系統(tǒng)化的臺區(qū)改造策略及方案研究

陳 杰， 姜 念， 卞 玉

（1.國網(wǎng)浙江臨海市供電公司，浙江 臨海 317000；2.天地電研（北京）科技有限公司，北京 102206）

系統(tǒng)化的臺區(qū)改造策略及方案研究

陳 杰1， 姜 念2， 卞 玉2

（1.國網(wǎng)浙江臨海市供電公司，浙江 臨海 317000；2.天地電研（北京）科技有限公司，北京 102206）

作為電力供應的末端環(huán)節(jié)，中低壓配電網(wǎng)直接與用戶相聯(lián)，其安全可靠地運行將直接影響到千家萬戶的生活，因此，中低壓配網(wǎng)規(guī)劃研究具有十分重要的意義。在對典型問題分析的基礎上，提出相應的解決策略，并制定了相應的原則，首次將臺區(qū)問題映射到整個片區(qū)或村莊，采用了“微觀—宏觀—微觀”的方案制定思路，從而避免了傳統(tǒng)規(guī)劃的孤立性，并通過具體算例對該方法進行了闡述。實踐證明，該方法具有可行性及實用性，對中低壓配網(wǎng)規(guī)劃具有一定的應用價值。

中低壓配電網(wǎng)；規(guī)劃；臺區(qū)；策略

0 引言

在電力系統(tǒng)“發(fā)、輸、配、用”4個環(huán)節(jié)中，用電環(huán)節(jié)的可靠優(yōu)質(zhì)是供電服務的落腳點，直接與用戶相聯(lián)[1]。隨著農(nóng)村經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，農(nóng)村用電負荷不斷增長，用戶對供電可靠性的要求也越來越高，農(nóng)村配電網(wǎng)的建設越來越受到重視，“美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃”開始逐步登上建設舞臺[2]。如何建設一個“安全可靠、結(jié)構(gòu)合理、技術先進、環(huán)保節(jié)能和經(jīng)濟高效的配電網(wǎng)”，已經(jīng)成為電力企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的重要組成部分。

國網(wǎng)臨海市供電公司在配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方面的工作開展較多，但在配電變壓器（以下簡稱配變）及低壓層面的規(guī)劃少且籠統(tǒng)。一方面是由于配變及以下層面，設備體量較大，不易于開展工作；另一方面，現(xiàn)存臺區(qū)優(yōu)化方案較為粗放，規(guī)劃孤立，缺乏系統(tǒng)性。

針對上述問題，國網(wǎng)臨海市供電公司運維檢修部組織開展了臨海配電臺區(qū)診斷分析及改造方案研究項目，實現(xiàn)了臺區(qū)改造的精細化和科學化。通過對區(qū)域內(nèi)公用臺區(qū)的綜合評估，實現(xiàn)了精確定位臺區(qū)存在問題的目標，并提出了系統(tǒng)性的解決方案，以提高臺區(qū)建設投資效益，切實保證供電質(zhì)量。

1 臺區(qū)改造方案的制定研究

1.1 臺區(qū)典型問題分析及相應的解決策略

1.1.1 低電壓問題

供電質(zhì)量的好壞直接影響用戶用電體驗。而供電質(zhì)量問題以低電壓問題最為突出，臨海農(nóng)村電網(wǎng)以及老城區(qū)電網(wǎng)存在著不同程度的低電壓問題，因此消除低電壓臺區(qū)是臺區(qū)改造升級的重點。

低電壓臺區(qū)產(chǎn)生的原因有很多，有臺區(qū)供電半徑過長、線路線徑小、變壓器容量小等。因此，對臺區(qū)進行現(xiàn)狀分析的同時，必須摸清低電壓的具體原因，從而提出有針對性的解決方案。具體的措施有縮短供電半徑、變壓器增容、變壓器新增布點、低壓線路截面改造等。

1.1.2 線損問題

供電的經(jīng)濟性是供電公司效益水平高低的體現(xiàn)，節(jié)能降耗是供電公司的一大任務。臨海市配電網(wǎng)存在一定程度的低壓線損高問題。對于此類問題，主要的解決措施有3類，分別為經(jīng)濟運行、設備改造和無功補償[3]，即優(yōu)化變壓器或低壓線路的運行水平、對老舊或小截面設備進行改造、無功功率的及時補償?shù)取?/p>

