居民住宅小區(qū)的配電網(wǎng)用戶接入方案分析

夏 磊， 尤 佳， 王 潯， 黃一釗

(1.國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力公司， 安徽 合肥 230022)

居民住宅小區(qū)的配電網(wǎng)用戶接入方案分析

夏 磊1， 尤 佳2， 王 潯1， 黃一釗1

(1.國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力公司， 安徽 合肥 230022)

文章以某市居民小區(qū)配電網(wǎng)接線方式為例，比較了不同負荷接入條件下單、雙環(huán)網(wǎng)的特點與優(yōu)劣。在現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步調(diào)整優(yōu)化，形成滿足供電負荷增長的居民小區(qū)配電網(wǎng)運行方式與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩種優(yōu)化方案，作為指導(dǎo)新用戶接入配電網(wǎng)以及現(xiàn)有居民住宅小區(qū)用戶運行方式調(diào)整的參考依據(jù)。

居民住宅小區(qū)；配電網(wǎng)用戶；接入

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，居民用電對于供電服務(wù)以及電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求。配電電纜網(wǎng)作為城市中心區(qū)域居民住宅小區(qū)接入中壓配電網(wǎng)的主要接入方式，在不同負荷接入和不同供電區(qū)域運行條件下，其網(wǎng)架接線方式的選擇在很大程度上影響了配電網(wǎng)向居民用戶供電的可靠性與穩(wěn)定性。

文章在對某市配電網(wǎng)居民住宅小區(qū)電纜網(wǎng)存在問題現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)上，選取現(xiàn)有典型電纜網(wǎng)為范例，通過單、雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)投入、網(wǎng)架演進及運行方式分析比較，得出不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣結(jié)論，提出針對不同負荷、供電可靠性需求下各居民住宅小區(qū)的配電網(wǎng)規(guī)劃接入方案。

1 配電電纜網(wǎng)運行方式比較

1.1 電纜單環(huán)網(wǎng)特點

電纜單環(huán)網(wǎng)的主要特點是接線簡單、清晰，運行方便、靈活，有利于配電網(wǎng)絡(luò)擴展和配電自動化建設(shè)，適用于供電可靠性要求高、負荷密度較低、用電增長速度較快的城市配電網(wǎng)絡(luò)。[1]當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元故障時，可通過短時間的分段開關(guān)切換，很快恢復(fù)環(huán)網(wǎng)單元供電，大大提高了配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性。為了滿足N-1安全準(zhǔn)則要求，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中的一回進線出線故障時，另一回進線應(yīng)承擔(dān)全部用電負荷，正常運行時，每條線路應(yīng)留有50%備用容量，電纜線路負載率較低。

1.2 電纜雙環(huán)網(wǎng)特點

電纜雙環(huán)網(wǎng)是電纜單環(huán)網(wǎng)的組合，利用兩回電纜線路，可解決單環(huán)網(wǎng)供電方式中因電纜、變壓器及低壓設(shè)備故障造成的較大面積停電問題，能最大限度地確保向用戶連續(xù)供電，滿足重要用戶雙電源供電要求。與單環(huán)網(wǎng)相比，電纜雙環(huán)網(wǎng)具有接線完善、供電可靠性更高等優(yōu)點，后期各類用戶負荷可以環(huán)入環(huán)網(wǎng)且不打破現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架演進與運行方式安排更加靈活。但相同規(guī)模雙環(huán)網(wǎng)理論投資比單環(huán)網(wǎng)增加一倍，一般適用在城市市中心區(qū)繁華地段、雙電源供電的重要用戶或供電可靠性要求較高的配電網(wǎng)絡(luò)。[2]

在雙環(huán)網(wǎng)線路中，當(dāng)任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元發(fā)生故障或檢修時，低壓母聯(lián)合上，可保證用戶不間斷供電。

2 配電電纜網(wǎng)運行方式現(xiàn)狀

2.1 電纜網(wǎng)主要接線方式

某市城市配電網(wǎng)主要分為三大塊，即市中心(包括一環(huán)內(nèi)和濱湖新區(qū))、市區(qū)(包括一環(huán)至二環(huán)間以及政務(wù)區(qū)、各開發(fā)區(qū))、郊區(qū)。

