低碳發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)下的配電網(wǎng)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)

□ 蘭建輝

2020年9月，中國(guó)政府在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！臂`行低碳發(fā)展戰(zhàn)略，能源是主戰(zhàn)場(chǎng)，電力是主力軍。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電能的需求范圍也越來(lái)越廣。“十四五”期間，我國(guó)將加強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)，加快電動(dòng)汽車、電力儲(chǔ)能、可中斷負(fù)荷規(guī)?；l(fā)展，持續(xù)加大清潔取暖、港口岸電、工業(yè)電鍋爐等多種形式的電能替代?？茖W(xué)發(fā)展，規(guī)劃為先，配電網(wǎng)布局規(guī)劃需更具先進(jìn)性和靈活性，才能在經(jīng)濟(jì)、可靠的方式下滿足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需求，從電能的需求環(huán)節(jié)上促進(jìn)能源低碳發(fā)展。

1 配電網(wǎng)布局規(guī)劃要點(diǎn)

城市配電網(wǎng)規(guī)劃是城市規(guī)劃的重要組成部分，配電網(wǎng)布局規(guī)劃的目標(biāo)主要是為滿足未來(lái)年負(fù)荷增長(zhǎng)和電網(wǎng)發(fā)展需求，兼顧資源節(jié)約、低碳節(jié)能，確定何時(shí)何地建設(shè)何種類型的變電站、線路等電力設(shè)施[1]。

1.1 調(diào)查區(qū)域情況

對(duì)規(guī)劃區(qū)域的城市定位、規(guī)劃區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況、地區(qū)能源資源分布、能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)要結(jié)合規(guī)劃區(qū)域內(nèi)與電網(wǎng)投資建設(shè)相關(guān)的其他市政設(shè)施的規(guī)劃，例如城市道路、大型給排水泵站、燃?xì)庹尽C(jī)場(chǎng)、新建功能區(qū)、交通樞紐、綜合管道等。配電網(wǎng)規(guī)劃與其他相關(guān)規(guī)劃間密切配合、統(tǒng)籌實(shí)施，才能保證電力規(guī)劃的順利實(shí)施。

1.2 電網(wǎng)現(xiàn)狀資料收集與分析

電網(wǎng)現(xiàn)狀資料收集與分析是配電網(wǎng)規(guī)劃后續(xù)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，包含區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)、電源情況、電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖、地理接線圖，用電負(fù)荷情況。對(duì)收集的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行全面分析，包括電壓等級(jí)分析、輸電供電線路超負(fù)荷分析、配電網(wǎng)短路情況下的校驗(yàn)和電網(wǎng)“N-1”校驗(yàn)等各項(xiàng)指標(biāo)，以確定如下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）配電網(wǎng)供電能力是否滿足當(dāng)前電力負(fù)荷的需求，當(dāng)前配電網(wǎng)絡(luò)是否能夠適應(yīng)區(qū)域電力負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)。

（2）當(dāng)前配電網(wǎng)的供電可靠性能否滿足電力用戶的需求，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的電壓波動(dòng)和供電線路損耗是否都在允許的范圍之內(nèi)。

（3）目前的配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和供配電設(shè)備是否陳舊老化，是否需要更換和改進(jìn)。

（4）隨著城市發(fā)展的進(jìn)行，當(dāng)前電力設(shè)施、電力線路走廊是否與城市建設(shè)擴(kuò)張相矛盾，是否會(huì)阻礙城市規(guī)劃的實(shí)施。

對(duì)形成以上問(wèn)題的原因進(jìn)行整理與分析，提出建設(shè)與改造的思路。

1.3 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的依據(jù)，目的是確定規(guī)劃區(qū)域的供用電量、最大負(fù)荷以及規(guī)劃地區(qū)總的負(fù)荷發(fā)展水平。通過(guò)對(duì)規(guī)劃區(qū)域的歷史用電情況、總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、規(guī)劃人口數(shù)量等與電力需求相關(guān)的因素進(jìn)行全面細(xì)致的分析研究，確定以下選取原則[2]。

（1）城市電力總體規(guī)劃階段負(fù)荷預(yù)測(cè)方法宜選用：電力彈性系數(shù)法、回歸分析法、增長(zhǎng)率法、人均用電指標(biāo)法、橫向比較法、單位建設(shè)用地負(fù)荷指標(biāo)法、單耗法等。

（2）城市電力詳細(xì)規(guī)劃階段的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法宜選用：一般負(fù)荷宜選用單位建筑面積負(fù)荷指標(biāo)法等；點(diǎn)負(fù)荷宜選用單耗法，或由有關(guān)部門(mén)、設(shè)計(jì)單位提供負(fù)荷、電量資料。

