“鉆石型”配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及用戶接入原則研究

夏毅仁，錢建春，盧婧婧

(1.上海合澤電力工程設(shè)計咨詢有限公司，上海 200433；2國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201707)

為適應(yīng)上海城市規(guī)劃、國家電網(wǎng)公司“具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”發(fā)展戰(zhàn)略和上海世界一流城市配電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)，解決現(xiàn)狀配電網(wǎng)的實(shí)際問題，國網(wǎng)上海市電力公司基于現(xiàn)狀配電網(wǎng)的條件和配電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，提煉出“鉆石型”配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而體系化開展“鉆石型”配電網(wǎng)的理論研究，從而完善“鉆石型”配電網(wǎng)的定義、功能及標(biāo)準(zhǔn)。

作為“鉆石型”配電網(wǎng)理論研究系列專題的組成部分，本文從用戶接入方面研究“鉆石型”配電網(wǎng)的適應(yīng)性。

1 10 kV普通用戶接入“鉆石型”配電網(wǎng)模式及相關(guān)原則

1.1 開關(guān)站與配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)接入用戶容量

10 kV“鉆石型”配電網(wǎng)是指以開關(guān)站為核心節(jié)點(diǎn)、雙側(cè)電源供電、雙環(huán)網(wǎng)連接、開環(huán)運(yùn)行、配置自愈的電纜主干網(wǎng)，具有“全電纜、全斷路器、全互聯(lián)、全自愈”的特征，如圖1所示。

開關(guān)站出線間隔采用斷路器，可供高裝接容量(單回裝接容量大于800 kVA)的用戶。

配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)出線間隔采用負(fù)荷開關(guān)+熔絲保護(hù)。在10 kV系統(tǒng)中若采用小電阻接地方式，考慮到零序電流保護(hù)整定值很難與熔斷器的熔斷曲線配合，因此當(dāng)小電阻接地系統(tǒng)800 kVA以上和不接地系統(tǒng)1 000 kVA以上時，配電變壓器需配置反映相間故障的電流保護(hù)和反映接地故障的零序保護(hù)。

考慮上海10 kV系統(tǒng)主要采用小電阻接地方式，應(yīng)控制配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)出線所供用戶裝接容量在800 kVA以下。

1.2 供電電源點(diǎn)的要求

一般用戶供電電源及接線有以下要求，具體如下。

(1)對普通電力用戶可采用單側(cè)電源供電。

(2)雙回路電力用戶應(yīng)來自不同變電站、開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)或同一的變電站、開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)的不同母線段。

(3)常用雙回路供電時，宜采用同一電壓等級電源供電，一般不提供用于生產(chǎn)的備用電源，只提供用于檢修、保安的保安電源。

1.3 裝接容量800 kVA及以下的10 kV用戶接入模式

用戶單路用電容量小于等于800 kVA的10 kV用戶可由配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)接入供電，接入電網(wǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 裝接容量800 kVA及以下的10 kV用戶接入模式

配電室接入供電的相關(guān)要求具體如下。

(1)雙回路的10 kV一般用戶，供電電源應(yīng)來自配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)的不同10 kV母線。

(2)配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)出線直供用戶的電纜宜采用YJV-3×70 mm2。

1.4 裝接容量大于800 kVA的10 kV用戶接入模式

單路用電容量小于6 000 kVA且大于800 kVA的10 kV用戶應(yīng)由開關(guān)站接入供電；單回線路所供容量6 000 kVA及以上時，若開關(guān)站進(jìn)線承載能力允許條件下也可采用開關(guān)站供電模式，接入電網(wǎng)示意圖如圖3所示。

圖3 裝接容量大于800 kVA的10 kV用戶開關(guān)站接入模式

開關(guān)站接入供電的相關(guān)要求具體如下。

(1)雙回進(jìn)線的一般用戶，進(jìn)線電源應(yīng)來自同一開關(guān)站的不同母線或不同開關(guān)站。

(2)開關(guān)站出線直供用戶的電纜宜采用YJV-3×240 mm2或YJV-3×120 mm2。開關(guān)站出線直供用戶的單回裝接容量大于4 000 kVA時，電纜也可采用YJV-3×400 mm2。