配電電纜網(wǎng)主要采用單環(huán)網(wǎng)與雙環(huán)網(wǎng)兩種接線方式，其中市中心區(qū)濱湖區(qū)域采用雙環(huán)網(wǎng)，市中心區(qū)一環(huán)內(nèi)、市區(qū)(一環(huán)至二環(huán)間、政務(wù)新區(qū)、各開發(fā)區(qū))主要采用單環(huán)網(wǎng)。如表1所示。

表1 某市市區(qū)電纜網(wǎng)主要接線方式表

2.2 主要設(shè)備配置

2.2.1 電纜線路設(shè)備

電纜主干線配置YJV22-400mm2(新出線)、YJV22-300mm2(部分老出線)，支線新出線主要配置YJV22-240mm2、YJV22-120mm2等。

根據(jù)經(jīng)驗值，400mm2YJV電纜載流量在520A左右；300mm2電纜載流量在460A左右；240mm2電纜載流量在400A左右。(和敷設(shè)方式有較大關(guān)系)

2.2.2 一級(公用)開閉所或環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備

一級公用開閉所作為變電站母線的延伸，在配網(wǎng)網(wǎng)架中起到負荷分配調(diào)整作用。目前接線模式主要為單母分段，進線一般為2進，出線一般為12回，CT變比配置為進線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)配置400/5(少量配置600/5)，12回出線中每段母線各預(yù)留1回出線配置400/5(為后期可能接入第三路電源、公網(wǎng)主干線路及搶修備用)，其余出線少量(一般不超過4回)配置300/5為小區(qū)總所及個別重要大負荷供電用，剩余開關(guān)按照200/5配置；環(huán)網(wǎng)柜常規(guī)按照2進6出或2進4出配置。

2.3 小區(qū)10(20)kV接線形式

某市共計971座小區(qū)開閉所(配電房)，其中202座分所，另有353座未移交的小區(qū)開閉所。主要接線形式(超過90%)為單母分段兩路進線，少量老開閉所為單母線不分段兩路進線或單路電源。

接線方案一：小區(qū)只有1座總開閉所，則一路進線由變電站直供(少量無變電站間隔資源的也由公網(wǎng)T接)，另一路進線由公網(wǎng)T接，小區(qū)總開閉所母聯(lián)開斷運行，小區(qū)分所兩路進線電源由總所兩段母線分別提供。接線圖如圖1所示。

接線方案二：小區(qū)有2座及以上總開閉所，則一路進線也是由變電站直供(少量無變電站間隔資源的也由公網(wǎng)T接)，另一路由變電站直供或由公網(wǎng)T接，小區(qū)幾座總開閉所之間手拉手，并在其中的1座總開閉所母聯(lián)處開斷運行，小區(qū)分所兩路進線由不同的2座總開閉所分別提供。接線圖如圖2所示。

2.4 配網(wǎng)負荷分析

2014年夏季配網(wǎng)10(20)千伏最大負荷達240.8萬千瓦，配網(wǎng)公用線路、專用線路共計1093回，平均每回線路2203.1千瓦，負載率僅36.7%；2014年夏季配網(wǎng)10(20)千伏最小負荷僅70萬千瓦，平均每回線路640.4千瓦，負載率僅10.7%。

而2014年配網(wǎng)10(20)千伏重載線路達22回，平均負載率達88.8%；輕載線路達245回，平均負載率僅11.8%。通過以上分析得出配網(wǎng)超過三分之一線路重載或輕載，所帶負荷不合理，原因主要有：

(1)新小區(qū)客戶報裝容量較大，后期入住率低，導(dǎo)致占用變電站間隔資源造成線路輕載，而變電站資源緊張后其余小區(qū)大量接入公網(wǎng)線路，造成部分線路重、過載。