負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性。

1.4 配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

本階段為配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的最主要內(nèi)容。根據(jù)所收集的電網(wǎng)現(xiàn)狀資料、存在的問(wèn)題和電力負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合所屬地區(qū)高壓配電網(wǎng)的上位規(guī)劃及城市總體規(guī)劃，制定出中低壓配電網(wǎng)建設(shè)與改造方案，包括以下幾點(diǎn)。

（1）新建或改造增容變電站的容量需符合電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求，滿足“N-1”原則及電網(wǎng)容載比范圍的要求；變電站站址選擇盡可能靠近負(fù)荷中心，原則上不占用農(nóng)田保護(hù)區(qū)，遠(yuǎn)離易燃易爆等高危場(chǎng)所，滿足防洪要求，協(xié)調(diào)對(duì)周邊環(huán)境及其他設(shè)施的影響。

（2）一是電力線路走廊路徑規(guī)劃應(yīng)綜合考慮線路長(zhǎng)度、地形交通、施工運(yùn)行及區(qū)域總體規(guī)劃的要求；二是避開(kāi)軍事設(shè)施、大型工礦企業(yè)及不良地質(zhì)地帶；三是盡量避開(kāi)原始森林、自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)；四是與建筑物、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等保證合理的安全距離。在城鎮(zhèn)中心區(qū)、重點(diǎn)風(fēng)景區(qū)等地段，合理利用電纜埋地敷設(shè)方案，與市政道路規(guī)劃并行設(shè)計(jì)。

（3）末端開(kāi)閉所、低壓配電房等終端配電設(shè)施，應(yīng)合理利用建設(shè)用地資源布置，盡量靠近用電負(fù)荷中心，采用節(jié)能環(huán)保型配電設(shè)施。在有分布式電源、電動(dòng)車充電設(shè)施及電儲(chǔ)能設(shè)施的區(qū)域，應(yīng)充分利用負(fù)荷側(cè)的電網(wǎng)反饋特性，將其納入片區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃中，合理參與電力平衡，以節(jié)約電能、減少投資。

2 配電網(wǎng)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)案例

城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家級(jí)地方相關(guān)規(guī)范要求及區(qū)域總體規(guī)劃的目標(biāo)要求，重點(diǎn)放在節(jié)能減排、資源循環(huán)利用方面，提升城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村品位和宜居環(huán)境上促進(jìn)品質(zhì)化發(fā)展。本文以福建省長(zhǎng)汀縣策武工業(yè)園區(qū)配電網(wǎng)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)為案例，闡述配電網(wǎng)布局規(guī)劃的方法及意義。

2.1 規(guī)劃目標(biāo)

長(zhǎng)汀縣位于福建省西南部，是閩、粵、贛三省的邊陲要沖，是福建的邊遠(yuǎn)山區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，水、電、路、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善。策武工業(yè)園區(qū)位于長(zhǎng)汀縣城中心南部，規(guī)劃用地面積約1282.04hm2，規(guī)劃期至2030年。作為長(zhǎng)汀縣的工業(yè)重鎮(zhèn)，園區(qū)規(guī)劃目標(biāo)為充分借助區(qū)域交通及經(jīng)濟(jì)環(huán)境、整合區(qū)域資源和功能，進(jìn)一步改善園區(qū)生態(tài)環(huán)境、構(gòu)筑合理便捷的交通聯(lián)系及科學(xué)合理的用地功能布局，堅(jiān)持“減量化、再利用、資源化”的原則，提升資源利用率，打造建設(shè)成為對(duì)外交通聯(lián)系便捷、與區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的高效生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)和資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的綠色生態(tài)園區(qū)。

2.2 規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2018年長(zhǎng)汀縣供電人口約55.14萬(wàn)，全社會(huì)年用電量11.70億kWh，區(qū)域水利資源豐富，小型水電站數(shù)量眾多；電網(wǎng)共有220kV變電站2座，其中1座為公用變電站，1座為鐵路牽引站；110kV變電站8座。策武工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi)有1座110kV麻陂變電站（2×50MVA），位于規(guī)劃區(qū)中部，變電站進(jìn)出線主要以架空線為主，如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)汀縣策武工業(yè)園區(qū)現(xiàn)狀地形圖

規(guī)劃區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)存在如下問(wèn)題。

（1）110kV變電站僅有1座，電源單一，容載比低，且站內(nèi)存在部分老舊設(shè)備，電網(wǎng)可靠性不高。

（2）變電站周圍環(huán)山，且山體起伏較大，進(jìn)站道路外側(cè)主路僅一條，進(jìn)出線極為不便，線路走廊空間緊張，又無(wú)法充分利用現(xiàn)有的市政道路設(shè)施。