10 kV用戶的單回線路所供容量在6 000 kVA及以上，在周邊開關(guān)站無法接入時，可由變電站接入供電，接入電網(wǎng)示意圖如圖4所示。

圖4 裝接容量大于6 000 kVA的10 kV用戶變電站接入模式

變電站接入供電的相關(guān)要求具體如下。

(1)雙回進(jìn)線的一般用戶，進(jìn)線電源應(yīng)來自同一個110(35) kV變電站不同10 kV母線或不同變電站。

(2)所供一般用戶的單回線路所供容量應(yīng)大于等于6 000 kVA，并嚴(yán)格控制變電站直供模式。

(3)變電站出線直供用戶的電纜宜采用YJV-3×400 mm2。

2 10 kV重要用戶接入“鉆石型”配電網(wǎng)的模式研究

2.1 重要電力用戶的定義

重要電力用戶是指在國家或者本市的社會、政治、經(jīng)濟(jì)生活中占有重要地位，中斷供電將可能造成人身傷亡、較大環(huán)境污染、較大政治影響、較大經(jīng)濟(jì)損失，社會公共秩序嚴(yán)重混亂的本市電網(wǎng)供電范圍內(nèi)電力用戶。

根據(jù)供電可靠性及中斷供電對人身安全、政治、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)、社會秩序造成的損失或者影響的程度，將重要電力用戶分為特級、一級、二級重要電力用戶。重要電力用戶的分級和確定參見《上海市電力公司重要電力用戶供用電安全管理細(xì)則》[1-3]。

2.2 一級重要電力用戶接入模式

一級重要電力用戶可采用變電站接入供電或開關(guān)站接入供電。為避免其他用戶電源線路故障造成一級重要電力用戶陪停，不宜采用配電室、環(huán)網(wǎng)室(箱)供電。10 kV一級重要電力用戶開關(guān)站接入模式如圖5所示。

圖5 10 kV一級重要用戶開關(guān)站接入模式

一級重要電力用戶接入供電的相關(guān)要求具體如下。

(1)一級重要電力用戶電源必須來自于不同的變電站或不同開關(guān)站，在用戶單回電源線路所供裝接容量低于6 000 kVA時，優(yōu)先選擇開關(guān)站接入供電。

(2)當(dāng)電源來自開關(guān)站時，開關(guān)站對應(yīng)的上級電源應(yīng)追溯至不同的上一級變電站。同時重要用戶電源進(jìn)線應(yīng)來自不同的線路通道(進(jìn)站端除外，但電纜敷設(shè)時應(yīng)保持一定間隔)。

(3)一級重要電力用戶的進(jìn)線電纜應(yīng)采用排管敷設(shè)。

2.3 二級重要電力用戶接入模式

二級重要電力用戶具備雙回路供電條件，接入模式與雙回路普通用戶一致。

3 “鉆石型”配電網(wǎng)在用戶接入方面的優(yōu)勢

3.1 “鉆石型”配電網(wǎng)的用戶接入特點(diǎn)

在用戶接入方面，“鉆石型”配電網(wǎng)構(gòu)建了一個“以用戶為中心”、“不停電”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其中，單回電源線路所供裝接容量高于800 kVA的10 kV用戶，可接入10 kV開關(guān)站；單回電源線路所供裝接容量低于等于800 kVA的10 kV用戶，可接入10 kV配電室；低壓用戶可就近接入10 kV開關(guān)站或配電室的低壓側(cè)[4]。

“以用戶為中心”的“鉆石型”配電網(wǎng)如圖6所示。同時，接入用戶的10 kV開關(guān)站或配電室，在任意一回10 kV及以上公共電網(wǎng)線路故障時均能夠保障用戶不停電。

