中壓配電網(wǎng)典型接線模式綜述

武奕彤，李立生，孫冰

（1.山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；3.國(guó)網(wǎng)山東煙臺(tái)市牟平區(qū)供電公司，山東煙臺(tái)264100）

中壓配電網(wǎng)典型接線模式綜述

武奕彤1，李立生2，孫冰3

（1.山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；3.國(guó)網(wǎng)山東煙臺(tái)市牟平區(qū)供電公司，山東煙臺(tái)264100）

中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)可靠性，分別對(duì)國(guó)內(nèi)架空和電纜網(wǎng)的接線模式進(jìn)行分析，總結(jié)出各種接線模式的特點(diǎn)、供電可靠性及適用范圍；同時(shí)對(duì)國(guó)外的幾種典型接線模式進(jìn)行分析，并與我國(guó)相同接線模式進(jìn)行對(duì)比，對(duì)實(shí)際工作中的配網(wǎng)規(guī)劃與改造有一定指導(dǎo)意義。

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

0　引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力需求也日益增強(qiáng)，配電網(wǎng)的建設(shè)也隨之增加，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)能夠解決配電網(wǎng)的運(yùn)行管理以及線路負(fù)荷分配不均等一系列問(wèn)題，促進(jìn)電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是配電網(wǎng)規(guī)劃與改造工作中的重點(diǎn)之一，而接線模式是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本反映，它不僅牽涉到電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，而且對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義［1-2］。因此，配電網(wǎng)接線模式及其可靠性研究成為當(dāng)前電網(wǎng)研究的重要課題之一。下面分別對(duì)國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)的典型接線模式進(jìn)行分析比較。

1　國(guó)內(nèi)配電架空網(wǎng)接線模式

1.1單輻射

配電架空網(wǎng)單輻射接線結(jié)構(gòu)如圖1所示，架空線路的末端沒(méi)有其能夠聯(lián)絡(luò)的電源，每條出線（主干線）均可滿載運(yùn)行［3］。這種中壓配電網(wǎng)接線模式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配電線路和高壓開(kāi)關(guān)柜數(shù)量少、投資小，新增負(fù)荷和線路的維護(hù)都比較方便，缺點(diǎn)是故障影響范圍大，供電可靠性較差，當(dāng)線路或電源故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致全線停電。

圖1　單輻射結(jié)構(gòu)

適用場(chǎng)合：多用于負(fù)荷密度較低的郊縣區(qū)域，或?qū)╇娍煽啃砸蟛桓叩某鞘袇^(qū)域。

1.2手拉手接線

手拉手式接線是目前城市配電網(wǎng)中普遍使用的一種接線方式，結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)兩條主干線路末端的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)直接聯(lián)絡(luò)，實(shí)行環(huán)網(wǎng)接線，正常情況下開(kāi)環(huán)運(yùn)行。當(dāng)主干線路上某一段線路或環(huán)網(wǎng)設(shè)備故障、線路檢修或維護(hù)時(shí)，可通過(guò)分段開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，隔離故障區(qū)段，確保非故障段正常供電，大大提高了系統(tǒng)供電可靠性［4］。

圖2　手拉手接線模式結(jié)構(gòu)

此種接線方式的優(yōu)點(diǎn)是比單輻射接線模式更可靠，接線清晰，運(yùn)行靈活。線路或電源故障時(shí)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)切換使非故障段恢復(fù)供電，負(fù)載率為50%。缺點(diǎn)是該接線方式要求每條線路具有50%的備供能力，以滿足配電網(wǎng)絡(luò)N-1安全準(zhǔn)則要求。

適用范圍：用于負(fù)荷密度不高，用電增長(zhǎng)速度較快，配電網(wǎng)管理水平較低的城市配電網(wǎng)絡(luò)。

1.3多分段多聯(lián)絡(luò)