1.1.3 重載問題

重載或過載問題體現(xiàn)的是供電能力不足的問題，也是電網(wǎng)適應性的一個重要表現(xiàn)方面。對于該類問題，在臨近臺區(qū)輕載的情況下可以將臺區(qū)負荷進行就近轉(zhuǎn)移及調(diào)整，在附近無其他臺區(qū)或其他臺區(qū)也無供電裕度的情況下，則需要按照一定的原則進行增容改造或新建布點。

1.1.4 三相負荷不平衡

低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡不僅影響用戶的用電質(zhì)量（低電壓），還影響供電企業(yè)的運行效益（線損），在后期改造過程中應重點關注。產(chǎn)生該類問題的主要原因有各相負荷分配不均或三相負荷的性質(zhì)相差較大等[4]。因此，可通過對三相負荷的調(diào)整優(yōu)化來解決。

1.2 改造方案制定原則

1.2.1 有的放矢

建立問題清單，以問題和需求為導向。臺區(qū)方案制定以村莊或小區(qū)為單位，統(tǒng)籌考慮，告別傳統(tǒng)意義上的以臺區(qū)為單位、“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”所造成的弊端，避免重復建設、重復投資。著力解決公用變低電壓、三相負荷不平衡、低壓線路“卡脖子”、低壓臺區(qū)重載等問題，加快戶均容量小于1.5 kVA的配變臺區(qū)升級改造工作，降低低壓設備故障率，減少配網(wǎng)故障用戶投訴。

1.2.2 有序推進

在確定整體建設改造方案的基礎上，充分考慮近期負荷的增長情況，同時結(jié)合現(xiàn)狀診斷分析出問題，統(tǒng)籌考慮，按照輕重緩急，有序推進的原則，合理安排改造建設時序，避免“零敲碎打”、“修修補補”，最終達到“改造一片，固化一片”的效果。

1.2.3 提高配網(wǎng)供電質(zhì)量

針對配變增容布點，采取“小容量、密布點、短半徑”原則，即城市供電半徑不宜超過250 m，城鎮(zhèn)不宜超過400 m，農(nóng)村不宜超過500 m。逐步解決長距離供電引起的末端電壓偏低問題。推進低壓電網(wǎng)改造，加大農(nóng)村臺區(qū)改造力度，最終建成結(jié)構(gòu)合理、技術實用、供電質(zhì)量高、電能損耗低的中低壓配電網(wǎng)。

1.3 方案制定思路

綜合考慮上述方案制定原則，提出方案制定思路如圖1所示。

圖1 方案制定思路

圖1 所示方案制定的思路主要分為2步：首先是“微觀—宏觀”的轉(zhuǎn)變，即先將分析得出的微觀意義上的問題臺區(qū)對應到所在村莊的宏觀概念上，結(jié)合相應的村莊規(guī)劃定位村莊供區(qū)類型及用電水平，根據(jù)《國家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)規(guī)劃導則（2013）999》（以下簡稱導則）要求確定該村莊臺區(qū)的供電半徑，從而確定該村莊整體的用電需求，系統(tǒng)性地把握整個村莊建設方向；在此步聚完成的情況下，實現(xiàn)第2步“宏觀—微觀”的回歸，即在宏觀規(guī)劃的大背景下制定問題臺區(qū)的建設改造方案，從而保證整個方案的前瞻性與系統(tǒng)性。

1.4 方案關鍵問題

對于配變及以下層面方案的制定，解決問題的關鍵在于臺區(qū)布點及容量選擇這2個方面。為此，在本次方案的制定過程中，這2個指標計算的約束條件如式（1）所示：

式中：Bi為某1配電變壓器容量；Ki為某1變壓器的負載率；cosφi為某一變壓器的功率因數(shù)；Ri為某一變壓器的供電半徑；Scun為村莊面積；Pall為該區(qū)域總的用電需求。

