城市配电网规划设计与实践

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  【摘要】近年来,国内城市电网改造工程已经全面铺开,配电系统自动化已在各地逐步进行。配电网接线方式是实现配电系统自动化的基础。具体就是优化配电线路的结构、合理分段、合理选择线路分段开关,从而实现配电线路的灵活联络,提高线路供电可靠性和配电网运行管理水平。
  【关键词】配电网 规划设计 实践 城市
  Abstract:In recent years, the domestic city power network renovation project has been rolled out in the round, automation of distribution system in the local stage by stage. Distribution network connection is the realization of distribution automation system based on. Specific optimization of distribution line structure, reasonable section, reasonable selection of line segment switch, thus realizing the distribution line flexible contact, improve power supply reliability of distribution network and the operation management level.
  Keyword:Distribution network Planning and design Practice City
  中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
  前言
  在早期电力建设中,存在着“重发、轻供、不管用”现象,致使很多城市的配电系统发展水平及建设相对滞后,配电网络比较脆弱落后,应变能力小,不适应现代化建设和发展的要求。随着经济的不断发展,电力用户对配电网供电安全性及可靠性的要求不断提升,具体而言,不同的城市电网,负荷密度、配电变电站的保护方式、配电网的接地方式等是不同的,因此配电网的接线方式应因地制宜、各具特点。
  配电网规划概述
  主要步骤
  调查负荷情况、收集资料:包括自然资源、自然条件、城市建设和各行业发展的信息,负荷类型和数量,目前负荷分布,用电量的需求规划;
  (2)调查电源布局、电量平衡及电源发展情况,收集目前的电网结构及相关数据;
  (3)对收集的资料进行归纳、分析,掌握城市负荷的发展规律,并进行负荷预测;
  (4)确定供电方式和电压等级,根据负荷预测结果拟定配电网结构布局方案,进行规划的可行性论证。
  2、指导思想
  配电网的建设和改造应与城市高压主网的规划和建设相结合,与市政建设相结合,与业扩报装工程相结合,与配电网大修、更改工程相结合,以做到统筹兼顾、合理安排、综合治理,努力使有限的资金发挥最大的经济效益。着重从以下几个方面进行规划与改造:
  (1)无功补偿应根据全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则进行配置,可采用分散就地补偿和变电站集中补偿相结合的方式,无功补偿装置应能根据无功功率(或无功电流)进行分组自动投切;
  (2)在城市配电网改造建设的同时应综合考虑进行通讯通道的建设,合理利用电缆隧道、电缆沟、电缆排管及架空线路的路由资源。电力电缆管沟应预留自动化通信通道。逐步实现配电网络运行操作的现代化;
  (3)根据城市远期总体规划和负荷预测结果,先确定各规划区的密度及负荷分布,然后合理分配各个变电所的供电区域及供电半径,确定配电线路的走向,网络接线方式,不同变电站之间的联络方式等。要合理的划分各变电站的供电区域和合理安排变电站的新建、增容时问,使每个变电站的负荷趋于平衡,发挥各变电站的最大效益;
  (4)解决当前城市配电网络结构的薄弱环节,增强配电线路环网转供能力,提高配电网“手拉手”供电水平。新架设的主干线应按长远规划,一次建成,并有较强的适应性,基本保证10年内不做大的改造。调整负荷过大的馈线,使每条馈线在各种运行方式下都能相互转供;
  (5)新建的开闭所、配电站应采用按环网接线设计、实施开环运行。设备选型等方面应考虑配电自动化的需要,选用运行安全可靠、技术先进、经济合理、维护方便(少维或免维护)、操作简单、环保型、节能型的设备。积极采用适合国情的新技术、新设备。中压配电设备应向绝缘化、无油化、紧凑型及智能型发展,并具备实现配电自动化的功能,满足配电自动化发展的需要。
  二、配电网规划设计导则
  1、规划的编制和审批
