互饋線提高上海電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力研究

唐　琪，曹　萌，唐勇俊

(1. 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上?！?00122；2. 上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上?！?00025)

互饋線提高上海電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力研究

唐琪1，曹萌2，唐勇俊2

(1. 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海200122；2. 上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海200025)

摘要：近年隨著上海市城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電力供應(yīng)安全可靠的要求日益提高，上海市電力公司已對(duì)供電可靠性提出了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即要求在外環(huán)以內(nèi)中心城區(qū)、區(qū)縣政府所在地及重要地區(qū)(如迪士尼、自貿(mào)區(qū)、臨港等)，應(yīng)按檢修方式“N-1”準(zhǔn)則進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。目前世界各地多采用雙側(cè)電源供電或者增加備用聯(lián)絡(luò)線的模式來(lái)增強(qiáng)配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力，從而保障“N-1”或檢修方式“N-1”、甚至“N-2”情況下的安全可靠供電。主要針對(duì)互饋線滿足主變檢修方式“N-1”的功能，對(duì)其輸送容量、運(yùn)行方式能否滿足要求進(jìn)行了研究論證，提出了互饋線建設(shè)的相關(guān)建議，從而有效提升上海電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力。

關(guān)鍵詞：互饋線；檢修方式“N-1”；全站停電；運(yùn)行方式

隨著上海社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，上海配電系統(tǒng)已顯示出負(fù)荷密度大、配電網(wǎng)絡(luò)密集、電纜化率高、通道站址困難和投資費(fèi)用大等國(guó)際化大都市城市電網(wǎng)的特點(diǎn)。近年來(lái)上海電網(wǎng)用電增長(zhǎng)呈現(xiàn)趨緩態(tài)勢(shì)，但隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電力供應(yīng)安全可靠的要求日益提高，本文結(jié)合上海電網(wǎng)對(duì)供電可靠性的最新要求，對(duì)互饋線提升配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力作用進(jìn)行了研究，主要對(duì)互饋線防止全站停電、使變電站滿足檢修方式“N-1”(不存在短時(shí)失負(fù)荷)以及使變電站滿足檢修方式“N-1”(短時(shí)失少量負(fù)荷)的作用進(jìn)行了研究，探討互饋線不同運(yùn)行方式的適用范圍提出互饋線建設(shè)的相關(guān)建議，指導(dǎo)上海電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力提升。

1防止全站停電事故

兩臺(tái)主變的變電站主變檢修時(shí)，可以利用專用互饋線或帶負(fù)荷的互饋線對(duì)母線供電，以避免主變檢修“N-1”時(shí)母線全停。為避免母線全停，主變檢修方式下，需要考慮以下兩點(diǎn)：

(1)正常檢修方式：互饋線容量是否可以滿足所送母線的負(fù)荷需求；

(2)運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故時(shí)：下級(jí)電站低壓側(cè)自切動(dòng)作，部分電站負(fù)荷轉(zhuǎn)移至互饋線后，互饋線容量是否可以滿足需求。除變電站下級(jí)電站均為雙電源的情況，運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故后，由于下級(jí)電站低壓側(cè)的自切，互饋線需所帶負(fù)荷要高于正常檢修方式時(shí)互饋線所帶負(fù)荷。若下級(jí)電站的雙電源比例為A，則運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故后，互饋線所帶負(fù)荷為(2-A)倍正常檢修方式下互饋線所需帶負(fù)荷。為方便描述，本文的互饋線所帶負(fù)荷為運(yùn)行主變發(fā)生“N-1”事故后所帶負(fù)荷。

目前，上海兩主變的220 kV變電站35 kV側(cè)主要為單母四分段接線。其下級(jí)電站電源若均來(lái)自此變電站，則其進(jìn)線一般在1段母線和3段母線或者2段母線和4段母線。對(duì)于低壓側(cè)為單母線四分段接線方式的變電站，若互饋線的輸送容量?jī)H可以滿足一段母線的負(fù)荷需求，則為了滿足主變檢修“N-1”時(shí)，母線不全停的需求，則需要配置兩條互饋線。若互饋線的容量滿足兩段母線的負(fù)荷需求，則只需要配置一條互饋線便可以避免母線全停，如圖1所示。