多分段多聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示，架空線路宜采用多分段多聯(lián)絡(luò)的接線方式，線路分段一般為2～3段，每一分段的負(fù)荷容量宜控制在2 000～3 000 kVA，聯(lián)絡(luò)一般設(shè)置2～3個(gè)。優(yōu)先采取線路尾端聯(lián)絡(luò)，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)線路大支線的聯(lián)絡(luò)。這種接線模式，通過(guò)在干線上加裝分段斷路器把每條線路進(jìn)行分段，并且每一分段都有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與其他線路連接，當(dāng)任何一段出現(xiàn)故障時(shí)，均不影響另一段正常供電，這樣使每條線路的故障范圍縮小，可提高供電可靠性［5-6］。

適用范圍：多分段多聯(lián)絡(luò)接線模式適用于負(fù)荷密度較高，對(duì)供電可靠性要求較高的城網(wǎng)地區(qū)，并且允許架空線路供電的區(qū)域，聯(lián)絡(luò)線可以就近引接。

圖3　多分段多聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2　國(guó)內(nèi)配電電纜網(wǎng)接線模式

2.1放射式

1）單射。單射結(jié)構(gòu)如圖4所示，電纜線路末端沒(méi)有其他能夠聯(lián)絡(luò)的電源，單射接線的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、投資小，新增負(fù)荷時(shí)連接方便，線路可以滿載運(yùn)行。但其缺點(diǎn)也很明顯，主要是電纜故障多為永久性故障，故障影響時(shí)間長(zhǎng)、范圍大，供電可靠性較差。

圖4　單射式結(jié)構(gòu)

此接線方式與架空網(wǎng)單輻射接線方式類(lèi)似，線路最大負(fù)載率為100%，無(wú)備用電源，不能轉(zhuǎn)供負(fù)荷。通過(guò)加裝重合器、分段器、故障指示器，達(dá)到自動(dòng)隔離和快速恢復(fù)供電要求。

2）雙射。雙射結(jié)構(gòu)如圖5所示，雙射接線方式是由一座變電站或開(kāi)關(guān)站的不同中壓母線引出雙回線路形成，或者由同一供電區(qū)域不同變電站引出的雙回線路形成。當(dāng)在有條件的情況下，能夠過(guò)渡到雙環(huán)網(wǎng)接線方式。高負(fù)荷密度地區(qū)可自不同10 kV母線引出兩回或三回線路，形成雙射接線和三射接線方式。

圖5　雙射式結(jié)構(gòu)

適用范圍：用于對(duì)供電可靠性要求很高的供電區(qū)域的重要用戶，如大城市中心區(qū)負(fù)荷密度高的重要密集用戶。

2.2環(huán)網(wǎng)式

1）單環(huán)網(wǎng)。

單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，這種接線模式是電纜線路環(huán)網(wǎng)中最為基本的形式，單環(huán)網(wǎng)電源來(lái)自不同變電站，也可來(lái)自同一變電站的不同母線，每條主干線路負(fù)載率應(yīng)控制在50%左右。單環(huán)網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)點(diǎn)一般為環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉所，所接配變?nèi)萘浚ê脩簦┮话銘?yīng)≤8 000 kVA，選取中部位置開(kāi)環(huán)運(yùn)行，每個(gè)電纜環(huán)網(wǎng)柜出線所接的用戶數(shù)量根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和容量確定，不宜過(guò)多，一般為5～8個(gè)，不宜超過(guò)10個(gè)。由于各個(gè)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)都有兩個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)或斷路器，可以隔離任意一段線路的故障，用戶感受到的停電時(shí)間大為縮短［5］。

圖6　單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

適用范圍：?jiǎn)苇h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)適用于城市核心區(qū)、繁華地區(qū)建設(shè)的初期階段或城市周邊對(duì)市容及供電可靠性都有一定要求的地區(qū)。

2）雙環(huán)網(wǎng)。

雙環(huán)網(wǎng)包括兩種方式，一種是由兩個(gè)獨(dú)立單環(huán)構(gòu)成：該接線模式能夠滿足N-1安全準(zhǔn)則，運(yùn)行負(fù)載率為50%，方便為沿線對(duì)供電可靠性要求高的中小用戶提供雙電源。