  规划年限:①配电网规划一般分为远景规划(15年以上)和近期规划(5 年以内),一般宜每年滚动修编。②远景规划应进行饱和负荷的预测,考虑电能质量、可靠性要求和电网的长远发展,并确定目标网架。③近期规划应着重解决电网当前存在的主要问题,提高供电能力和可靠性,并将现有电网结构过渡到目标网架。应以规划方案为依据,提出逐年的电网项目安排。
  规划对象:配电网规划对象宜按城市规划区、县(市、区)划分,也可对开发区、中心镇等特定 区块进行规划。
  规划的主要内容:
  ①电网现状分析。根据近期电网运行实绩、地方社会经济发展形势和规划,明确以下问题:a)供电能力与网架结构能否满足现有用电需求, 能否适应当地近中期负荷发展的要求;b)现有电网供电可靠性的水平,影响供电可靠性的主要内外部因素;c)现有电网正常运行时的电压水平及主要线路的电压损失是否在规定的范围之内,现有电网各电压等级电网的电能损失是否在规定的范围之内;d)现有供电设备是否存在缺陷和事故隐患。
  ②负荷预测。应以总量负荷预测为基础,开展分区块空间负荷预测。负荷预测应采用线性回归、时间序列、灰色预测等多种方法进行。负荷预测时应提出2-3个预测方案,并选定一个方案作为规划设计的基础。
  ③技术原则。按供电区域类型确定网架结构、设施标准等技术原则。技术原则应具有一定的前瞻性、适应性和差异性。
  ④中压配电网规划。根据区域负荷水平及供电可靠性要求,确定电网目标接线模式。根据上一级电网规划、负荷的分布以及目标接线方案,确定配电网的网架方案、配变布点方案及分年实施内容。配电网规划应做到上下级电网供电能力的合理匹配,协调发展。配电网规划应充分考虑用户接入需要,合理选择线路截面、配变容量、环网单元规模等,避免用户接入造成的网架变动。制定逐年过渡方案时应避免由于网架变动造成设备提前退役。规划应结合设备寿命期内负荷需求预测,设备投运后,在设备正常寿命年限内原则上应避免改造。
  ⑤低压配电网规划。低压配电网坚持标准化和规范化,规划方案中以总量规划为主。
  ⑥配电网智能化规划。应根据各地区经济发展、供电可靠性要求、一次网架规划,按照“经济、实用、可靠”的原则,因地制宜编制配电网智能化专项规 ⑦建设规模及投资估算。近期规划应编写建设项目清册,列出造价指标,统计分年建设规模,估算投资。
  ⑧规划成效分析。分析规划实施后,配电网现有存在问题的解决程度以及配电网整体指标的改善情況(包括供电可靠性、线损率、电压合格率等)。
  规划的编制、审批
  ① 配电网规划由供电企业编制,并报上级部门审批。
  ②配电网规划应纳入当地总体规划和各地区详细规划。
  ③供电企业应和政府相关部门密切配合,统一安排供电设施用地,如:配电室、线路走廊(包括电缆走廊),以及在大型建筑物或建筑群中预留环网单元位置。
  配电网的接线方式
  配电网规划的常规设计:
  近期负荷密度较低的A类供区可选用“单环式”,作为“双环式”的过渡接线方式,规划、建设时应预留电缆管沟和环网单元扩展余地。
  双电源接入需求较多的A、B类供区,经经济、技术比较后,可选用“扩展型双环”或“多分段交叉联络”接线方式。
  缺少上级变电站布点的C类区域,可选用“单辐射”接线方式,有条件时宜过渡为“多分段单联络”接线方式。
  中压配电线路:
   中压架空线路。中压架空线路主干线截面宜采用240、185 mm,分支线截面宜采用120、70 mm。导线截面选择应考虑设备正常寿命期内负荷增长。除C类供区外,中压架空线宜采用绝缘导线。 为抵御强台风等恶劣气候,中压架空线可安装电杆拉线,也可穿插使用钢管杆, 提高线路抗风能力。中压电缆线路。主干线铜芯电缆截面一般宜为300 mm,高負荷密度区电缆截面可为400 mm。分2支线铜芯电缆截面宜为120、70 mm,综合经济、技术比选后,也可使用相同载流量的铝芯电缆。电缆沟或电缆排管建设应与城镇道路建设或改造相配套。当道路总宽度大于30m时,宜在道路两侧建设电缆沟或电缆排管。
  压配变。中压配电变压器宜根据用电需求及发展,按照“小容量、密布点”的原则,靠近负荷供电。杆上三相变压器一般仅用于C类供区,单台容量不宜超过400KVA,不能满足需要时增装变压器。柱上变压器台架及低压出线宜按最终容量一次建成。配电室一般配置两台变压器, 箱式变电站配置一台变压器, 油浸式变压器单台容量不宜超过630KVA,干式变压器不宜超过1250 KVA。
  中压配电网的接线方式,架空线路主要有放射式、普通环式、拉手环式、双线放射式、双线拉手环式等五种。
  1、放射式
  放射式结构见图1,线路末端没有其他能够联络的电源。这种中压配电网结构简单、投资较小、维护方便,但是供电可靠性较低,只适合于农村、乡镇和小城市采用。其特点是当引出线故障时,对其余出线互不影响,供配电可靠性高,适用于一级负荷配电、大容量设备配电、潮湿或腐蚀、有爆炸危险环境的配电。以免影响其他正常用户。这是放射式线路最突出的特点、由低压出线经配电箱与负荷连接。
  