圖6 “以用戶為中心”的“鉆石型”配電網(wǎng)

3.2 “鉆石型”配電網(wǎng)與傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)在用戶接入方面的對比

“鉆石型”配電網(wǎng)與傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)用戶接入模式對比如圖7所示。

圖7 “鉆石型”配電網(wǎng)與傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)用戶接入模式對比

“鉆石型”配電網(wǎng)與傳統(tǒng)以環(huán)網(wǎng)室(箱)為節(jié)點(diǎn)的雙環(huán)網(wǎng)相比，具有以下優(yōu)勢。

(1)適應(yīng)性強(qiáng)：“鉆石型”配電網(wǎng)在地塊內(nèi)提供了不同容量10 kV用戶和低壓用戶的接入電源，可以適應(yīng)地塊內(nèi)用戶情況的差異化，形成了以10 kV開關(guān)站、配電室和環(huán)網(wǎng)室(箱)為核心的中低壓用戶接入的平臺。

(2)不影響供電可靠性：傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)中用戶接入時需就近新增環(huán)網(wǎng)(室)柜，并接入主環(huán)網(wǎng)線；當(dāng)用戶單回容量增容至800 kVA以上或大于800 kVA的用戶接入已建環(huán)網(wǎng)柜時，環(huán)網(wǎng)柜出線側(cè)需改造為斷路器，接入工程在主干環(huán)網(wǎng)上均會產(chǎn)生線路停電，影響供電可靠性。“鉆石型”配電網(wǎng)中用戶接入均不影響主干環(huán)網(wǎng)線路的運(yùn)行，不會產(chǎn)生停電時間。

(3)用戶接入費(fèi)用低：傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)中10 kV用戶接入線路需延伸至地塊邊界，并產(chǎn)生主干環(huán)網(wǎng)接入新建環(huán)網(wǎng)柜的費(fèi)用。“鉆石型”配電網(wǎng)中用戶接入線路在地塊內(nèi)就近接入，相對接入線路較短，用戶投資費(fèi)用較低。

(4)對站址、通道資源要求較低：“鉆石型”配電網(wǎng)中用戶接入電源站址相對集約化(單站址可提供電源間隔多、可同時提供中壓與低壓電源間隔)，可避免市政道路上設(shè)置大量環(huán)網(wǎng)室(箱)或箱變，提升市容環(huán)境。在通道上，傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)需多個地塊內(nèi)延伸市政道路的電纜通道，“鉆石型”配電網(wǎng)用戶接入線路通道可在地塊內(nèi)敷設(shè)，相對通道長度短。

由此可見，“鉆石型”配電網(wǎng)在用戶接入的便利性、適應(yīng)性、建設(shè)難度和用戶投入均優(yōu)于傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)，有利于營商環(huán)境的提升，同時在用戶接入時無需改變主干網(wǎng)架、不產(chǎn)生停電時間，避免了用戶接入對電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和供電可靠性的影響。

4 “鉆石型”配電網(wǎng)對業(yè)擴(kuò)技術(shù)原則的影響分析

用戶業(yè)擴(kuò)工程執(zhí)行《國網(wǎng)上海市電力公司新建住宅區(qū)供電配套工程技術(shù)導(dǎo)則(2014版)》和《國網(wǎng)上海市電力公司非居民電力用戶業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)導(dǎo)則(2014版)》，結(jié)合“鉆石型”配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型及保護(hù)配置的研究結(jié)論，主要對10 kV開關(guān)站結(jié)構(gòu)及配置產(chǎn)生影響，需提出新的要求。

