 kV 電壓等級，做好分布式新能源和儲能項目的接入、送出工作，實現源、網、荷、儲的協調發展。

4 35 kV 電網優化規劃方案

4.1 35 kV 電網發展現狀

陜西省某縣電網融合后，存在5 座110 kV 變電站、17 座35 kV 變電站，其中一座為用戶變。該縣電網存在局部低電壓、串供變電站、單線單變、布局不合理、局部可靠性較低等問題，可能會引發電網五級、六級事件，電網安全水平較差。

4.2 35 kV 規劃方案

根據對該縣所有變電站進行經過逐一論證分析，并結合該地區電網運行現狀，制定了35 kV 變電站發展思路(見表5)。

表5 某縣35 kV 電網發展思路

通過實施35 kV 發展策略，該地區電網網架結構將趨于合理化，其電網結構前后對比情況如圖2，3所示。

圖2 陜西某縣電網分布

圖3 陜西某縣電網終期網架規劃

(1) 通過35 kV q 變布點，可解決局部低電壓問題。

(2) 通過CC 變T 改π 線路工程，可形成CC變—d 變—c 變—AA 變和CC 變—e 變—b 變—AA 變標準單鏈結構。

(3) 通過i 變增容改造和g 變擴建工程，可形成CC 變—h 變—i 變—EE 變單鏈結構和CC 變—g 變—f 變—CC 變單環結構，解決單線單變問題。

(4) 通過DD 變送出工程，可形成DD 變—k變—l 變—EE 變單鏈結構，解決變電站串供問題。

(5) 通過p 變(距離BB 變不足500 m)退役，提升BB 變帶負荷能力，解決電網冗余問題。

(6) 通過nn 變升壓工程，可解決m 變、n 變、j 變布局不合理，以及供電可靠性不高的問題，進一步提升電網安全水平。

4.3 35 kV 發展成效

規劃期間共退役35 kV 變電站1 座，增容變電站2 座，加強35 kV 網架結構5 項，新增35 kV變電站1 項，主變N-1 通過率由2021年65.82 %提高到2025年83.35 % (含用戶變)，線路N-1 由2021年41.18 %提高到95.83 % (含用戶變)，供電可靠性得到了極大提升。隨著線路N-1 的提升，減少了全站停電的風險，減少了電網五、六級事件的發生概率，為電網運行安全和本質安全打下了基礎，進一步提升了電網安全水平。

5 結束語

兩網深度融合后，35 kV 電網應制定接地氣、符合實際的發展策略，以“升、退、留、改、新”思路優化35 kV 電網，根據不同的供電分區和負荷發展階段制定相應的策略，不斷優化電網網架，從規劃源頭促進電網本質安全以及電網運行安全水平的提升。