  
  
  图1 放射式供电接线原圈
  
  2、普通环式
  普通环式接线是在同一个中压变电站的供电范围内,把不同的两回中压配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络,见图2、图3。当中压变电站10kV侧采用单母线分段时,两回线路最好分别来自不同的母线段。这样只有中压变电站全停时,才会影响用户用电,而当中压变电站一母线段停电检修时,用户可以不停电。这种配电网结构,投资比放射式要高些,但配电线路停电检修可以分段进行,停电范围要小得多。用户年平均停电小时数可以比放射式小些,适合大中城市边缘,小城市、乡镇也可以采用。
  
  
  
  图2 普通环式供电接线原理图
  
  
  
  
  图3 普通环式供电接线原理图
  
  3、拉手环式
  拉手环式的结构见图4、图5。它与放射式的不同点在于每个中压变电站的一回主干线都和另一中压变电站的一回主干线接通,形成一个两端都有电源、环式设计、开式运行的主干线,任何一端都可以供给全线负荷。主干线上由若干分段点(一般是安装油浸、真空、产气、吹气等各型式的开关)形成的各个分段中任何一个分段停电时,都可以不影响其他各分段的供电。因此,配电线路停电检修时,可以分段进行,缩小停电范围,缩短停电时间;中压变电站全停电时,配电线路可以全部改由另一端电源供电,不影响用户用电。这种接线方式配电线路本身的投资并不一定比普通环式更高,但中压变电站的备用容量要适当增加,以负担其他中压变电站的负荷。实际经验证明,不管配电网的接线型式如何,一般情况下,中压变电站主变压器都需要留有30%的裕度,而这30%的裕度对拉手环式接线也已够用。当然,推荐的裕度更高些,是40%。
  拉手环式接线有两种运行方式:一种是各回主干线都在中间断开,由两端分别供电,如图4所示。这样线损较小,配电线路故障停电范围也较小,但在配电网线路开关操作实现远动和自动化前,中压变电站故障或检修时需要留有线路开关的倒闸操作时间。另一种是主干线的断开点设在主于线一端,即由中压变电站线路出口断路器断开,如图5所示。这样中压变电站故障或检修时可以迅速转移线路负荷,供电可靠性较高,但线损增加,是很不经济的。在实际应用时,应根据系统的具体情况因地制宜。
  
  
  图4 拉手环式供电接线原理图——中间断开式
  
  
  
  图5 拉手环式供电接线原理图——末端断开式
  
  双线放射式
  双线放射式的结构如图6所示。这神接线虽是一端供电,但每基电杆上都架有两回线路,每个用户都能两路供电,即常说的双“T”接,任何一回线路事故或检修停电时,都可由另一回线路供电。即使两回线路不是来自两个中压变电站,而是来自一个中压变电站l0kV侧分段母线的不同母线段,也只有在这个中压变电站全停时,用户才会停电。但运行经验说明,同杆架设的两回架空线路和两回电缆线路不同,线路故障时,往往会影响两回线路同时跳闸;而线路检修时,为了人身安全,又往往要求两回线路同时停电,供电可靠性并不一定比手拉环式高。因此,最好两回线路不同杆架设,但路径又会遇到很多困难。这种结构造价较高,只适合于一般城市中的双电源用户。当供电可靠性要求较高的城市中心区也可采用这种结构,但这些地区一般往往要求采用电缆线路,不用架空线路。
  有的地方同杆架两回架空线路,一回做普通线,一回做专用线,一般用户接在普通线上,重要用户接在专用线上。这样,由于电源不足限电时,可以只停普通用户,不停专用户;但普通线的负荷很重,专用线的负荷很轻,从网的概念看是很不经济的。
  双线拉手环式
  双线拉手环式的结构如图6所示。双“T,”接,这种接线两端有电源,从理论上说,供电可靠性很高,但造价过高,很少采用。
  
  
  
  图6 双线放射供电接线原图
  
  在一个中压配电网或一个中压变电站l0kV侧的中压配电线中,并不需要全部采用架空线路或电缆线路,接线也不一定全部采用一种形式。例如城市配电网就可采用拉手环式;城市边缘和乡镇配电网就可采用普通环式和放射式;中压变电站邻近的末端集中负荷就可采用多回路平行线式;供电可靠性要求高的就可采用双线放射式或双线拉手环式。总之,一定要结合负荷情况,从实际出发。
  四、配电网架结构设计原则
  新建配电线路应使用绝缘导线,对裸导线线路应逐步进行绝缘化改造。个别地方如城市中心繁华地区、住宅小区、交通广场、市政有特殊要求、架空线路走廊受限制等地区采用电力电缆。导线截面选择应考虑城市电力网的发展一次建成。架空线路的设计( 线间距离、排列方式等) 、施工( 杆上配电设备的安装) 要为实施配电网的不停电作业创造条件。为使分区的配电网有明确的供电范围,提高供电可靠性和安全作业的环境,架空配电线路尽量不相互交叉跨越,若确实需要,应局部采用电缆。
  结语
  配网规划要与当地经济发展相协调,并适度超前,应具有前瞻性、可靠性和可操作性,正确处理 近期建设与远期发展关系,同时还要考虑社会、经 济、环境的综合效益。通过规划建设与改造优化配 电网结构,缩短供电半径,减少电压损失,建设坚强 可靠的现代化配电网,使城市的配电网络适应社会 经济发展和人民生活对电力供应的需求。
  参考文献
  【1】谢书鸿,金海峰.重覆冰地区OPGW光缆的选择[J].电力系统通信,2005(3)
  【2】李澄宇.重泳区OPGW设计选型研究探讨[z].中国电机工程学会输电电气五届一次学术年会,2006
  【3】GB 50293一1999城市电力规划规范[S]
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