圖1　低壓側(cè)為單母線四分段接線的變電站

2臺(tái)主變的220 kV變壓器，主變?nèi)萘繛锳，最高負(fù)載率為B，主變檢修時(shí)負(fù)載率為最高負(fù)荷的70%，35 kV負(fù)荷占220 kV變電站總負(fù)荷比例為C，每段35 kV母線負(fù)荷為A×B×C×70%/2。目前，上海35 kV變電站雙電源比例約為60%，因此運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故時(shí)，有40%的負(fù)荷會(huì)自切到互饋線所帶母線，互饋線此時(shí)所帶負(fù)荷為A×B×C×70%/2×1.4。此處對(duì)3卷變主變?nèi)萘繛?40 MVA的220 kV變電站進(jìn)行討論，見(jiàn)表1。

35 kV互饋線分為專用互饋線和帶負(fù)荷的互饋線兩種形式。帶負(fù)荷的互饋線一般可考慮內(nèi)橋接線的35 kV變電站進(jìn)線以及35 kV開(kāi)關(guān)站進(jìn)線兩種，分別分析這三類35 kV互饋線。

1.1專用互饋線

目前，上海市220 kV變電站之間35 kV專用互饋線一般采用雙并3×400 mm2電纜，輸送容量為43.4 MVA，在220 kV變電站重載時(shí)，基本可以滿足主變檢修“N-1”時(shí)一段母線的負(fù)荷需求，在變電站輕載時(shí)，則可以滿足主變檢修“N-1”時(shí)兩段母線的負(fù)荷需求。因此對(duì)于35 kV專用互饋線，在220 kV變電站輕載時(shí)，僅設(shè)一條專用互饋線便可以滿足主變檢修“N-1”時(shí)35 kV母線不全停的需求。在220 kV變電站負(fù)載率較高時(shí)，需要在2臺(tái)主變各設(shè)一條專用互饋線確保主變檢修“N-1”時(shí)35 kV母線不全停。

表1　3卷變220 kV變電站(主變240 MVA)

注：主變檢修對(duì)應(yīng)容量為正常檢修方式每段母線負(fù)荷，主變檢修“N-1”對(duì)應(yīng)容量為運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故時(shí)每段母線負(fù)荷。對(duì)于以110 kV為主的高壓配電網(wǎng)，220 kV變電站110 kV負(fù)荷比例應(yīng)高于35 kV負(fù)荷比例，但由于上海高壓配電網(wǎng)過(guò)去以發(fā)展35 kV為主，目前上海220 kV變電站35 kV負(fù)荷比例高于110 kV負(fù)荷比例，35 kV側(cè)負(fù)荷與110 kV側(cè)負(fù)荷比例約為2∶1，因此本節(jié)對(duì)于35 kV負(fù)荷占總負(fù)荷比例從0.3～0.6均進(jìn)行了研究。

1.235 kV開(kāi)關(guān)站進(jìn)線

根據(jù)《上海電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》相關(guān)規(guī)定，35 kV開(kāi)關(guān)站電源進(jìn)線一般架空線截面可選用240～400 mm2，電纜截面可選用雙并3×400 mm2。進(jìn)線電源采用240 mm2架空線路時(shí)，兩回進(jìn)線的總電流應(yīng)不大于611 A；采用400 mm2架空線路或雙并3×400 mm2電纜線路時(shí)，兩回進(jìn)線的總電流應(yīng)不大于716 A。

以下對(duì)帶負(fù)荷的互饋線所能提供給檢修主變對(duì)應(yīng)母線的容量進(jìn)行分析，分析以開(kāi)關(guān)站的進(jìn)線為例，如圖2所示。