（3）電力規(guī)劃滯后于城市總體規(guī)劃，新建架空線路走廊用地時(shí)常無(wú)法得到保證；園區(qū)中心地下電力通道建設(shè)不能與城市道路建設(shè)同步，城市道路建設(shè)當(dāng)中沒(méi)有預(yù)留足夠的地下電力管道，造成市政工程二次開(kāi)挖施工，增加投資，影響交通。

（4）中壓配電網(wǎng)絡(luò)薄弱，供電半徑大于15km的10kV線路仍有不少，部分線路存在線徑過(guò)小、設(shè)備老舊等問(wèn)題，造成部分地區(qū)電能損失較大，供電可靠性較差。

（5）一是低壓用戶端電網(wǎng)發(fā)展滯后，老舊住宅區(qū)用電線路錯(cuò)綜復(fù)雜，與其他市政管線交叉擁擠，造成供電安全事故增多；二是負(fù)荷端分布不均，存在遠(yuǎn)距離用戶分散且數(shù)量少的特點(diǎn)；三是改造工程易受居民阻擾、道路開(kāi)挖等外部影響，在負(fù)荷密集區(qū)、商住集中區(qū)、老城區(qū)布點(diǎn)困難。

（6）電動(dòng)汽車逐步普及，但由于低壓配電網(wǎng)絡(luò)薄弱，負(fù)荷分配不均，加上建設(shè)用地緊張、充電設(shè)施選址困難，影響了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，無(wú)法促進(jìn)園區(qū)內(nèi)的節(jié)能減排。

2.3 規(guī)劃區(qū)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

依據(jù)所搜集的資料進(jìn)行分析對(duì)比，本項(xiàng)目采用建設(shè)用地負(fù)荷密度法、人均用電指標(biāo)法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。

（1）建設(shè)用地負(fù)荷密度法：依據(jù)2030年規(guī)劃用地平衡表，參考國(guó)內(nèi)其他同類城市和地區(qū)的負(fù)荷密度資料，結(jié)合規(guī)劃區(qū)實(shí)際情況，按不同用地性質(zhì)設(shè)置規(guī)劃區(qū)2030年用電負(fù)荷指標(biāo)，并進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)如表1所示。

表1 2030年長(zhǎng)汀縣策武工業(yè)區(qū)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

根據(jù)以上用電負(fù)荷結(jié)果164.52MW，取同時(shí)系數(shù)0.65，計(jì)算得出負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果為106.94MW，平均負(fù)荷密度為106.43kW/hm2。

（2）人均用電指標(biāo)法：人均用電量法主要是根據(jù)地區(qū)人口和人均年用電量來(lái)推算年用電量。根據(jù)規(guī)劃區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，人均綜合用電量按用電水平中上城市選取，2030年取7000kWh/（人·a），年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)預(yù)計(jì)為4800h，2030年策武工業(yè)園區(qū)規(guī)劃人口約7萬(wàn)人，計(jì)算可得規(guī)劃區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果為102.08MW。

以上兩種方法預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)吻合，最終結(jié)果取平均值104.51MW。

2.4 配電網(wǎng)規(guī)劃布局設(shè)計(jì)

策武工業(yè)園區(qū)總體規(guī)劃綜合考慮人文、地形、交通、自然環(huán)境等因素，用電負(fù)荷大的工業(yè)用地布置在規(guī)劃區(qū)的東南方向，且布置集中，占地面積大；而西北方向主要為住宅用地、少量商業(yè)用地、配套服務(wù)設(shè)施、公用設(shè)施、綠地及廣場(chǎng)用地等，布置分散，用電負(fù)荷比重較低。

因此在園區(qū)現(xiàn)有的1座110kV麻陂變電站（2×50MVA）的基礎(chǔ)上，于園區(qū)東南方向規(guī)劃新建1座110kV變電站（2×50MVA）。新規(guī)劃兩路110kV高壓線路，一路引接110kV麻陂變電站，路徑沿兩座變電站之間的主干路周邊架空敷設(shè)，另一路引接規(guī)劃區(qū)東南方向的220kV變電站，路徑沿園區(qū)外圍的電力走廊架空敷設(shè)。變電站布點(diǎn)如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)汀縣策武工業(yè)園區(qū)變電站規(guī)劃布點(diǎn)示意圖

新建110kV變電站選址位置靠近工業(yè)用地等用電負(fù)荷高密度區(qū)，供電半徑小，供電可靠性高；且靠近園區(qū)主干路，地勢(shì)平坦，電力線路走廊空間充裕，便于進(jìn)出線，交通運(yùn)輸方便，對(duì)周圍自然環(huán)境影響小，符合“十四五”規(guī)劃中關(guān)于統(tǒng)籌主體功能區(qū)、土地利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等規(guī)劃協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

