某工業(yè)城市電網(wǎng)電壓序列優(yōu)化的探討

鞏保峰， 趙艷華, 徐慶華， 劉 航

國網(wǎng)邯鄲供電公司 河北邯鄲 056035

某工業(yè)城市電網(wǎng)電壓序列優(yōu)化的探討

鞏保峰， 趙艷華, 徐慶華， 劉 航

國網(wǎng)邯鄲供電公司 河北邯鄲 056035

簡化電壓序列、避免重復(fù)降壓是城市電網(wǎng)電壓序列發(fā)展的總體趨勢。以北方某縣級工業(yè)城市為例，從供電網(wǎng)現(xiàn)實情況入手分析，明確了當(dāng)前電網(wǎng)存在的主要問題，闡述了電網(wǎng)優(yōu)化的必要性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)該市電網(wǎng)的特點，基于兩方面因素及考慮35kV電網(wǎng)存在的必要性，提出近期及遠(yuǎn)期適合該市未來電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需求、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的電壓序列優(yōu)化配置思路。

電網(wǎng)； 電壓序列； 優(yōu)化

合理配置并簡化電壓序列不僅可以提高城市電網(wǎng)的整體供電能力，擴大電網(wǎng)對不同性質(zhì)及不同密度負(fù)荷的適應(yīng)性，而且可以降低網(wǎng)絡(luò)損耗，節(jié)省有限的空間資源，減少電網(wǎng)建設(shè)和運行成本[1-3]。筆者以北方某縣級工業(yè)城市為例，結(jié)合該市電網(wǎng)現(xiàn)狀，提出適合該市未來電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需求、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的電壓序列優(yōu)化配置思路。

1 該市電網(wǎng)現(xiàn)狀

電網(wǎng)規(guī)模、地區(qū)負(fù)荷密度等直接影響供電電壓等級的選擇和確定，不同的電網(wǎng)規(guī)模需要配置不同的電壓等級，以實現(xiàn)最大的社會經(jīng)濟效益。通過對該市電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以了解電網(wǎng)現(xiàn)狀和存在的問題。

該市為一座以工業(yè)為主、各行業(yè)全面發(fā)展的新興城市，冶金、建材、煤炭工業(yè)是該市的支柱產(chǎn)業(yè)。至2015年，全市共有鋼鐵企業(yè)21家、水泥企業(yè)33家，全市煤礦最多時達(dá)619個，后經(jīng)整頓治理，現(xiàn)有116個。該市用電負(fù)荷呈現(xiàn)快速增長的趨勢，“十二五”以來，電網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模和投產(chǎn)項目規(guī)模均遠(yuǎn)超過其它兄弟縣市，區(qū)域電網(wǎng)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，“十二五”完成電網(wǎng)建設(shè)投資是“十一五”的5倍多，220kV和110kV電網(wǎng)供電能力分別為2005年的2.7倍和2.09倍。該市目前采用的電壓等級主要為220kV、110kV、35kV、10kV和0.4kV。

1.1 電網(wǎng)概況

截至2015年底，該市擁有220kV變電站4座，總變電容量1620MVA；110kV公用變電站18座，變電容量2077.50MVA；110kV用戶站3座，變電容量206MVA；35kV公用變電站40座，變電容量1239.85MVA；35kV用戶站23座，變電容量636.65MVA。

1.1.1 220kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

目前，4座220kV變電站中，3座分布在該市市區(qū)周圍，1座位于該市負(fù)荷中心，形成了單回的環(huán)式網(wǎng)絡(luò)。

1.1.2 110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

該市110kV電網(wǎng)以各220kV電源點為核心，在網(wǎng)絡(luò)接線上形成了相對獨立的四個供電分區(qū)。

110kV變電站接入系統(tǒng)方式有兩回直接接入、兩回T接、一回直接接入一回T接三種方式。采用T接方式接入系統(tǒng)，可以節(jié)約110kV出線間隔和線路走廊，縮短線路，節(jié)省資金。但是，當(dāng)一回線路出現(xiàn)故障時，將導(dǎo)致多臺主變失電，供電可靠性稍低。

18座110kV變電站中，13座實現(xiàn)雙側(cè)電源供電，占城區(qū)變電站總量的72%，供電可靠性高，不易發(fā)生整座變電站全停的事故；5座變電站的兩路電源來自同一220kV變電站。

1.1.3 35kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

35kV公用電網(wǎng)主要采用同電源不同母線輻射接線、雙側(cè)電源輻射接線和T接模式，形成了以110kV變電站為中心、分區(qū)分片運行的35kV配電網(wǎng)絡(luò)。

