20kV配電網(wǎng)接線方式比較

彭平

深圳供電規(guī)劃設計院有限公司 廣東深圳 518000

摘要：本文主要介紹目前20kV配電網(wǎng)常用接線方式的特點及適用范圍，然后通過建模計算得出各種接線方式可靠性、經(jīng)濟性數(shù)據(jù)，并比較了開環(huán)和合環(huán)運行方式的差異。

關鍵詞：20kV；配電網(wǎng)；接線方式；開環(huán)；合環(huán)

1 20kV配電網(wǎng)主要接線方式

目前國內(nèi)、國際上20kV配電網(wǎng)常用的接線方式主要有以下五種：

開環(huán)運行：單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、三供一備；

合環(huán)運行：新加坡花瓣接線、香港接線。

2接線方式介紹

2.1單環(huán)網(wǎng)

2.1.1特點

自同一供電區(qū)域的兩個變電站的中壓母線，或一個變電站的不同中壓母線饋出單回線路構成單環(huán)網(wǎng)，開環(huán)運行。任何一個區(qū)段故障，閉合聯(lián)絡開關，將負荷轉供到相鄰饋線，完成轉供，在滿足“N-1”的前提下，主干線正常運行時的負載率僅為50%。由于各個環(huán)網(wǎng)點都有兩個負荷開關（或斷路器），可以隔離任意一段線路的故障，客戶的停電時間大為縮短，只有在終端變壓器（單臺配置）故障時，客戶的停電時間是故障的處理時間，供電可靠性比單電源輻射式大大提高。單環(huán)網(wǎng)典型接線如圖1所示。

圖1 單環(huán)網(wǎng)典型接線圖

一般采用異站單環(huán)接線方式，不具備條件時采用同站不同母線單環(huán)接線方式。

優(yōu)點：供電可靠性高，接線簡單，運行方便，可滿足N-1安全準則。

缺點：線路利用率較低，僅為50%。

2.1.2適用范圍

單環(huán)接線主要適用于城市一般區(qū)域（負荷密度不高、可靠性要求一般的區(qū)域），工業(yè)開發(fā)區(qū)以及中小容量單路用戶集中的電纜化區(qū)域。

這種接線方式可以應用于電纜網(wǎng)絡建設的初期階段，對環(huán)網(wǎng)點處的環(huán)網(wǎng)開關考慮預留，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，在不同的環(huán)之間通過建立聯(lián)絡，就可以發(fā)展為更為復雜的接線方式。所以，它還適用于城市中心區(qū)、繁華地區(qū)建設的初期階段。

2.2雙環(huán)網(wǎng)

2.2.1特點

自同一供電區(qū)域兩個變電站的不同段母線各引出一回線路或同一變電站的不同段母線各引出一回線路，構成雙環(huán)式接線。與電纜單環(huán)網(wǎng)相比，雙環(huán)網(wǎng)更易于為用戶提供雙路電源供電，一條電纜故障時，用戶配變可切換到另一條電纜上。按環(huán)網(wǎng)單元雙母線是否設置分段，雙環(huán)網(wǎng)有開關型式和兩個獨立單環(huán)網(wǎng)型式。如果環(huán)網(wǎng)單元采用雙母線不設分段開關的模式，雙環(huán)網(wǎng)本質(zhì)上是兩個獨立的單環(huán)網(wǎng)，在滿足“N-1”的前提下，主干線正常運行時負載率僅為50%。雙環(huán)網(wǎng)典型接線如圖2所示。

（a）開關站式

（b）兩個獨立單環(huán)網(wǎng)式

圖2 雙環(huán)網(wǎng)典型接線圖

A、開關站型式

優(yōu)點：供電可靠性高，設備利用率為50%情況下，滿足N-1-1要求。滿足N-1情況下，設備利用率為75%。

缺點：結構復雜，投資高。

B、兩個獨立單環(huán)型式

滿足N-1安全準則，設備利用率為50%；方便為沿線可靠性要求高的中小用戶提供雙電源。

2.2.2適用范圍

雙環(huán)式接線適用于負荷密度大，對可靠性要求高的城市核心區(qū)、繁華地區(qū)，如高層住宅區(qū)、多電源用戶集中區(qū)的配電網(wǎng)。

2.3三供一備

2.3.1特點

指三條電纜線路連成電纜環(huán)網(wǎng)運行，另外一條線路作為公共的備用線路。備用線路正常運行時不帶負荷，非備用線路可滿載運行，若某條運行線路出現(xiàn)故障，可以通過切換將備用線路投入運行，其設備利用率為75%。三供一備典型接線如圖3所示。

圖3 三供一備典型接線圖

優(yōu)點：供電可靠性高，滿足N-1安全準則，設備利用率高，可達75%。

缺點：受地理位置及負荷分布等因素的影響較大。

2.3.2適用范圍

三供一備接線方式適用于負荷密度較高、較大容量用戶集中、可靠性要求較高的區(qū)域，建設備用線路亦可作為完善現(xiàn)狀網(wǎng)架的改造措施，用來緩解運行線路重載，以及增加不同方向的電源。