(1)進(jìn)一步加強(qiáng)用戶供電方案應(yīng)以配電網(wǎng)規(guī)劃為依據(jù)。原技術(shù)導(dǎo)則中10 kV開關(guān)站采用單環(huán)網(wǎng)接線，在供電方案編制時需與配電網(wǎng)規(guī)劃核對開關(guān)站進(jìn)線的電源變電站。但實(shí)施“鉆石型”配電網(wǎng)后，供電方案編制還應(yīng)考慮開關(guān)站在雙環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)位置、開關(guān)站進(jìn)線的電源變電站或開關(guān)站、雙環(huán)網(wǎng)主干線環(huán)出方向等內(nèi)容，這需用戶供電方案與配電網(wǎng)規(guī)劃緊密結(jié)合。

(2)開關(guān)站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和接線模式需調(diào)整。開關(guān)站最終接線模式由單環(huán)網(wǎng)調(diào)整為雙環(huán)網(wǎng)接線，電網(wǎng)過渡期間開關(guān)站在雙側(cè)電源變電站或雙環(huán)網(wǎng)內(nèi)其他開關(guān)站尚未建設(shè)時，可采用單環(huán)網(wǎng)接線，但在開關(guān)站規(guī)模、進(jìn)出線通道、自愈系統(tǒng)等應(yīng)按最終接線預(yù)留，開關(guān)站土建、進(jìn)出線通道和開關(guān)設(shè)備選型一次建成。

(3)開關(guān)站規(guī)模需調(diào)整。開關(guān)站進(jìn)出線規(guī)模需增加2回主干出線規(guī)模，即原技術(shù)導(dǎo)則中2進(jìn)6出、2進(jìn)10出、2進(jìn)14出規(guī)模調(diào)整為2進(jìn)8出、2進(jìn)12出、2進(jìn)16出(出線含2出主干環(huán)網(wǎng)線路)。

(4)設(shè)備選型中需強(qiáng)調(diào)流變的規(guī)格說明。按“鉆石型”配電網(wǎng)接線需求，考慮在配電網(wǎng)建設(shè)時開關(guān)站在雙環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)位置可能存在調(diào)整情況，建議新建開關(guān)站進(jìn)線開關(guān)及主干線出線開關(guān)的流變均采用800(400)/5 A規(guī)格。

(5)增加關(guān)于自愈系統(tǒng)的技術(shù)原則。在保護(hù)及自動化中增加自愈系統(tǒng)的說明，新建開關(guān)站環(huán)入已建雙環(huán)網(wǎng)或形成雙環(huán)網(wǎng)時，自愈系統(tǒng)一次建成；在電網(wǎng)過渡期間，開關(guān)站采用單環(huán)網(wǎng)時，需預(yù)留建設(shè)自愈系統(tǒng)的空間與接口。

(6)增加對開關(guān)站至市政道路之間電纜排管規(guī)模的規(guī)定。按“鉆石型”配電網(wǎng)接線中開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接線的要求，考慮開關(guān)站主干環(huán)網(wǎng)線路進(jìn)出線路均為雙拼線路，需電纜排管孔數(shù)8孔；開關(guān)站可能存在供地塊外出線，需電纜排管孔數(shù)2～4孔；開關(guān)站自愈系統(tǒng)、保護(hù)及信息的通信要求，需電纜排管孔數(shù)2孔(用于敷設(shè)光纜)；檢修及預(yù)留需電纜排管孔數(shù)2孔，則開關(guān)站至市政道路之間所需孔位14～16孔，因而建議在技術(shù)導(dǎo)則增加開關(guān)站至市政道路之間的電纜排管孔位數(shù)不少于16孔。

5 開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接入用戶容量的說明

5.1 開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接入用戶容量分析

在開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)目標(biāo)接線時首端電纜進(jìn)線采用雙拼YJV-3×400 mm2，則線路額定載流量為720 A，最大輸送負(fù)荷約12 000 kW，每組開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)最大輸送負(fù)荷約24 000 kW。

按上海市需用系數(shù)研究成果，取各產(chǎn)業(yè)用戶需用系數(shù)的推薦值計算，開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接入用戶容量如表1所示。