1.2 電網(wǎng)存在的主要問題

該市支柱產(chǎn)業(yè)為冶金、建材、煤炭業(yè)，具有項目建設(shè)周期短、負(fù)荷需求大的特點，特別是民營企業(yè)，項目建設(shè)完全依據(jù)市場情況，缺乏計劃性，由于110kV及以上電壓等級電網(wǎng)項目建設(shè)周期長，因此為滿足用戶負(fù)荷需求，該市建設(shè)了偏多的35kV變電站。

由于目前該市220kV電源點缺乏，負(fù)荷較為分散，35kV用戶較多，造成35kV電網(wǎng)存在重復(fù)降壓情況。由110kV變電站供電的35kV變電站共計49座，容量1294.8MVA，占110kV公用變電容量的62.32%，重復(fù)降壓負(fù)荷共計449.09MW，占110kV變電站總負(fù)荷的48.38%。由此可見，目前該市重復(fù)降壓情況較為嚴(yán)重，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗較大，有必要進(jìn)一步調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和優(yōu)化電壓序列。

2 35kV網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路

為了簡化電壓序列、避免重復(fù)降壓，各地編制的電力中長期規(guī)劃普遍將控制和逐步取消35kV供電網(wǎng)絡(luò)作為重要原則，即110kV變電站逐步由三繞組變壓器過渡到雙繞組變壓器，最終取消110kV變電站的35kV電壓等級，使110kV逐步取代35kV成為配電網(wǎng)的主干網(wǎng)。這樣做的主要目的是適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，減少一級變損(110kV/35kV)，使35kV電壓等級只保留在220kV變電站中。

針對該市電網(wǎng)的實際情況，從以下兩方面考慮35kV電網(wǎng)的優(yōu)化方案。

2.1 該市35kV用戶現(xiàn)狀

截至2015年底，該市共有35kV專用變電站23座，涉及鋼鐵、化工、煤礦等行業(yè)，合計總變電容量636.65MVA。這23座變電站中，只有5座由220kV變電站供電，其余的18座由110kV變電站供電。

35kV公用變電站40座，變電容量1239.85MVA，其中大部分也是為工業(yè)用戶供電。40座變電站中，只有9座由220kV變電站供電，其余31座均由110kV變電站供電。

2.2 35kV變電站接入情況

該市現(xiàn)有220kV變電站4座，其中一座電壓序列為220kV、110kV、10kV，目前布點不均。

220kV變電站的35kV間隔資源非常有限，因此35kV變電站不可能全部都從220kV變電站出線。如果距離過遠(yuǎn)，線路投資也會很大，并且會抑制用戶用電的積極性。由于此矛盾的存在，現(xiàn)有35kV變電站近期不可能全部改造為從220kV變電站出線，投資費用、通道等問題都不可能在短時間內(nèi)解決。

從以上兩方面考慮，認(rèn)為該市35kV供電網(wǎng)絡(luò)近期無法取消，且不能在短時間內(nèi)全部改造為由220kV變電站供電，因此需要根據(jù)35kV變電站發(fā)展的實際情況對網(wǎng)架進(jìn)行完善，遠(yuǎn)期可逐步簡化變壓層次，避免重復(fù)降壓。

3 近期35kV電網(wǎng)存在的必要性

由于該市企業(yè)發(fā)展的不確定性，且受變電站建設(shè)時間等因素制約，因此在短時期內(nèi)無法取消35kV 電壓等級。35kV作為一級標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，有其特點和經(jīng)濟優(yōu)勢。

3.1 35kV可滿足負(fù)荷密度小的地區(qū)需要

首先，該市各地地理環(huán)境、人口密度分布和經(jīng)濟發(fā)展水平差異很大，存在一些人口密度稀疏、經(jīng)濟發(fā)展慢的農(nóng)村地區(qū)。這些地區(qū)工業(yè)較少，經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主，負(fù)荷密度小，且分布不均勻，用戶無功補償容量不足，電壓水平低。依據(jù)35kV線路的允許供電半徑(表1)，采用35kV可滿足負(fù)荷密度小的地區(qū)供電需求，并可改善當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)。

表1 35kV線路的允許供電半徑

輸送功率/MW允許供電半徑/kmcosφ=0.9cosφ=0.8cosφ=0.7249.852.650.6346.146.644.9540.038.034.7735.432.028.0931.827.723.91030.225.921.11227.523.019.4注:cosφ為功率因數(shù)