2.4 新加坡花瓣接線

2.4.2特點

新加坡的輸配電網(wǎng)電壓等級分為400kV、230kV、66kV、22kV、6.6kV和400V等，其中配電網(wǎng)（66/22kV）采用以變電站為中心的“花瓣形”接線，每個“花瓣”為同一變電站不同變壓器之間的環(huán)網(wǎng)線路。正常運行的時候采用的是兩臺變壓器提供的兩個電源為并列運行。環(huán)網(wǎng)不同電源變電站的花瓣間設置1～3個備用聯(lián)絡，開環(huán)運行。新加坡配電網(wǎng)花瓣式接線如圖4所示。

圖4 新加坡配電網(wǎng)花瓣式接線圖

66/22kV變電站主接線采用單母線分段方式，兩條進線，兩臺變壓器容量分別是75MVA，兩段母線的最大負荷不超過一臺變壓器的容量（75MVA）。

每一個22kV供電環(huán)上供電開關點不超過10個，最大容量不超過15MVA，環(huán)網(wǎng)最大負荷電流不超400A，且每個環(huán)網(wǎng)所帶的總負荷最多為其能力的50%，這樣就有足夠的負荷轉換能力。

66/22kV變電站每條母線的出線不超過8條，與本站另一條母線構成環(huán)，并且通過聯(lián)絡開關與另一變電站的供電環(huán)相連。線路開關具有開斷故障電流的能力，系統(tǒng)短路水平不超過25KA，短路切除時間不大于3秒。供電環(huán)正常情況下閉環(huán)運行，兩個開關點之間，采用縱聯(lián)差動保護，在環(huán)網(wǎng)段間任一點出現(xiàn)故障，其他用戶都不會發(fā)生斷電的情況，只有故障點才會暫時停電。但系統(tǒng)短路電流水平較高，且配電站的二次保護配置比較復雜。

優(yōu)點：供電可靠性高，可滿足N-1-1安全準則。

缺點：線路利用率低，為50%，且系統(tǒng)短路電流水平較高，二次保護配置比較復雜。

2.4.2N-1與N-2供電方式簡介

（1）N-1

當單個環(huán)網(wǎng)的某點出現(xiàn)故障時，該環(huán)網(wǎng)變成單電源的運行方式。與之聯(lián)絡的另外一個變電站的環(huán)網(wǎng)運行方式不變?！盎ò晷巍本W(wǎng)絡N-1供電方式如圖5所示。

圖5 “花瓣形”網(wǎng)絡N-1供電方式圖

（2）N-2

當單個環(huán)網(wǎng)的電源出現(xiàn)故障時，該環(huán)網(wǎng)的負荷全部轉移到與之聯(lián)絡的環(huán)網(wǎng)上?！盎ò晷巍本W(wǎng)絡N-2供電方式如圖6所示。

圖6 “花瓣形”網(wǎng)絡N-2供電方式圖

2.5香港接線

香港中電的配電網(wǎng)電壓等級主要有33kV和11kV兩種，作為城市的主要配電網(wǎng)架，電纜覆蓋率達100%。132kV變電站變壓器低側使用雙母線斷路器，每個11kV母線均由兩臺及以上的變壓器進行供電，滿足主變N-1；11kV出線平均每3-4條相互形成一個環(huán)網(wǎng)，合環(huán)運行，線路滿足N-1，2個環(huán)網(wǎng)之間設置聯(lián)絡斷路器，配電開關房之間采用差動保護系統(tǒng)預防電纜故障，配電變壓器用短路電流保護系統(tǒng)。380V低壓線環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行，每一個客戶至少有兩路低壓電源供電。因此，在中壓配電線路發(fā)生故障時，縱差保護能實現(xiàn)就地隔離故障線路，使其分列運行，實現(xiàn)不間斷供電；在低壓線路故障時，可以在最短時間內(nèi)采用另一路低壓線路恢復供電。中電電網(wǎng)結構如圖7所示。

圖1-8 中電配電網(wǎng)結構圖

優(yōu)點：供電可靠性高，滿足N-1安全準則，線路利用率高，可達75%。

缺點：線路N-1-1時會損失部分負荷，變電站母線檢修時，萬一線轉供負荷較少。

圖7 中電配電網(wǎng)結構圖

3各接線方式技術經(jīng)濟指標及運行方式比較

3.1技術經(jīng)濟指標比較

經(jīng)建模比較，各接線方式相應技術經(jīng)濟指標結果如下：

3.2開環(huán)、合環(huán)運行方式比較

配電網(wǎng)開環(huán)、合環(huán)運行方式比較如下：

4結論

開環(huán)運行的單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、三供一備接線經(jīng)濟性較好，單位負荷投資低于合環(huán)運行的花瓣、香港接線。但是，單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、三供一備接線的供電可靠性水平較低，不能達到99.999%。

合環(huán)運行的花瓣、香港接線供電可靠性水平較高，但由于合環(huán)運行對開關設備、二次保護的要求提高，投資也明顯增加。