另一種是由開(kāi)關(guān)站形成的雙環(huán)網(wǎng)：該接線模式供電可靠性高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可滿足N-1-1安全準(zhǔn)則，運(yùn)行負(fù)載率為50%，滿足N-1情況下，運(yùn)行負(fù)載率為75%。其結(jié)構(gòu)如圖7所示，該種接線類(lèi)似于架空線路的多分段多聯(lián)絡(luò)接線模式。當(dāng)其中一條線路故障時(shí)，整條線路可以劃分為若干部分被其余線路轉(zhuǎn)供，供電可靠性較高，運(yùn)行較靈活。

開(kāi)關(guān)站形成雙環(huán)網(wǎng)的最大優(yōu)勢(shì)是能夠提高線路的理論負(fù)載率，這種接線模式最高運(yùn)行負(fù)載率為75%。隨著城市建設(shè)發(fā)展，局部地區(qū)負(fù)荷水平逐步增大，出現(xiàn)負(fù)荷密度很高或者電纜環(huán)網(wǎng)線路密集時(shí)，在原有單環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，尋找合適的環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，在環(huán)網(wǎng)點(diǎn)間線路上添加聯(lián)絡(luò)線，即可發(fā)展為這種理論負(fù)載率較高的接線模式，可以適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展。

圖7　雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

適用范圍：適用于城市核心區(qū)、繁華地區(qū)，負(fù)荷密度發(fā)展到相對(duì)較高水平的區(qū)域。

3）N供一備。

這種接線模式隨著N值的不同，其運(yùn)行靈活性、供電可靠性以及線路的平均負(fù)載率均有所不同，一般情況下，二供一備和三供一備的接線模式比較理想，總線路利用率分別為67%和75%，如圖8和圖9所示。四供一備及四以上的接線模式比較復(fù)雜，操作也比較復(fù)雜，而且聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，投資較大，線路載流量利用率的提高已不明顯［7］。

圖8　二供一備接線模式

圖9　三供一備接線模式

適用范圍：適用于負(fù)荷發(fā)展已經(jīng)飽和，供電網(wǎng)絡(luò)按最終規(guī)模一次規(guī)劃建成的地區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性較高，線路的理論利用率較高。

4）開(kāi)閉所接線。

開(kāi)閉所接線模式如圖10，這種接線模式實(shí)際上就是從同一變電所的不同母線或不同變電所引出主干線連接至開(kāi)閉所，再?gòu)拈_(kāi)閉所引出電纜線路帶負(fù)荷。每個(gè)開(kāi)閉所具有兩回進(jìn)線，當(dāng)開(kāi)閉所的其中一回進(jìn)線出現(xiàn)故障時(shí)，另一回進(jìn)線應(yīng)能轉(zhuǎn)帶全部負(fù)荷，這樣，每回進(jìn)線應(yīng)有50%的備用容量，能夠滿足N-1準(zhǔn)則。在開(kāi)閉所出線為放射狀時(shí)，開(kāi)閉所的出線均可滿載運(yùn)行［8］。

圖10　不同母線出線連接開(kāi)閉所接線模式

適用范圍：用于負(fù)荷中心距電源較遠(yuǎn)，或出線間隔、線路走廊困難的區(qū)域。

3　國(guó)外配電網(wǎng)典型接線模式

近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，中壓配電網(wǎng)逐步向自動(dòng)化、智能化方向邁進(jìn)。國(guó)外中壓配電網(wǎng)有許多各具特色的接線模式，如日本多分段多聯(lián)絡(luò)、新加坡閉環(huán)網(wǎng)、法國(guó)手拉手接線模式和美國(guó)4×6網(wǎng)絡(luò)接線。

日本中壓線路主要采用多分段多聯(lián)絡(luò)的接線模式，與我國(guó)實(shí)行的多分段多聯(lián)絡(luò)接線模式相仿。但與我國(guó)的不同之處在于，其中壓饋線聯(lián)絡(luò)數(shù)與分段數(shù)均大于我國(guó)，因此中壓配電網(wǎng)的接線更加復(fù)雜，轉(zhuǎn)移負(fù)荷更加靈活。

