國(guó)內(nèi)外中壓電纜網(wǎng)接線模式比較

胡列翔，張弘，王蕾，何健虎

（1.浙江省電力公司，杭州310007；2.浙江浙電經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州310014；3.富陽(yáng)市供電局，杭州311402）

國(guó)內(nèi)外中壓電纜網(wǎng)接線模式比較

胡列翔1，張弘2，王蕾2，何健虎3

（1.浙江省電力公司，杭州310007；2.浙江浙電經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州310014；3.富陽(yáng)市供電局，杭州311402）

介紹法國(guó)巴黎、新加坡以及國(guó)內(nèi)目前主要應(yīng)用的中壓電纜網(wǎng)接線模式，對(duì)各種接線模式的供電可靠性、配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式、網(wǎng)架的拓展性等進(jìn)行對(duì)比分析。探討了國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)和發(fā)展的新思路。

配電網(wǎng)；中壓電網(wǎng)；接線模式；供電可靠性；電網(wǎng)規(guī)劃

我國(guó)配電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)和改造，供電能力基本能夠滿足社會(huì)發(fā)展需求，但配電網(wǎng)基礎(chǔ)仍較為薄弱，中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)缺乏規(guī)范的管理，配電網(wǎng)供電可靠性、電能質(zhì)量與用戶(hù)需求之間的矛盾日益突出。本文對(duì)巴黎、新加坡以及國(guó)內(nèi)目前主要的電纜網(wǎng)接線模式進(jìn)行對(duì)比分析，探討提升配電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)水平、提高供電可靠性的新思路。

1 發(fā)達(dá)國(guó)家中壓電纜網(wǎng)典型接線模式

1.1 巴黎中壓電纜網(wǎng)接線模式

巴黎城區(qū)的20kV電纜網(wǎng)接線以雙環(huán)網(wǎng)和三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主，其典型接線如圖1所示，2座高壓變電站的20kV出線相互聯(lián)絡(luò)形成環(huán)網(wǎng)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行。每座配電室采用雙路電源供電，雙路電源分別T接自三環(huán)網(wǎng)中任意2回不同電纜，其中一路為主供電源，另一路熱備用。每條主干線上都設(shè)置若干分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，并具有遠(yuǎn)程遙控功能。當(dāng)主干電纜發(fā)生故障時(shí)，變電站出口斷路器跳閘，整條主干線失電，配電室主供負(fù)荷開(kāi)關(guān)失電3 s后分閘，備用負(fù)荷開(kāi)關(guān)5 s后合閘，恢復(fù)供電。配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行故障的診斷和定位，通過(guò)遠(yuǎn)程操作切除故障段，并恢復(fù)對(duì)非故障段的供電。

圖1 巴黎三環(huán)網(wǎng)接線

巴黎配電網(wǎng)的電纜主要采用集束導(dǎo)線，90%采用直埋敷設(shè)方式，設(shè)備的冗余度較高，20kV線路和配電變壓器的平均負(fù)載率僅為約40%，故障情況下電網(wǎng)有足夠的備用容量實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供。由此可見(jiàn)，巴黎配電網(wǎng)的高可靠性是以合理的設(shè)備冗余和堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為支撐的。

1.2 新加坡中壓電纜網(wǎng)接線模式

新加坡22kV電纜網(wǎng)采用以高壓變電站為中心的“花瓣式”接線，如圖2所示。同一個(gè)高壓變電站的每2回22kV饋線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，閉環(huán)運(yùn)行。供電環(huán)的開(kāi)關(guān)點(diǎn)之間采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，在故障時(shí)快速切除故障區(qū)段，保證非故障線路的正常供電。新加坡22kV及以上電網(wǎng)均采用合環(huán)運(yùn)行方式，系統(tǒng)短路電流水平較高，22kV電網(wǎng)的短路電流按25 kA控制。

圖2 新加坡“花瓣式”接線

2 國(guó)內(nèi)主要采用的中壓電纜網(wǎng)接線模式

2.1 輻射式

輻射式接線可分為單射式和雙射式2種形式，如圖3所示。單射式接線是指1條中壓線路只具備單側(cè)電源，呈輻射狀供電。該接線方式供電可靠性較差，主干電纜發(fā)生故障時(shí)，將損失部分或全部負(fù)荷，不滿足“N-1”要求。由于不考慮故障方式下的容量備用，因此主干線可滿載運(yùn)行。雙射網(wǎng)本質(zhì)上是由2個(gè)獨(dú)立的單射網(wǎng)并行組成的，比單射網(wǎng)更容易為用戶(hù)提供雙路電源供電。單射、雙射式接線一般僅用于缺少上級(jí)高壓變電站布點(diǎn)的區(qū)域，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可過(guò)渡為單環(huán)、雙環(huán)等可靠性更高的接線形式。

