建設(shè)20kV綠色配電網(wǎng) 打造橫琴智能生態(tài)島

為助力珠海市橫琴島的規(guī)劃發(fā)展，迎合國(guó)家多功能“自貿(mào)區(qū)”的發(fā)展需求，開(kāi)啟“智能島”的先進(jìn)示范效應(yīng)，從擴(kuò)大輸電量、節(jié)約資源、減少損耗、低碳環(huán)保等多方面考慮，滿足未來(lái)發(fā)展的需求，打造“智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)”作為示范建設(shè)項(xiàng)目的核心理念，成為我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的名片，珠海供電局從2012年就開(kāi)始謀劃對(duì)橫琴進(jìn)行20kV電壓等級(jí)全面改造。整個(gè)橫琴島區(qū)域規(guī)劃采用220千伏直降20千伏電壓等級(jí)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)3年20千伏配電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)踐，于2016年全面完成橫琴島20kV升壓改造，成為全國(guó)首家完全由20kV供電的智能電網(wǎng)。

一、橫琴島概況

橫琴島位于廣東省珠海市，面積約106．46平方公里，毗鄰港澳，與澳門一河相通，處于“一國(guó)兩制”的交匯點(diǎn)和“內(nèi)外輻射”的結(jié)合部。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，當(dāng)?shù)刂铝Υ蛟斐蔀檫B通港澳、區(qū)域共建的“開(kāi)放島”，經(jīng)濟(jì)繁榮、宜居宜業(yè)的“活力島”，知識(shí)密集、信息發(fā)達(dá)的“智能島”，資源節(jié)約、環(huán)境友好的“生態(tài)島”。在升壓改造前，橫琴島全部采用10kV電壓等級(jí)供電，共存在公用線路10回，專用線路7回。

二、配電網(wǎng)改造

1.確定電壓等級(jí)

為了打造節(jié)能環(huán)保的綠色電網(wǎng)，珠海供電局明確總體技術(shù)路線，決定將橫琴島原10kV中壓配電網(wǎng)全面升級(jí)改造為20kV電壓等級(jí)。將中壓配電電壓等級(jí)提高至20kV后，一方面能夠提高線路的輸送容量，增加高壓變電站容量，從而節(jié)約線路走廊和站點(diǎn)，有利于解決負(fù)荷密度較高、大容量用戶較多的城市中心區(qū)線路走廊和站點(diǎn)資源受限、變電站出線困難的問(wèn)題；另一方面可以降低線路電壓損失，提高電壓質(zhì)量，增大供電距離，有利于解決低負(fù)荷密度區(qū)需要遠(yuǎn)距離供電的問(wèn)題。不僅如此，20kV電壓等級(jí)還可以減少變電站GIS間隔、主變壓器和中置柜的數(shù)量以及各變電站所的電纜、橋架和安裝費(fèi)用，大大節(jié)省變電站用地和土建成本。同時(shí)，與傳統(tǒng)的220/110/10kV模式相比，220/20kV模式除了節(jié)約用地，還可進(jìn)一步減少電力在輸送過(guò)程中的損耗，并節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)投資，是一種綠色環(huán)保的新型配電網(wǎng)。

圖1 分層配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?/p>

2.明確網(wǎng)架原則

為適應(yīng)高可靠性和故障快速自愈的要求并充分發(fā)揮20kV電壓等級(jí)優(yōu)勢(shì)，橫琴新區(qū)20kV配網(wǎng)按“雙鏈環(huán)主干配接線模式”的高可靠先進(jìn)配電網(wǎng)建設(shè)（見(jiàn)圖1），網(wǎng)架可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷層故障快速切除、主干和支線層故障快速隔離并實(shí)現(xiàn)區(qū)域自愈。

（1）橫琴新區(qū)全區(qū)配網(wǎng)供電范圍以20kV網(wǎng)格狀主干網(wǎng)絡(luò)覆蓋，每條主干由兩個(gè)不同變電站的兩條不同20kV母線各出一回饋線形成雙回手拉手接線，每條主干上布置2-3個(gè)主干配電房（或稱開(kāi)閉所，以下簡(jiǎn)稱“主干配”），中間設(shè)置開(kāi)環(huán)點(diǎn)開(kāi)環(huán)運(yùn)行。主干配進(jìn)出線按斷路器+保護(hù)測(cè)控一體化自動(dòng)化終端配置。