新加坡閉環(huán)網(wǎng)接線與我國(guó)接線方式最大的不同之處在于中壓饋線不是通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)連接，而是直接形成電氣上的連接，即中壓饋線形成環(huán)網(wǎng)。

新加坡地區(qū)22 kV典型網(wǎng)架如圖11所示，66 kV/22 kV變電站主接線采用單母線分段方式，每段母線的出線不超過(guò)8條。變電站出線與本站另一條母線構(gòu)成環(huán)，且通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與另一個(gè)變電站的供電環(huán)相連。正常情況下，供電環(huán)閉環(huán)運(yùn)行，兩個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)之間采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，不同電源變電站的每?jī)蓚€(gè)環(huán)網(wǎng)間又相互聯(lián)絡(luò)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行［2］。

圖11　新加坡典型接線模式

法國(guó)的典型接線模式是手拉手接線，與我國(guó)的不同之處在于，法國(guó)的手拉手接線主要有三種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，適用不同負(fù)荷區(qū)域：第一種是變電站間雙環(huán)網(wǎng)，配變雙T接入，適用于城市高負(fù)荷密度地區(qū)；第二變電站間單環(huán)網(wǎng)，配變開(kāi)斷接入，適用于城市地區(qū)；第三變電站間單環(huán)網(wǎng)，配變T狀接入，適用于非城市地區(qū)（城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村），如圖12所示。

美國(guó)中壓饋線接線模式采用4×6網(wǎng)絡(luò)接線，該接線模式由4個(gè)電源點(diǎn)和6條手拉手線路組成，任何2個(gè)電源點(diǎn)之間都存在聯(lián)絡(luò)或者可轉(zhuǎn)供通道。聯(lián)絡(luò)線將供電區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)孔，任一網(wǎng)孔的電源均可由多個(gè)變電站提供。這種組織形式具有較高的網(wǎng)絡(luò)接線清晰度其接線如圖13所示［2］。

圖12　法國(guó)典型接線模式

圖13　美國(guó)4×6接線模式

與我國(guó)的典型接線模式相比，美國(guó)城市中壓電網(wǎng)最典型的特點(diǎn)是采用單元型組合方式。在這種組合形勢(shì)下，若干變電站構(gòu)成一組，中壓饋線的聯(lián)絡(luò)只在組間進(jìn)行，聯(lián)絡(luò)線將供電區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)孔，任一網(wǎng)孔的電源均可由多個(gè)變電站提供，很大程度上提高組合區(qū)域內(nèi)的供電可靠率

4　結(jié)語(yǔ)

分別對(duì)國(guó)內(nèi)外配電網(wǎng)的典型接線模式進(jìn)行了分析和對(duì)比，重點(diǎn)對(duì)其特點(diǎn)、供電可靠性和適用范圍進(jìn)行分析，指出國(guó)外配電網(wǎng)典型接線模式與國(guó)內(nèi)相應(yīng)接線模式的不同之處，對(duì)實(shí)際工作中的配網(wǎng)規(guī)劃與改造有一定的指導(dǎo)意義。

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Overview on Typical Connection Mode of Medium Voltage Distribution Network

WU Yitong1，LI Lisheng2，SUN Bing3
（1.Shandong Experimental High School，Jinan 250001，China；2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；3.State Grid Yantai Muping Power Supply Company，Yantai 264100，China）

The scientificity and rationality of medium voltage distribution network structure are related to the economic and reliability of the power grid.In this paper，typical connection modes of overhead lines and cables in China are respectively analyzed，and characteristics，the power supply reliability and application of various kinds of connection modes are summarized. At the same time，several typical network connection modes abroad are analyzed，and compared with the same connection mode in China.Guiding significance are provided on the planning and reconstruction of the actual distribution network in this paper.

medium voltage distribution network；typical connection mode；power supply reliability；distribution network planning

TM711

A

1007－9904（2015）12－0037－05

2015-11-30

武奕彤（1998），女，參與配電網(wǎng)研究工作；

李立生（1973），男，高工，從事配電網(wǎng)研究工作。