圖3 輻射式電纜網(wǎng)接線

2.2 單（雙）環(huán)式

單環(huán)式接線是指來(lái)自不同電源的2條中壓線路相互聯(lián)絡(luò)，形成環(huán)網(wǎng)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行，如圖4所示。任一段主干電纜故障時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)將故障段切除，并恢復(fù)對(duì)非故障段的供電，負(fù)荷損失較少。為確保故障時(shí)能轉(zhuǎn)供負(fù)荷，主干線正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)載率應(yīng)控制在50%以?xún)?nèi)。雙環(huán)網(wǎng)本質(zhì)上是由2個(gè)獨(dú)立的單環(huán)網(wǎng)并行組成的，比單環(huán)網(wǎng)更容易為用戶(hù)提供雙路電源。通過(guò)在環(huán)網(wǎng)單元的不同段母線之間增加母聯(lián)開(kāi)關(guān)，雙環(huán)網(wǎng)接線可衍生為“H型”接線，主干線的負(fù)載率將進(jìn)一步提高[3]。單環(huán)網(wǎng)是雙環(huán)網(wǎng)的一種過(guò)渡形式，用于電網(wǎng)發(fā)展的初期階段。目前，國(guó)內(nèi)負(fù)荷密度大、對(duì)可靠性要求較高的城市核心區(qū)域主要采用雙環(huán)式接線或其衍生模式。

圖4 單（雙）環(huán)式電纜網(wǎng)接線

2.3 N供1備

N供1備接線是指N條來(lái)自不同電源的中壓電纜線路相互聯(lián)絡(luò)，形成環(huán)網(wǎng)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行，另1條空載線路作為公用的備用線路，如圖5所示。非備用線路可滿載運(yùn)行，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，可將其負(fù)荷轉(zhuǎn)供至備用線路。該接線方式的線路負(fù)載率可達(dá)到N/（N+1），N的取值越大，設(shè)備利用率越高，但運(yùn)行方式會(huì)變復(fù)雜，因此N的取值一般不大于4。該接線方式可靠性較高，但不易為用戶(hù)提供雙路電源供電，擴(kuò)展方式不靈活，很難適應(yīng)用戶(hù)發(fā)展的不確定性。

圖5 N供1備接線

3 國(guó)內(nèi)外中壓電纜網(wǎng)接線模式對(duì)比分析

3.1 供電可靠性

影響供電可靠性的主要因素可歸納為網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、技術(shù)和管理4個(gè)方面。由于我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，工程施工是造成停電的主要因素之一，因此可以通過(guò)技術(shù)和管理手段來(lái)提高可靠性水平。但是，通過(guò)提高設(shè)備檔次、提升技術(shù)和管理水平所能挖掘的可靠性空間是有限的，這些因素能有效發(fā)揮效用的前提是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較完善，采用能夠提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供的合理運(yùn)行方式，具有充裕的承載能力。因此，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是影響可靠性水平最關(guān)鍵的因素，大量的施工停電、計(jì)劃?rùn)z修停電都可以通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提高轉(zhuǎn)供能力來(lái)減輕其影響。

以系統(tǒng)平均斷電持續(xù)時(shí)間（SAIDI）作為可靠性評(píng)估的主要參考指標(biāo)，采用故障模式后果分析法對(duì)各種接線模式的理論可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，SAIDI的計(jì)算公式為：

式中：Ni為故障時(shí)受影響的用戶(hù)數(shù)；Ui為每次停電持續(xù)時(shí)間。

計(jì)算結(jié)果如表1所示。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的電纜雙環(huán)網(wǎng)接線的用戶(hù)平均停電時(shí)間約為0.2 h，供電可靠率為99.998%，而新加坡“花瓣式”接線和法國(guó)三環(huán)網(wǎng)接線的供電可靠率均可達(dá)到99.999%。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)可靠性水平要達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平，必須從研究一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)入手，改進(jìn)和創(chuàng)新配電網(wǎng)接線模式。