至2030年，園區(qū)共有2座110kV變電站，總?cè)萘?00MVA，根據(jù)用電負(fù)荷預(yù)測(cè)值104.51MW，得出110kV電網(wǎng)容載比為1.91，滿足規(guī)范要求。并且兩座變電站高壓線路手拉手互聯(lián)，解決了110kV電網(wǎng)電源單一的問(wèn)題。新建的110kV變電站站址周邊留有發(fā)展備用地，為后期配電網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)劃做好擴(kuò)建預(yù)留。

規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀暫無(wú)35kV變電站，但有少量用戶是由規(guī)劃區(qū)外圍的35kV變電站提供電源，影響園區(qū)總體規(guī)劃的實(shí)施。新規(guī)劃中心城區(qū)內(nèi)原則上不再增加35kV變電站，規(guī)劃區(qū)周邊現(xiàn)有35kV變電站將逐步規(guī)劃退出電網(wǎng)運(yùn)行，現(xiàn)有35kV變電站所供負(fù)荷由110kV站直降10kV轉(zhuǎn)供，減少投資，且供電可靠性增加。

10kV配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)接線方式布置，并依據(jù)110kV變電站的位置、地區(qū)負(fù)荷密度和運(yùn)行管理的需要，分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分區(qū)。分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)10kV開(kāi)閉所，開(kāi)閉所轉(zhuǎn)供容量一般控制在8000kVA～12000kVA，相鄰開(kāi)閉所互聯(lián)，每座開(kāi)閉所保證有兩路獨(dú)立可靠的電源接入。開(kāi)閉所位置根據(jù)各分區(qū)詳細(xì)規(guī)劃確定，為節(jié)約用地，可與建筑物合建，但應(yīng)考慮設(shè)備運(yùn)輸便利，并留有消防通道，滿足防火、防潮、通風(fēng)等技術(shù)要求。

10kV配電所的布置應(yīng)靠近負(fù)荷中心，并結(jié)合建筑物合理布置，采用節(jié)能環(huán)保型配電設(shè)施。對(duì)規(guī)劃區(qū)內(nèi)高損耗的配電變壓器進(jìn)行有序的更換。合理選擇配電變壓器的容量，保證變壓器負(fù)載率維持在合理的運(yùn)行水平。針對(duì)不同的用電負(fù)荷性質(zhì)，合理增加無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高運(yùn)行功率因數(shù)。

為配合電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)發(fā)展，結(jié)合詳細(xì)用地規(guī)劃，在大型停車場(chǎng)、住宅小區(qū)停車區(qū)、工業(yè)廠區(qū)停車區(qū)、交通樞紐帶等區(qū)域，根據(jù)《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ 13—278—2017）的相關(guān)技術(shù)要求，配合充電設(shè)施負(fù)荷同時(shí)系數(shù)低的特點(diǎn)，在原設(shè)計(jì)配電容量的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加一定比例的專供配電變壓器，可滿足園區(qū)范圍電動(dòng)汽車的使用，促進(jìn)園區(qū)的節(jié)能減排。

園區(qū)中心區(qū)域規(guī)劃建筑物較為密集，為解決低壓架空線路與建筑物安全間距不足、阻礙綠化樹(shù)木生長(zhǎng)、線路桿塔占用建設(shè)用地等問(wèn)題，保證城區(qū)環(huán)境的美觀，園區(qū)中心配電線路規(guī)劃沿地下電纜排管敷設(shè)，結(jié)合園區(qū)市政道路規(guī)劃、道路周邊用地負(fù)荷密度指標(biāo)進(jìn)行電力管道規(guī)劃設(shè)計(jì)[3]。變電站進(jìn)出線所處主干路段，設(shè)計(jì)排管15～18根；一般主干路段，設(shè)計(jì)排管12～18根；城市次干路設(shè)計(jì)排管9～12根；城市支路設(shè)計(jì)排管6～9根。園區(qū)排管布置于人行道或綠化帶，與給排水、通信、燃?xì)夤艿辣３趾侠淼陌踩g距，管線較多、布置困難時(shí)可沿非機(jī)動(dòng)車道或慢行車道布置，排管數(shù)可根據(jù)各分區(qū)用地詳細(xì)規(guī)劃適當(dāng)調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

低碳發(fā)展戰(zhàn)略是我國(guó)“十四五”規(guī)劃的一個(gè)綜合性發(fā)展戰(zhàn)略。配電網(wǎng)布局規(guī)劃應(yīng)當(dāng)以國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略為導(dǎo)向，以區(qū)域總體規(guī)劃為基礎(chǔ)，利用科學(xué)、合理的計(jì)算統(tǒng)計(jì)方法，因地制宜、分步實(shí)施，才能引導(dǎo)城市電網(wǎng)建設(shè)健康有序地發(fā)展。