(2)小區(qū)自管用戶主要為高層、超高層提供電梯、水泵、應(yīng)急照明等電源，需要雙電源供電，導(dǎo)致小區(qū)開閉所運行方式上安排必須保證母聯(lián)開關(guān)處開斷狀態(tài)，造成小區(qū)僅一半負荷由專用線供電，而另一半負荷直接由公網(wǎng)供電，多個小區(qū)的另一半負荷同時接入在同一條公網(wǎng)線路上導(dǎo)致線路重、過載，而專用線路未能充分利用其容量資源。

(3)部分區(qū)域，特別是老城區(qū)變電站項目缺少，大量基建項目投運在二環(huán)外甚至城郊地區(qū)，造成重載線路(22回中的17回)集中在二環(huán)內(nèi)，而輕載線路(245回中的164回)集中在二環(huán)外，變電站不能充分發(fā)揮作用。

3 居民住宅小區(qū)用戶接入配電網(wǎng)方案

根據(jù)配電網(wǎng)現(xiàn)狀的問題，結(jié)合不同小區(qū)用戶接入容量及供電可靠性需求，提出運行方式與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩種優(yōu)化方案。

3.1 小區(qū)運行方式優(yōu)化

對于不具備網(wǎng)架調(diào)整條件的小區(qū)開閉所運行方式建議調(diào)整如下：

(1)對于兩路電源均由變電站直供的小區(qū)開閉所，暫不作調(diào)整，依然由每路電源各帶一半負荷。

(2)對于一路電源由變電站直供、另一路由公網(wǎng)T接的小區(qū)總開閉所(僅1座總所)，母聯(lián)仍然處開斷狀態(tài)，在公網(wǎng)線路負載率超過線路額定負載50%以上，通過分開閉所調(diào)整運行方式，將分開閉所負荷通過高壓全部轉(zhuǎn)移至總開閉所由變電站直供的小區(qū)開閉所母線供電，可以達到專用線帶總開閉所一半負荷以及分開閉所全部負荷的目的，公網(wǎng)T接線路僅帶總開閉所一半負荷，不帶任何分所負荷，專用線路帶小區(qū)負荷將超過75%。接線圖如圖3所示。

(3)對于一路電源由變電站直供，另一路由公網(wǎng)T接的小區(qū)2座及2座以上總開閉所，幾座開閉所手拉手，在由公網(wǎng)T接的總開閉所母聯(lián)處開斷，通過分開閉所調(diào)整運行方式，將分開閉所負荷通過高壓全部轉(zhuǎn)移至由變電站直供的小區(qū)總開閉所供電，可以達到專用線帶幾個總所全部負荷、與公網(wǎng)T接總所一半負荷以及分開閉所全部負荷的目的，公網(wǎng)T接線路僅帶1座總所的一半負荷，不帶其他總所以及分所，專用線路帶小區(qū)負荷將超過80%。接線圖如圖4所示。

(4)對于兩路電源均由公網(wǎng)T接的小區(qū)總開閉所，在具體比較分析兩路電源中的低負載率線路后，將小區(qū)主要負荷通過高壓調(diào)整運行方式轉(zhuǎn)移至低負載率線路。

(5)對于調(diào)整高壓運行方式后，仍然有部分線路重載或輕載的，可以通過調(diào)整低壓運行方式，將T接在公網(wǎng)的另一段母線出線的配變負荷由低壓調(diào)整轉(zhuǎn)移至由變電站直供開閉所母線出線的配變帶。因上面分析已指出99%的配變負載不超過50%、96%的配變負載不超過30%，因此通過配變轉(zhuǎn)移負荷基本不會造成另一配變重、過載，在調(diào)整運行方式時需核實負載率即可。

3.2 小區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于具備網(wǎng)架調(diào)整條件的小區(qū)開閉所建議按雙環(huán)網(wǎng)方式調(diào)整，方案如下：

(1)將原小區(qū)總所母聯(lián)與隔離開關(guān)柜更換為兩座進線開關(guān)柜，同一小區(qū)不同開閉所間通過新增加進線開關(guān)增加敷設(shè)兩回聯(lián)絡(luò)線，由原單環(huán)網(wǎng)演進為雙射(對射)網(wǎng)。