3.2 配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式

法國(guó)三環(huán)網(wǎng)接線采用就地方式對(duì)故障進(jìn)行隔離，配電變壓器在主供電源故障時(shí)可自動(dòng)切換至備用電源，并恢復(fù)供電，故障停電時(shí)間短，處理邏輯簡(jiǎn)單。主干電纜故障診斷和愈合的時(shí)間不會(huì)直接影響用戶(hù)停電時(shí)間和供電可靠性，因此，該接線模式的可靠性水平對(duì)配電自動(dòng)化的依賴(lài)程度較低。新加坡“花瓣式”接線的故障隔離、診斷和愈合是通過(guò)線路的差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)的，也屬于就地控制方式，但其運(yùn)行維護(hù)的工作量較大，不適合在配電網(wǎng)規(guī)模較大的區(qū)域推廣。而目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)自動(dòng)化大多采用主站集中控制模式，自動(dòng)化水平直接決定故障停電時(shí)間。配電網(wǎng)點(diǎn)多、量大、面廣，集中控制系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大，使可靠性難以得到保證。因此國(guó)內(nèi)的配電自動(dòng)化也應(yīng)積極探索簡(jiǎn)易的故障處理方式、分布式控制模式和免維護(hù)的運(yùn)行機(jī)制。

表1 電纜網(wǎng)接線的理論可靠性

3.3 網(wǎng)架的擴(kuò)展性

法國(guó)、新加坡均采用標(biāo)準(zhǔn)化的電纜網(wǎng)接線模式，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元的供電能力相對(duì)固定（法國(guó)接線模型的標(biāo)準(zhǔn)單元是指一個(gè)獨(dú)立的三環(huán)網(wǎng)，新加坡接線模型的標(biāo)準(zhǔn)單元指一個(gè)獨(dú)立的“花瓣”）?？筛鶕?jù)遠(yuǎn)景飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行電纜網(wǎng)架設(shè)計(jì)和高壓變電站布點(diǎn)規(guī)劃，并制定逐年實(shí)施方案。同時(shí)，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元的結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，易于擴(kuò)展，可根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷情況確定標(biāo)準(zhǔn)單元掛接的配變數(shù)量，并根據(jù)近期負(fù)荷預(yù)測(cè)提前進(jìn)行網(wǎng)架的拓展和延伸。而國(guó)內(nèi)電纜網(wǎng)架規(guī)劃設(shè)計(jì)往往與負(fù)荷發(fā)展脫節(jié)，負(fù)荷發(fā)展過(guò)程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變動(dòng)較大，負(fù)荷切改頻繁，造成投資浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了供電可靠性水平的提高。因此，國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的發(fā)展亟需借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)一規(guī)劃思路，采用標(biāo)準(zhǔn)化的接線模式，推行配電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)，并制定相應(yīng)的運(yùn)行管理規(guī)范和用戶(hù)接入技術(shù)規(guī)范。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)中壓電纜網(wǎng)接線模式的理論可靠性與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在一定差距，網(wǎng)絡(luò)的故障診斷、隔離和愈合過(guò)程較為復(fù)雜，且對(duì)配電自動(dòng)化的依賴(lài)程度較高，網(wǎng)架的規(guī)劃和建設(shè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的發(fā)展必須創(chuàng)新接線模式，轉(zhuǎn)變規(guī)劃思路，規(guī)范建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高供電可靠性水平，更好地服務(wù)電力用戶(hù)。

[1]李天友，金文龍，徐丙垠.配電技術(shù)[M].北京，中國(guó)電力出版社，2008.

[2]吳涵，林韓，溫步瀛，等.巴黎、新加坡中壓配電網(wǎng)供電模型啟示[J].電力與電工，2010，30（2）∶4-7.

[3]胡列翔，王偉，麻秀范，等.中壓配電網(wǎng)的衍生接線模式[J].現(xiàn)代電力，2006，23（3）∶26-30.

[4]Q/GDW 370-2009城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[5]莊雷明，張建華，劉自發(fā)，等.中壓配電網(wǎng)接線模式分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（6）∶33-37.

[6]謝曉文，劉洪.中壓配電網(wǎng)接線模式綜合比較[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009，21（4）∶94-98.

[7]DL/T 836供電系統(tǒng)用戶(hù)供電可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

（本文編輯：龔皓）

Comparison of Domestic and Foreign Medium-voltage Cable Network Connection Modes

HU Lie-xiang1，ZHANG Hong2，WANG Lei2，HE Jian-hu3
（1.Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China；2.Zhejiang Electric Power Economic Research Institute，Hangzhou 310014，China；3.Fuyang Power Supply Bureau，Hangzhou 311402，China）

The main medium-voltage cable network connection modes inParis，Singapore and China are introduced.All kinds of connection modes are compared and analyzed in terms of power supply reliability，distribution automation methods and network expansibility.And the new ideas on planning,construction and development of domestic distribution networks are discussed.

distribution network；medium-voltage cable network；connection mode；power supply reliability；grid planning

TM727

：B

：1007-1881（2012）06-0006-03

2012-02-17

胡列翔（1960-），男，浙江杭州人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行管理工作。