根據(jù)導則，一般1個村莊僅對應1種類型的供電區(qū)域，在此條件下的供電半徑R也明確唯一；另外，由于中壓配變設備多、規(guī)模大，導致數(shù)據(jù)量也較為龐大，在規(guī)劃層面，很難對各數(shù)據(jù)進行準確的逐一預測。因此，為了簡化計算，本方案采用各指標值的平均值，新的約束條件如式（2）所示：

2 案例應用及分析

2.1 案例選取

本次研究案例的選取，主要以“典型”為原則：對于城鎮(zhèn)及市域等地，由于其行政級別較高，往往都有相應的片區(qū)規(guī)劃，臺區(qū)的布點及容量一般均根據(jù)遠景飽和年負荷預測值一次匹配，規(guī)劃及近期改造方案的制定已具有前瞻性，規(guī)劃方法較為成熟；但是對于農(nóng)村等偏遠地區(qū)而言，由于其面積大且用電需求較小，電力規(guī)劃方式較為粗放，存在著一定的隨意性。綜合考慮上述情況，選取杜橋鎮(zhèn)大洋街道雙橋村作為典型案例進行分析。

2.2 案例分析

2.2.1 村莊概況

雙橋村位于臨海市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)以東，左臨大田鎮(zhèn)，緊靠臨大路北邊，距市區(qū)約6 km，由3個自然村組成，村莊面積約12 km2。全村共有800戶，人口超過2 800人?，F(xiàn)有企業(yè)15家，年產(chǎn)值達10億，山林面積6 600畝。

2.2.2 現(xiàn)狀分析

目前雙橋村公用配變有4臺，配變臺賬及臺區(qū)評估指標詳細情況見表1。

2.2.3 問題匯總

由表1數(shù)據(jù)分析可知：雙橋村配變供電能力緊張，配變臺區(qū)年最大負載率平均值達75%，4臺配變中，2臺已經(jīng)重載，另外2臺也處于較高負載水平。

根據(jù)浙江省電力公司指標審核要求，三相不平衡度應不超過15%，因此，4臺配變?nèi)嗖黄胶舛染粷M足要求；1號臺區(qū)戶均容量低于1.5 kVA/戶，且供電半徑超標；1號與4號臺區(qū)存在低電壓情況。

2.3 方案制定

2.3.1 重載、低電壓、供電半徑超標

對于這幾個問題，通過分析問題成因及相應的解決策略，可知新增布點是解決各項問題的最佳手段。新增布點決策過程如下：

（1）配變臺數(shù)的確定。

按照相應的村莊規(guī)劃及其發(fā)展定位，定義雙橋村為D類供區(qū)。為滿足末端電壓質(zhì)量的要求，導則規(guī)定供電半徑不宜超過500 m。為此，選擇該區(qū)域的供電半徑R為500 m。

該村總面積為12 km2，扣除6 600畝（4.4 km2）的山林面積（無效供電面積），實際供電面積約7.6 km2。按照臺區(qū)供電面積全覆蓋原則，計算得到所需的配變臺數(shù)為9.68臺，取10臺。

（2）配變臺區(qū)容量需求確定。

通過調(diào)研臨海市成熟村莊負荷情況，計算得到臨海市人均負荷飽和水平，詳見表2。

表1 大洋街道雙橋村臺區(qū)運行情況統(tǒng)計表

表2 不同類型農(nóng)村人均負荷飽和水平統(tǒng)計表

雙橋村在遠期以居住為主，因此對應的人均負荷按照0.5 kW/人計取。至遠景年，雙橋村負荷將達到1.6 MW。按照配變平均負載率40%計算，需配變?nèi)萘? MVA。

（3）單臺配變臺區(qū)容量的確定。

《浙江省10 kV配電網(wǎng)典型供電模式技術規(guī)范》中規(guī)定：變壓器布置應盡量靠近負荷中心，容量根據(jù)負荷需要選取100，200，315，400 kVA。為進一步推進新增城農(nóng)網(wǎng)改造升級工程建設，浙江省公司運維檢修部組織專家在國家電網(wǎng)公司典型設計和標準物料的基礎上，優(yōu)化簡化設備種類，編制了《國網(wǎng)浙江省電力公司新增城農(nóng)網(wǎng)改造升級工程設備選型和配置要求》，進一步對柱上配電變壓器的容量進行了規(guī)定：柱上配電變壓器容量應采用400 kVA。為此，新增及增容改造后的單臺柱上配變?nèi)萘績?yōu)先考慮為400 kVA。