(2)將臨近小區(qū)新增進線相互聯(lián)絡(luò)，形成雙環(huán)網(wǎng)。

(3)小區(qū)分所及自管用戶就近接入小區(qū)總所。接線圖如圖5所示。

4 不同電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)與接線方式比較

4.1 經(jīng)濟性比較

以3.2方案中小區(qū)為例，對不同網(wǎng)架條件建設(shè)投入進行比較，小區(qū)總配、小區(qū)分配電氣一次設(shè)備投入基本不變(小區(qū)總配兩臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜需更換為進線開關(guān)柜)，外部電纜設(shè)備投入見表2。

表2 某小區(qū)新建單、雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)投入比較

由表2可以看出，不同網(wǎng)架條件下配電設(shè)備投入差異主要體現(xiàn)在外部電纜設(shè)備上，其中單環(huán)網(wǎng)電纜設(shè)備投入最小，雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)階段投入次之，雙環(huán)網(wǎng)建成投入最大，雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)階段與建成階段分別較單環(huán)網(wǎng)需多投入8%和13.4%，建設(shè)投入差距不大。主要原因為雙環(huán)網(wǎng)與單環(huán)網(wǎng)相比小區(qū)總配間增加一回聯(lián)絡(luò)線，增加了總配進線和聯(lián)絡(luò)電纜長度；雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)下小區(qū)分配電源可以就近接入附近的小區(qū)總配，減少了分配接入電纜長度。

同時通過計算可以得出不同開閉所數(shù)量小區(qū)單、雙環(huán)網(wǎng)投入差距，見表3。

表3 不同類型小區(qū)新建單、雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)投入差距比較

注：表格中數(shù)值以單環(huán)網(wǎng)投入為基準(zhǔn)，按100%計，各模式均假設(shè)小區(qū)總所與分所按1∶1配置。

4.2 可靠性比較

針對不同網(wǎng)架采用網(wǎng)絡(luò)等值法分別對單環(huán)網(wǎng)及雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架進行供電可靠性計算評估[3]。對電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)僅考慮開關(guān)及電纜設(shè)備故障對可靠性影響，參照2014年某市市區(qū)供電可靠性統(tǒng)計，電纜線路故障率取0.0028次/a·km，平均修復(fù)時間為8h；開關(guān)故障率取0.004次/年，開關(guān)可靠工作概率為99.9%，操作時間為30min。將小區(qū)分配每段母線負荷簡化等效為主干網(wǎng)單一負荷點，分別計算各環(huán)網(wǎng)供電可靠性，公式如下：

RS=[1-ΣλiriNi/(ΣNi×8760)]×100%

式中，λi指負荷點i故障率，Ni為負荷點i用戶數(shù)，ri為負荷點i的故障平均持續(xù)時間。分別得到單環(huán)網(wǎng)與雙環(huán)網(wǎng)供電可靠率理論計算值如表4所示。

表4 單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)供電可靠率理論計算對比

由表4可以看出，不同接線方式的電纜單環(huán)網(wǎng)供電可靠率理論計算值已接近4個“9”，如采用雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架，其供電可靠率理論計算值可達到5個“9”，明顯高于單環(huán)網(wǎng)水平。

4.3 網(wǎng)架演進比較

目前某市市區(qū)單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下采用小區(qū)總-分配模式供電的小區(qū)配電室共549個，其中小區(qū)總配345個，小區(qū)分配204個，小區(qū)總配與分配數(shù)量比例為1.7∶1，小區(qū)總配帶公用配變?nèi)萘拷?20萬千伏安，小區(qū)分配帶公用配變?nèi)萘?0萬千伏安，配變?nèi)萘勘壤秊?.4∶1，小區(qū)分配在小區(qū)居民用戶供電起重要作用。為保證小區(qū)分配的雙電源供電，小區(qū)分配進線必須接在不同電源點總所母線下，導(dǎo)致了分配接入電纜長度增加，對小區(qū)總配設(shè)備要求更高，也限制了不同小區(qū)的配電室接入同一單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架。

雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)接線具有很高的供電靈活性和可靠性，采用雙環(huán)網(wǎng)接線可以解決小區(qū)分配接入問題，減少小區(qū)分配的接入電纜投入[4]。不同小區(qū)配電室可以環(huán)入同一雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架，在一定程度上可以緩解市區(qū)配網(wǎng)部分區(qū)域上級變電站、公用開關(guān)站布點不足的問題。根據(jù)雙環(huán)網(wǎng)線路負載情況，新建小區(qū)配電室可以開入負載較輕的已成型雙環(huán)網(wǎng)中，解決線路負載分布不均衡，合理分配變電站、公用開關(guān)站間隔資源。在雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，小區(qū)總配作為公用開關(guān)站同一層級設(shè)備串入主網(wǎng)架中，可以有效解決單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架中層級過多、配電室串供等問題。

4.4 運行方式比較

現(xiàn)有單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，為了保證自管用戶及不移交開閉所雙電源供電，運行開環(huán)點必須設(shè)置在兩個小區(qū)總配間或小區(qū)總配母聯(lián)處，對于部分另一路電源T接在公網(wǎng)架空線路上的小區(qū)，此種運行方式有可能導(dǎo)致公網(wǎng)架空線路重載，而變電站(公用開關(guān)站)供電電纜線路輕載。如采用雙環(huán)網(wǎng)供電，自管用戶將始終由雙電源供電，網(wǎng)架的運行方式更加靈活。[5]

5 結(jié)論

文章以某市居民小區(qū)配電網(wǎng)為例，通過分析計算，比較了不同負荷接入條件下單、雙環(huán)網(wǎng)的特點與優(yōu)劣。從經(jīng)濟性方面看，雙環(huán)網(wǎng)建設(shè)投入要略高于單環(huán)網(wǎng)，但兩者差距不大；從規(guī)劃運行方面看，在建設(shè)投入差距不大的情況下，電纜雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)架演進與運行方式調(diào)整更加靈活，有利于配網(wǎng)電源點建設(shè)布點、間隔資源分配利用和用戶接入控制；從供電可靠性來看，電纜雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于單環(huán)網(wǎng)。

綜合各方面因素，電纜雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)適合于更高供電可靠性需求且用戶接入負荷密度較大的居民住宅小區(qū)用戶，尤其適合分期開發(fā)的大型居住類型地塊的新建接入，電纜單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要適用于對于供電可靠性沒有特殊要求或不具備雙環(huán)網(wǎng)接入條件的居民住宅小區(qū)，對于該類區(qū)域的接入方式選擇應(yīng)謹(jǐn)慎專題論證。

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[責(zé)任編輯：王敏]

User Access Scheme of Distribution Network in Residential Areas

XIALei1,YOUJia2,WANGXun1,HUANGYi-zhao1

(1.StateGridHefeiPowerSupplyCompany,Hefei230022,China;2.StateGridAnhuiElectricPowerCorporation,Hefei230022,China)

This paper utilizes a city residential area distribution network connection mode as an example, compares the advantages and disadvantages between single loop network characteristics and double loop network characteristics in the different load conditions. Further adjustment and optimization are made on the basis of the existing ring network structure, two prioritization schemes to meet the growth power load of residential area distribution network on running mode and network structure are formed, as a reference base for guiding new user access in distribution network and adjusting the running mode of the existing residential area users.

residential area; distribution network user; access

2015-03-11

夏 磊(1980-)，男，安徽長豐人，國網(wǎng)合肥供電公司，工程師，主要從事電網(wǎng)生產(chǎn)、運行、規(guī)劃管理工作。 尤 佳(1981-)，女，安徽六安人，國網(wǎng)合肥供電公司，工程師，主要從事供用電管理、電力市場、客戶服務(wù)專業(yè)研究。 王 潯(1982-)，男，安徽合肥人，國網(wǎng)合肥供電公司，工程師，主要從事城市配電網(wǎng)規(guī)劃、運行管理、建設(shè)與改造研究。 黃一釗(1988-)，男，江蘇無錫人，國網(wǎng)合肥供電公司，助理工程師，主要從事配電網(wǎng)運行、信息化工作。

TM727.2

A

1672-9706(2015)03- 0017- 06