（2）主干配不同電源點(diǎn)的分支線在主干網(wǎng)格內(nèi)形成開(kāi)環(huán)的支線環(huán)網(wǎng)，支線環(huán)網(wǎng)上按支線載流量設(shè)置一定數(shù)量的環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜（以下簡(jiǎn)稱“次干配”），為網(wǎng)格內(nèi)公用負(fù)荷和小容量專線負(fù)荷提供接入點(diǎn)。網(wǎng)格內(nèi)不同的支線環(huán)網(wǎng)建立常開(kāi)聯(lián)絡(luò)線。“次干配”的進(jìn)出線也按照斷路器+保護(hù)測(cè)控一體化智能終端配置。

3.實(shí)施改造方案

制定《橫琴新區(qū)配電網(wǎng)升壓改造建設(shè)方案》（簡(jiǎn)稱“方案”），明確改造的目標(biāo)要求、反映10kV配網(wǎng)現(xiàn)狀、制定20kV規(guī)劃建設(shè)原則、體現(xiàn)升壓改造思路及配套政策、落實(shí)改造進(jìn)度計(jì)劃等，指導(dǎo)橫琴新區(qū)升壓改造，確保各項(xiàng)工作有序開(kāi)展;制定配網(wǎng)升壓改造工作任務(wù)表，對(duì)各項(xiàng)工作按周進(jìn)行跟蹤和督促；編制升壓改造工程項(xiàng)目里程碑進(jìn)度計(jì)劃表，并監(jiān)控進(jìn)度計(jì)劃表的執(zhí)行情況；制定20kV專線、專變用戶升壓改造工作里程碑進(jìn)度跟蹤表，并督促客戶按計(jì)劃開(kāi)展自有配網(wǎng)設(shè)備的升壓改造相關(guān)工作。截至2016年5月，已累計(jì)完成606公里20kV線路、4835個(gè)低壓用戶、298戶專變用戶（專用變電壓用戶）的全面升壓改造工作，原10kV配電網(wǎng)已全部退出運(yùn)行。

三、新技術(shù)應(yīng)用

1. 建設(shè)饋線自動(dòng)化

主干配、次干配上的保護(hù)測(cè)控一體化智能終端采用光纖通訊方式，具備三遙及保護(hù)功能，滿足IEC61850技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)自組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)定位、隔離和非故障段自愈，并向配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)上送運(yùn)行數(shù)據(jù)。

變電站饋線開(kāi)關(guān)配置速斷、過(guò)流、零序保護(hù)，通過(guò)保護(hù)延時(shí)，與主干配出線斷路器配合，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。干配進(jìn)、出線開(kāi)關(guān)可組成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)，實(shí)現(xiàn)主干線路故障瞬時(shí)切除與區(qū)域自愈。主干配、次干配支線配置速斷、過(guò)流、零序保護(hù)，定值與變電站饋線開(kāi)關(guān)形成三級(jí)配合，故障時(shí)由本支線出線斷路器先上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，不影響其他非故障支線供電。

2.研發(fā)基于GOOSE的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)

以具備環(huán)網(wǎng)協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為通信方式，建設(shè)集配電網(wǎng)所需的保護(hù)、測(cè)量、控制、通信管理、電源管理等實(shí)用功能于一體的“保測(cè)控信”一體化配網(wǎng)終端。線路上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間借助工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)GOOSE協(xié)議互相傳遞數(shù)據(jù)。各節(jié)點(diǎn)僅需與相鄰節(jié)點(diǎn)交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了更實(shí)用的故障毫秒級(jí)定位、隔離及秒級(jí)恢復(fù)。其中保護(hù)功能包括過(guò)流保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)、網(wǎng)絡(luò)化差動(dòng)保護(hù)、簡(jiǎn)易母線保護(hù)、失靈保護(hù)、就地備自投（站內(nèi)恢復(fù)），區(qū)域備自投（區(qū)域恢復(fù)）。配網(wǎng)終端裝置之間可基于GOOSE實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信，根據(jù)需要配置上述各類保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)更快、更實(shí)用的故障定位、隔離及秒級(jí)恢復(fù)?；贕OOSE的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)試點(diǎn)研發(fā)成功，為下一步橫琴島全面實(shí)現(xiàn)故障快速自愈明確了方向，探索了路線。