圖2　開(kāi)關(guān)站接線示意圖

對(duì)于圖2所示的開(kāi)關(guān)站，若開(kāi)關(guān)站進(jìn)線最大輸送容量為A，為滿足線路“N-1”，則開(kāi)關(guān)站每段母線最大負(fù)荷為A/2。當(dāng)變電站1主變檢修時(shí)，開(kāi)關(guān)站的負(fù)載率一般也會(huì)比較低，考慮也為70%的最高負(fù)荷，即為A/2×70%。因此，在變電站1檢修前，變電站1為開(kāi)關(guān)站一段母線提供A/2×70%，變電站2為開(kāi)關(guān)站二段母線提供A/2×70%。當(dāng)變電站1主變檢修時(shí)，則變電站2可以通過(guò)開(kāi)關(guān)站進(jìn)線為變電站1的負(fù)荷供電，此時(shí)所能提供的轉(zhuǎn)供容量為A-A/2×70%，即0.65×A。(開(kāi)關(guān)站一段母線負(fù)荷原本即為變電站1所提供，因此不在扣除的范圍內(nèi))

由此可知，進(jìn)線為240 mm2架空線路的35 kV開(kāi)關(guān)站進(jìn)線所能提供的容量為24.05 MVA，進(jìn)線為雙并3×400 mm2的35 kV開(kāi)關(guān)站所能提供的容量為28.21 MVA。

由上述分析可知，35 kV開(kāi)關(guān)站進(jìn)線在220 kV變電站輕載時(shí)，可以滿足主變檢修“N-1”時(shí)35 kV一段母線負(fù)荷需求，無(wú)法滿足重載的220 kV變電站35 kV一段母線的負(fù)荷需求，需要提高下級(jí)電站的雙電源比例。

1.3內(nèi)橋接線的35 kV變電站進(jìn)線

對(duì)于內(nèi)橋接線的35 kV變電站，主變?nèi)萘恳话銥?×20 MVA，進(jìn)線一般為3×400 mm2的電纜，最大傳輸容量為21.7 MVA，因此，內(nèi)橋接線的35 kV變電站進(jìn)線可以額外承擔(dān)14.7 MVA的負(fù)荷，無(wú)法滿足220 kV變電站運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故時(shí)35 kV一段母線的負(fù)荷需求，因此內(nèi)橋接線的35 kV變電站進(jìn)線難以在220 kV主變檢修“N-1”時(shí)為防止35 kV母線全停而倒送一段母線。

2滿足檢修方式“N-1”(不存在短時(shí)失負(fù)荷)

滿足變電站檢修方式“N-1”完全不失負(fù)荷，聯(lián)絡(luò)線或互饋線的運(yùn)行方式與防止全站失電的運(yùn)行方式相同，均是在變電站檢修時(shí)，互饋線直接倒送到檢修主變對(duì)應(yīng)母線。對(duì)于35 kV側(cè)為單母線四分段的220 kV變電站，互饋線則需要滿足兩段母線的負(fù)荷需求(包括運(yùn)行主變?cè)侔l(fā)生“N-1”事故時(shí)下級(jí)電站自切過(guò)來(lái)的負(fù)荷)。

在220 kV變電站輕載時(shí)，一條35 kV專用互饋線可以滿足主變檢修“N-1”時(shí)兩段母線的負(fù)荷需求。但當(dāng)220 kV變電站重載時(shí)，專用互饋線無(wú)法滿足主變檢修“N-1”時(shí)兩段母線的負(fù)荷需求，因此需要提高下級(jí)電站的雙電源比例。

35 kV帶負(fù)荷的互饋線基本無(wú)法滿足220 kV變電站35 kV兩段母線的負(fù)荷需求，因此采用35 kV帶負(fù)荷的互饋線的方法以滿足檢修方式“N-1”時(shí)完全不失負(fù)荷的需求基本不可行。

3滿足檢修方式“N-1”(短時(shí)失少量負(fù)荷)