表1 分產(chǎn)業(yè)用戶需用系數(shù)推薦值

在表1中，對于居民區(qū)1組開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接線建議接入容量控制在80 000 kVA以內(nèi)，在非居民區(qū)如用戶為雙回路為主時，接入容量控制在68 000 kVA以內(nèi)，如用戶為單回路為主時，接入容量控制在35 000 kVA以內(nèi)。

在實(shí)際電網(wǎng)中，開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)所供的用戶產(chǎn)業(yè)性質(zhì)、用戶電源回數(shù)存在較大的差異，開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)可接入用戶容量將隨用戶情況不同將存在較大變化，因而不推薦采用用戶容量控制開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)環(huán)入開關(guān)站的數(shù)量或接入用戶的數(shù)量，雙環(huán)網(wǎng)中的用戶接入應(yīng)按環(huán)網(wǎng)線路的負(fù)荷開展校核，以提升線路利用率。

5.2 10 kV用戶容量限額提升對“鉆石型”配電網(wǎng)的影響

如10 kV用戶容量限額提升至12 600 kVA，1組開關(guān)站的雙環(huán)網(wǎng)接線中接入1個12 600 kVA用戶時，剩余開關(guān)站可接入約67 400 kVA的居民用戶容量或約55 400 kVA的非居民配變?nèi)萘?，接入用戶?shù)量及開關(guān)站間隔利用仍可保持較高水平。

當(dāng)10 kV用戶容量限額進(jìn)一步提升時，如1組開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接線中接入1個18 900 kVA及以上用戶時，剩余開關(guān)站可接入容量將下降至61 100 kVA(居民)或49 100 kVA(非居民)，即開關(guān)站剩余可接入容量不足75%，此時將大幅減少開關(guān)站接入用戶數(shù)量，從而限制了“鉆石型”配電網(wǎng)作用的發(fā)揮，高容量用戶接入模式趨于采用110(35)kV變電站直供模式。

為適應(yīng)上海“鉆石型”配電網(wǎng)的發(fā)展，建議10 kV用戶容量限額提升需控制在8 000～12 600 kVA。

6 結(jié)語

(1)在“鉆石型”配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)情況下，10 kV普通用戶及重要用戶接入“鉆石型”配電網(wǎng)的典型模式與現(xiàn)有技術(shù)原則基本保持一致。

(2)“鉆石型”配電網(wǎng)構(gòu)建了一個“以用戶為中心”、“不停電”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。“鉆石型”配電網(wǎng)在用戶接入的便利性、適應(yīng)性、建設(shè)難度和用戶投入均優(yōu)于傳統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)，有利于營商環(huán)境的提升，同時在用戶接入時無需改變主干網(wǎng)架、不產(chǎn)生停電時間，避免了用戶接入對電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和供電可靠性的影響。

(3)“鉆石型”配電網(wǎng)對用戶接入技術(shù)原則修訂內(nèi)容包括：進(jìn)一步加強(qiáng)用戶供電方案應(yīng)以配電網(wǎng)規(guī)劃為依據(jù)、調(diào)整開關(guān)站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和接線模式、調(diào)整開關(guān)站規(guī)模、設(shè)備選型中強(qiáng)調(diào)流變的規(guī)格說明、增加關(guān)于自愈系統(tǒng)的技術(shù)原則、增加對開關(guān)站至市政道路之間電纜排管規(guī)模的規(guī)定。

(4)按上海需用系數(shù)計算，對于居民區(qū)1組開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)接線建議接入容量控制在80 000 kVA以內(nèi)，在非居民區(qū)如用戶為雙回路為主時，接入容量控制在68 000 kVA以內(nèi)，如用戶為單回路為主時，接入容量控制在35 000 kVA以內(nèi)。但不推薦采用用戶容量控制開關(guān)站雙環(huán)網(wǎng)環(huán)入開關(guān)站的數(shù)量或接入用戶的數(shù)量，雙環(huán)網(wǎng)中的用戶接入應(yīng)按環(huán)網(wǎng)線路的負(fù)荷開展校核，以提升線路利用率。