圖 配網(wǎng)自動(dòng)化保護(hù)與自愈配置原則

3. 建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

在橫琴新區(qū)采用“光纖通信為主，無(wú)線通信技術(shù)為輔”的通信方式。在配電網(wǎng)建設(shè)時(shí)同步建成光纖通信主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋至次干配支線開(kāi)關(guān)；對(duì)原有1800MHz頻段TDLTE電力4G無(wú)線專網(wǎng)擴(kuò)展230MHz頻段應(yīng)用并完善基站布點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)運(yùn)維與搶修用戶、低壓智能用電與分布式新能源終端的靈活接入。20kV 通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在配電網(wǎng)主干線路上的開(kāi)關(guān)站、配電房等節(jié)點(diǎn)之間隨20kV電纜線路在綜合管溝、電力管溝內(nèi)均同期敷設(shè)36 芯或24芯管道光纜；次干配節(jié)點(diǎn)之間敷設(shè)24芯或12芯管道光纜。

采用工業(yè)以太網(wǎng)為20kV 智能配電網(wǎng)、分布式能源監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)通道。其中重要的配電網(wǎng)主干線節(jié)點(diǎn)、智能營(yíng)業(yè)廳、公交充電站、換電站作為20kV 通信網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，采用 TDLTE 第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為健全珠海局4G無(wú)線專網(wǎng)，在現(xiàn)有1800MHz頻段TD-LTE電力4G無(wú)線專網(wǎng)基礎(chǔ)上開(kāi)展230MHz頻段擴(kuò)展并完善基站布點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)橫琴新區(qū)無(wú)線信號(hào)覆蓋。無(wú)線通信基站通過(guò)珠海局傳輸或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與局核心站進(jìn)行通信?；窘ㄔ谧冸娬尽I(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等電網(wǎng)自有物業(yè)樓頂?shù)炔煌瑘?chǎng)景進(jìn)行部署。

4 . 推進(jìn)儲(chǔ)能項(xiàng)目

配電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著電能的配送任務(wù)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電能傳送是單向的，隨著分布式電源大量接入，配電網(wǎng)的電能可能出現(xiàn)雙向流動(dòng)。由于分布式電源具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，增加了配電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度。為了加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)中分布式電源、微網(wǎng)、柔性負(fù)荷的調(diào)控能力，結(jié)合橫琴地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)狀況，從能源傳輸和配送層面建設(shè)可觀可控的含儲(chǔ)能交直流混合配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式能源的充分消納。

在充分調(diào)研分析橫琴新區(qū)電力系統(tǒng)技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，開(kāi)展面向電網(wǎng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效先進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)及含儲(chǔ)能的新型直流配用電靈活雙向配用電系統(tǒng)建設(shè)，支持分布式、可再生能源接入，支持電動(dòng)汽車推廣，適應(yīng)市場(chǎng)化電力體制改革，實(shí)現(xiàn)電能雙向互動(dòng)，有效提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、控制靈活性，提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量。建設(shè)兼容交流配電系統(tǒng)的中壓20kV直流配電網(wǎng)絡(luò)，配置換流器，敷設(shè)電纜，實(shí)現(xiàn)多交流電源地相互備用和隔離。建設(shè)分布式新能源、電動(dòng)汽車和電力負(fù)荷供電接口；部署含儲(chǔ)能及新能源的配用電系統(tǒng)的多維狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，部署基于固態(tài)能量變換器技術(shù)的大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)能量變換系統(tǒng)，建設(shè)含儲(chǔ)能的配用電系統(tǒng)控制系統(tǒng)、故障保護(hù)系統(tǒng)。

珠海供電局將持續(xù)貫徹國(guó)務(wù)院實(shí)施《橫琴總體發(fā)展規(guī)劃》的要求，把橫琴新區(qū)的電力建設(shè)在滿足可靠性基礎(chǔ)上，滿足未來(lái)發(fā)展的需求，把“實(shí)事求是、積極穩(wěn)妥地推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，打造智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)”作為示范建設(shè)項(xiàng)目的核心理念，確保橫琴新區(qū)實(shí)現(xiàn)“開(kāi)放島”、“活力島”、“智能島”和“生態(tài)島”的發(fā)展目標(biāo)。