基于海綿城市的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)理念與思路

呂 文

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司武漢供電公司，武漢 430000）

近年來(lái)，城市化進(jìn)程的快速發(fā)展引發(fā)了一系列城市水問(wèn)題，如城市內(nèi)澇頻發(fā)、水環(huán)境嚴(yán)重污染、水資源短缺、水土流失、生態(tài)環(huán)境破壞等。國(guó)務(wù)院辦公廳2015年印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，通過(guò)“海綿城市”建設(shè)，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，最大限度地降低內(nèi)澇發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展海綿城市建設(shè)試點(diǎn)評(píng)選工作，并產(chǎn)生了包括湖北某市在內(nèi)的首批16個(gè)試點(diǎn)城市。

某市以示范區(qū)海綿城市建設(shè)為起點(diǎn)，在全市推進(jìn)海綿城市建設(shè)。至2020年，實(shí)現(xiàn)某市20%建成區(qū)達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求。其中為滿足海綿城市建設(shè)中最后一個(gè)“排”環(huán)節(jié)的目標(biāo)要求，近期內(nèi)澇防治系統(tǒng)性骨干工程的3大系統(tǒng)工程分別是出江泵站工程、骨干通道工程和湖泊調(diào)蓄工程,其中近期出江泵站工程將新改擴(kuò)建14個(gè)水系的出江泵站共18座，新增出江規(guī)模1 038.5 m3/s。初步測(cè)算新增排澇水泵電機(jī)總裝機(jī)容量約14~22萬(wàn)kW，分散在某市發(fā)展區(qū)總用地面積約3 261 km2內(nèi)。

1 建設(shè)海綿城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)難點(diǎn)

從環(huán)境角度來(lái)分析，海綿城市實(shí)際操作面臨的復(fù)雜性、科學(xué)性和功能性的挑戰(zhàn)不是一個(gè)量級(jí)。需要定量的分析報(bào)告才能去執(zhí)行，具體如下[1-3]：

（1）各個(gè)精細(xì)地塊的設(shè)計(jì)最大降雨量、流向及特點(diǎn)。

（2）當(dāng)前軟硬質(zhì)地表對(duì)應(yīng)的雨水阻滯能力，對(duì)比對(duì)應(yīng)的各種海綿城市策略下的單位地塊的雨水阻滯能力，實(shí)施的可行性。

（3）針對(duì)現(xiàn)有設(shè)施和降水記錄的調(diào)研與數(shù)據(jù)報(bào)告。

（4）基于以上數(shù)據(jù)的降雨滯排數(shù)學(xué)模型。

（5）在數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)下的規(guī)劃設(shè)計(jì)策論。

與此同時(shí)，從電力需求角度分析，此類特殊電力用戶的主要特點(diǎn)是：①建設(shè)周期緊；②單機(jī)容量大；③用電間歇長(zhǎng)；④可靠性要求高。

目前電網(wǎng)企業(yè)面臨的主要困境是：①供電方案論證時(shí)間短，難以確保方案最優(yōu)；②需兼顧周邊其他電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求；③大量輸配電資源閑置或緊張；④電網(wǎng)薄弱區(qū)域難以滿足用戶可靠性要求。

而泵站工程供電方案通常需要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況、經(jīng)濟(jì)條件、發(fā)展規(guī)劃和工程本身特點(diǎn)等多方面因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)與選擇，因此提升配電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性和精準(zhǔn)性，為解決特殊用戶的供電難點(diǎn)，具有極其重要的意義。

2 推進(jìn)海綿城市建設(shè)跨界規(guī)劃的需要

由于我國(guó)海綿城市建設(shè)剛剛起步，現(xiàn)階段相關(guān)規(guī)劃涉及的主要內(nèi)容、指標(biāo)體系、關(guān)鍵技術(shù)及措施等的科學(xué)性和合理性不足，這導(dǎo)致許多城市在進(jìn)行海綿城市建設(shè)時(shí)，出現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)把握不準(zhǔn)確、控制指標(biāo)無(wú)法落實(shí)，以及各行業(yè)、各專業(yè)各自為政和建設(shè)工作進(jìn)程緩慢等諸多問(wèn)題[4-5]。

針對(duì)這一現(xiàn)象，首先需要開(kāi)展海綿城市建設(shè)專題研究，對(duì)總體戰(zhàn)略、實(shí)施計(jì)劃等進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后指導(dǎo)城市排水防澇、城市水系、道路交通及電力設(shè)施等專項(xiàng)規(guī)劃，以及控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃的修編，在各層級(jí)規(guī)劃中提出落實(shí)海綿城市建設(shè)要求的內(nèi)容和方法（圖1），從而完善規(guī)劃體系，加強(qiáng)對(duì)城市雨水管理、防洪排澇工作的力度，將總體思路滲透到各規(guī)劃中時(shí)較易操作，但其所涉及的學(xué)科范圍跨度較大，對(duì)各專業(yè)間的需求研究、各部門(mén)間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)等提出較高的要求。