需要注意的是，本方案所指的400 kVA為后期建設改造過程中新增單臺配變?nèi)萘康膬?yōu)先選擇，具體情況還需結(jié)合前面所求得的臺區(qū)數(shù)量進行校驗：當容量總需求與400 kVA的比值小于臺區(qū)數(shù)量下限值時（10臺），可將負荷分散點處的布點設定為2臺或2臺以上小容量的臺區(qū)結(jié)合，最終確保整體供電半徑與容量需求均能滿足技術條件要求。

2.3.2 三相不平衡、單相重載

該類問題，主要是由于單相用戶用電的不均衡造成的。以問題最為嚴重的雙橋村4號臺區(qū)為例，A，B，C三相所接用戶數(shù)分別為72戶、36戶、56戶，A相所接用戶過多，從而導致三相不平衡度超標，單相重載頻繁。為此，解決此類問題只需及時調(diào)整線路所帶負荷的分配比例，盡量使三相負荷平衡。

2.3.3 方案確定

綜合上述方案制定的流程及相應的方案制定策略，該村臺區(qū)方案具體如表3所示。

2.4 成效分析

通過對雙橋村配變進行建設改造，區(qū)域供電能力明顯提升。與此同時，為著重體現(xiàn)本次臺區(qū)系統(tǒng)化改造的優(yōu)勢，特與臨海市近期滾動規(guī)劃有關雙橋村臺區(qū)改造方案進行對比。對比結(jié)果如下：

（1）傳統(tǒng)改造方案問題解決不全面，列入改造對象的僅1號和4號臺區(qū)，三相不平衡、單相重載等問題未予解決。

（2）傳統(tǒng)改造方案只考慮近期，未能結(jié)合整個村莊遠景方案進行布局布點。

（3）傳統(tǒng)改造方案共新增200 kVA配變2臺，新增的200 kVA容量不是最優(yōu)選擇。

表3 方案匯總表

3 結(jié)語

通過實際案例應用結(jié)果表明，本文提出的臺區(qū)改造方案將單獨的臺區(qū)問題與整個片區(qū)、村莊結(jié)合在一起，加強了臺區(qū)改造方案的深度，使低壓電網(wǎng)改造方案更加系統(tǒng)，具有較強的可操作性，對于其他臺區(qū)改造工程也具有一定的借鑒意義。

[1]吳勁．電力市場條件下的中低壓配網(wǎng)規(guī)劃方法研究[D]．長沙：湖南大學，2010．

[2]GB32000-2015美麗鄉(xiāng)村建設指南[S]．北京：中國標準出版社，2015．

[3]周強．中低壓配電網(wǎng)線損計算方法與降損措施的研究[D]．鄭州：鄭州大學，2011．

[4]張學臣．低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡的原因及危害[J]．科技資訊，2012（28）∶107-109．

（本文編輯：趙曉明）

Research on Systematic Transformation Strategy and Plan of Distribution Transformer Area

CHEN Jie1，JIANG Nian2，BIAN Yu2

（1．State Grid Linhai Power Supply Company，Linhai Zhejiang 317000，China；2．Beijing T&D Power Research Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

As an end link of power supply，the medium and low voltage distribution network connects with the users directly and its operation safety and reliability affect thousands of families.Therefore，medium and low voltage distribution network planning and research are very important.Based on the analysis of typical problems，corresponding solutions are proposed，and relevant principles are worked out to map the distribution transformer area to the whole district or village for the first time.The"micro-macro-micro"idea is adopted to prevent the isolation of traditional planning.The method is expounded through a specific calculation.Practice has proved that the method is feasible and practical，which has certain application value of the medium and low voltage distribution network planning.

medium and low voltage distribution network；planning；transformer area；strategy

TM715

B

1007-1881（2016）11-0027-04

2016-10-12

陳 杰（1979），男，工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃計劃管理工作。