其次，相對于10kV電壓，采用35kV電壓具有輸送容量大及距離長的優(yōu)勢，供電可靠性也較高。

3.2 建設(shè)35kV電網(wǎng)具有一定優(yōu)勢

相對于110kV輸變電工程，35kV輸變電工程具有投資小、占地少、建設(shè)時間短的優(yōu)勢?？紤]該市電網(wǎng)110kV和35kV輸變電工程的平均造價，每個110kV輸變電首期工程的平均總投資約為3800萬元，每個35kV輸變電首期工程的平均總投資約為990萬元，這說明一個35kV輸變電首期工程總投資只是一個110kV輸變電首期工程總投資的1/4，因此根據(jù)實際情況酌情建設(shè)35kV電網(wǎng)具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

然而，考慮到35kV變電站在遠(yuǎn)期升壓改造為110kV變電站的問題，應(yīng)避免重復(fù)建設(shè)。

綜上所述，使用基于雙繞組變壓器的110kV變電站，適宜建設(shè)在負(fù)荷密度較大區(qū)域或周邊地區(qū)。負(fù)荷密度較小和距220kV變電站相對較遠(yuǎn)的地區(qū)，可保留35kV電壓等級。另外，離220kV變電站較近的負(fù)荷中心，適宜建造35kV電壓等級的變電站，這樣可節(jié)約投資成本。從該市35kV變電站的地理分布看，35kV變電站相對集中于郊區(qū)和農(nóng)村，且從將來的發(fā)展看，35kV變電站選址都將遠(yuǎn)離城區(qū)，因此，在當(dāng)前220kV變電站布點不足的情況下，離城區(qū)和220kV變電站相對較遠(yuǎn)的 110kV 變電站中的35kV電壓等級不應(yīng)過早取消，待220kV 變電站網(wǎng)絡(luò)完善以后再考慮逐步取消。

4 結(jié)束語

為使該市電網(wǎng)擁有技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電壓序列優(yōu)化配置方案，應(yīng)深入電力市場進(jìn)行細(xì)致調(diào)查研究，并緊緊依托市場需求。與此同時，還應(yīng)以政府制定的城市總體發(fā)展規(guī)劃為基礎(chǔ)編制電網(wǎng)規(guī)劃[4-5]。

建議該市近期結(jié)合新建220kV電源點，將35kV 變電站逐步改切至220kV變電站供電，新建35kV變電站均由220kV變電站提供電源，逐步減少重復(fù)降壓，減小110kV變電站的負(fù)荷壓力，降低線損。按照此方案，參考該市“十二五”高壓電網(wǎng)規(guī)劃成果，由110kV變電站提供電源的35kV公用變電站共31座，占35kV公用變電站總數(shù)的77.50%，若規(guī)劃改切至220kV變電站供電的35kV 公用變電站有15座，且新建35kV變電站電源均來自于220kV變電站，那么由220kV變電站提供電源的35kV變電站將占35kV公用變電站總數(shù)的65.22%，可以減少降壓層次。由于部分35kV變電站距離220kV電源點較遠(yuǎn)，考慮經(jīng)濟性可暫時不進(jìn)行改造，今后隨著電源點的建設(shè)再逐步進(jìn)行改造。規(guī)劃后35kV及以上綜合線損可較現(xiàn)狀降低0.26個百分點，進(jìn)而提高電力企業(yè)的投入產(chǎn)出效益。

遠(yuǎn)期建議簡化變壓層次，避免重復(fù)降壓，保證高一級電壓電網(wǎng)的供電容量能可靠地傳輸至低一級電壓電網(wǎng)，具有合理的容載比，與此同時，低一級電壓電網(wǎng)應(yīng)能支撐高一級電壓網(wǎng)絡(luò)。

[1] 何春庚，鐘清.廣東35kV電壓等級電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].廣東電力，2005，18(5)： 21-25.

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[3] 丁毓山，楊勇.農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃與改造[M].北京： 中國電力出版社，2001.

[4] 董振亞.對當(dāng)前城市電網(wǎng)建設(shè)和改造中若干技術(shù)熱點問題的思考[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(3)： 66-70.

[5] 姜祥生.城網(wǎng)配電電壓等級研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999,23(2)： 31-33，45.

Simplifying voltage sequence and avoiding repeated reduction of voltage is the overall trend in development of voltage sequence of urban power grid. Took a northern industrial city of county level as the sample to start an analysis on the realities of the power supply grid in order to define the main problems currently exist in the grid and explaine the necessity of grid optimization. On this basis and in view of the characteristics of the city’s power grid as well as the consideration of two factors and the necessity of the presence of 35kV power grid, proposed an approach for optimal allocation of the voltage sequence that should be feasible in technology and reasonable in economy while being able to satisfy the future requirement of the city’s grid load both in the near future and in long term development.

Power Grid； Voltage Sequence； Optimization

2016年1月

鞏保峰(1979— )，男，碩士，工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃管理工作， E-mail： non98@sohu.com

TM727

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1674-540X(2016)03-009-03