若使2主變變電站滿足檢修方式“N-1”(不存在短時(shí)失負(fù)荷)，主變檢修時(shí)互饋線均需先倒送至母線供電，對(duì)線路輸送容量的要求相對(duì)較高，達(dá)到的效果即可實(shí)現(xiàn)所有下級(jí)變電站及用戶均雙電源供電，完全不會(huì)造成負(fù)荷停電。若允許少量負(fù)荷短時(shí)停電，則檢修方式下可安排聯(lián)絡(luò)線或互饋線備用，主變發(fā)生故障后，下級(jí)雙電源變電站可通過(guò)自切轉(zhuǎn)移負(fù)荷，而單電源變電站經(jīng)歷短時(shí)停電，通過(guò)自愈系統(tǒng)或人工操作由聯(lián)絡(luò)線或互饋線倒送至母線恢復(fù)供電。

對(duì)于2臺(tái)主變的220 kV變壓器，主變?nèi)萘繛锳，最高負(fù)載率為B，主變檢修時(shí)負(fù)載率為最高負(fù)荷的70%，此時(shí)，當(dāng)一臺(tái)主變檢修，一臺(tái)主變失電時(shí)，兩臺(tái)主變共需轉(zhuǎn)移2×A×B×0.7的負(fù)荷，35 kV負(fù)荷占220 kV變電站總負(fù)荷比例為E，則共需轉(zhuǎn)移的110 kV負(fù)荷為1.4×A×B×E。此處對(duì)主變?nèi)萘?40 MVA的3卷變220 kV變電站進(jìn)行討論。

目前，上海市220 kV變電站之間35 kV專用互饋線一般采用雙并3×400 mm2電纜，輸送容量為43.4 MVA，如表2所示。

表2　3卷變220 kV變電站(主變240 MVA)檢修下

注：可轉(zhuǎn)移容量以43.4 MVA計(jì)，本表僅考慮35 kV專用互饋線所轉(zhuǎn)移的35 kV負(fù)荷率。

目前，上海35 kV變電站雙電源比例約為60%，根據(jù)表2中分析結(jié)果，在下級(jí)雙電源35 kV可以滿足負(fù)荷需求。因此對(duì)于這兩類變電站即使已設(shè)置專用互饋線，仍需要提高雙電源比例滿足主變檢修“N-1”時(shí)的負(fù)荷需求。

35 kV開(kāi)關(guān)站的進(jìn)線根據(jù)前文分析可以提供的容量為28.2 MVA，以下對(duì)帶負(fù)荷的互饋線轉(zhuǎn)移220 kV變電站35 kV側(cè)負(fù)荷情況進(jìn)行分析(見(jiàn)表3)。

表3　3卷變220 kV變電站(主變240 MVA)

注：上表可轉(zhuǎn)移容量以28.2 MVA計(jì)，本表僅考慮35 kV帶負(fù)荷的互饋線所轉(zhuǎn)移的35 kV負(fù)荷率。

目前，上海35 kV變電站雙電源比例約為60%，根據(jù)上表中分析結(jié)果，僅在220 kV變電站輕載的條件下，一條帶負(fù)荷的互饋線可以滿足主變檢修“N-1”的負(fù)荷需求。但是220 kV變電站若存在2條分布在不同母線上的帶負(fù)荷的互饋線，便可以在雙電源35 kV變電站自切后，帶負(fù)荷的互饋線便可以滿足其他單電源的35 kV站的負(fù)荷需求。

4變電站主接線對(duì)轉(zhuǎn)供的限制

2臺(tái)主變的220 kV變電站35 kV側(cè)采用單母四分段環(huán)形接線，如圖3所示。

圖3　2臺(tái)主變的220 kV變電站110/35 kV側(cè)主接線示意圖

對(duì)于2臺(tái)主變的220 kV變電站，當(dāng)主變檢修“N-1”時(shí)，紅色標(biāo)注的斷路器均已斷開(kāi)，35 kV互饋線僅可以轉(zhuǎn)移其所在母線及與其所在母線通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)相連的母線上的負(fù)荷。因此，對(duì)于電源均來(lái)自此220 kV變電站的35 kV變電站，其進(jìn)線應(yīng)盡量來(lái)自35 kV一段母線和三段母線或者二段母線和四段母線。

5結(jié)語(yǔ)

借鑒國(guó)外先進(jìn)城市的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力的提升需結(jié)合不同可靠性要求的地區(qū)和用戶而采用不同的方案，并且分階段逐步推進(jìn)。

對(duì)于上海地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先考慮在外環(huán)以內(nèi)中心城區(qū)、區(qū)縣政府所在地及重要地區(qū)(如迪士尼、自貿(mào)區(qū)、臨港等)滿足檢修方式“N-1”。同時(shí)，應(yīng)分階段逐步滿足檢修方式“N-1”不失負(fù)荷。第一階段應(yīng)滿足超過(guò)《城市電網(wǎng)供電安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 256-2012)要求的標(biāo)準(zhǔn)(即檢修方式“N-1”的事故恢復(fù)時(shí)間及允許損失的負(fù)荷量比上述標(biāo)準(zhǔn)小)，保證220 kV電網(wǎng)檢修方式“N-1”少量損失負(fù)荷，第二階段應(yīng)滿足220 kV電網(wǎng)檢修方式“N-1”不失負(fù)荷，最終階段應(yīng)滿足35～220 kV電網(wǎng)檢修方式“N-1”均不失負(fù)荷。

中心城區(qū)地區(qū)35 kV互饋線的使用，建議采取以下策略：為防止全站停電和滿足檢修方式下“N-1”不失負(fù)荷，建議采用專用互饋線轉(zhuǎn)供負(fù)荷，原則上考慮1回雙拼400 mm2電纜。在變電站負(fù)載率較高，且未安排主變擴(kuò)建工程時(shí)，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷校核，確有需要的可設(shè)置2回專用互饋線。

中心城區(qū)以外地區(qū)無(wú)需滿足檢修方式下“N-1”不失負(fù)荷，因此建議可考慮帶負(fù)荷的互饋線轉(zhuǎn)供負(fù)荷，包括開(kāi)關(guān)站接線、內(nèi)橋接線、架空線支接線等形式，以保障重要用戶安全可靠供電，減少全站停電所影響的范圍為原則，進(jìn)行相應(yīng)的配置。

為充分利用互饋線保障單電源變電站供電，2主變變電站低壓側(cè)單母線四分段接線時(shí)，其下級(jí)2回電源進(jìn)線均來(lái)自本站時(shí)，其進(jìn)線應(yīng)分別接入一、三段母線或二、四段母線。

(本文編輯：嚴(yán)加)

Research of Mutual Feeder in Enhancing Shanghai Power Grid Supply Capacity

TANG Qi1, CAO Meng2, TANG Yong-jun2

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China;2. Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China)

Abstract:The urban and economic development of Shanghai demands safe and reliable power supply; therefore, the new technical standard for power supply reliability established by Shanghai Municipal Electric Power Company requires that maintenance mode "N-1" be applied in planning and designing the city center within the outer ring, the county government seat and important areas (such as Shanghai Disneyland, free trade zone and port, etc.). At present, two-side power supply or additional spare link line are usually applied all over the world to enhance the distribution network supply capacity, and to ensure safe and reliable power supply in maintenance mode "N-1", even "N-2". Considering that the mutual feeder can satisfy the function of "N-1", the main transformer maintenance mode, this paper studies its transmission capacity and operation mode, and puts forward some suggestions on the feeder construction in order to effectively promote the power supply capacity of Shanghai grid.

Key words:mutual feeder; maintenance mode “N-1”; total station blackout; operation mode

DOI：10.11973/dlyny201601006

作者簡(jiǎn)介：唐琪(1970)，女，工程師，從事電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)規(guī)劃工作。

中圖分類號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-1256(2016)01-0028-04

收稿日期：2015-10-24