圖1 海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃與其他法定規(guī)劃的關(guān)系示意圖

城市總體規(guī)劃作為頂層設(shè)計(jì)，在城市總體布局時(shí)需明確海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo)及相關(guān)指標(biāo)，編制海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃，對(duì)現(xiàn)有的城市各相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃及修建性詳細(xì)規(guī)劃進(jìn)行修編，同時(shí)調(diào)整自身的不足，最終將海綿城市建設(shè)的理念融入到各類專項(xiàng)規(guī)劃中。

而建設(shè)海綿城市最終要有效解決排澇問(wèn)題。城市用于排澇的泵站設(shè)備平時(shí)往往處于停用狀態(tài)，許多城市忽略了用于排澇泵站的配電網(wǎng)規(guī)劃或在規(guī)劃設(shè)計(jì)中考慮不足。當(dāng)發(fā)生的災(zāi)害是百年不遇的洪水時(shí)，就會(huì)因配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)缺陷，造成部分用于排澇的泵站沒(méi)有可靠的供電，因而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

表2呈現(xiàn)了樣本校研究生批判性思維特質(zhì)測(cè)查分?jǐn)?shù)的總體情況。從表2可以看出，這2 365名研究生批判性思維特質(zhì)的總體得分均值為274分，標(biāo)準(zhǔn)差為27分，最高分為405分，最低分為201分，極大值與極小值間的差距為204分。其中求知欲和分析能力的得分均值最高，均達(dá)到40分以上。尋找真相維度的得分均值最低，為36分。

3 對(duì)國(guó)家“五大”發(fā)展理念應(yīng)答的需要

創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享“五大”發(fā)展理念被視為關(guān)系我國(guó)發(fā)展全局的一場(chǎng)深刻變革。

創(chuàng)新是靈魂，規(guī)劃設(shè)計(jì)要與當(dāng)?shù)卣呓Y(jié)合，要與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，要應(yīng)當(dāng)突破過(guò)時(shí)的、不合時(shí)宜的條條框框，在新理念的指導(dǎo)下，將規(guī)劃設(shè)計(jì)做得更能解決問(wèn)題、更能節(jié)約資源且更能造福社會(huì)。

協(xié)調(diào)是先導(dǎo)，規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)做到頂層設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作及內(nèi)外交流相統(tǒng)一。頂層設(shè)計(jì)決定著項(xiàng)目的深度、規(guī)模和廣度，海綿城市的建設(shè)離不開(kāi)多行業(yè)、跨專業(yè)間的團(tuán)隊(duì)合作和內(nèi)外交流。建設(shè)海綿城市需要杜絕“各人自掃門(mén)前雪”似的“為海綿而海綿”“為規(guī)劃而規(guī)劃”，不僅堅(jiān)持“管得寬”，而且“管得遠(yuǎn)”。將城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、域外引水工程及城市排澇工程等舉措?yún)f(xié)同推進(jìn)，并將各類項(xiàng)目需求納入配電網(wǎng)規(guī)劃范疇統(tǒng)籌考慮。

綠色是精髓，規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持做到節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，以“用戶需求的精準(zhǔn)定位為導(dǎo)向”的前提下樹(shù)立規(guī)劃的理念。加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，形成人與自然和諧發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)新格局。

4 建設(shè)海綿城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)創(chuàng)新的內(nèi)涵和主要做法

4.1 確立建設(shè)海綿城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)創(chuàng)新的目標(biāo)、方式和方法[6-7]

4.1.1 目標(biāo)

配電網(wǎng)規(guī)劃積極響應(yīng)國(guó)家建設(shè)海綿城市的號(hào)召，合理運(yùn)用海綿城市技術(shù)精髓，在規(guī)劃原則中對(duì)變電站建設(shè)形式提出明確指導(dǎo)意見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)綠色環(huán)保、無(wú)公害生產(chǎn)。同時(shí)以特殊用戶的用電需求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合電網(wǎng)情況、經(jīng)濟(jì)條件、發(fā)展規(guī)劃和工程本身特點(diǎn)等多方面因素進(jìn)行綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)，達(dá)到為用戶提供高供電可靠性、高電能質(zhì)量和高品質(zhì)電力相關(guān)服務(wù)并考慮項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多方參與共贏、社會(huì)效益最大化。

4.1.2 方式和方法

建成區(qū)以問(wèn)題為導(dǎo)向，針對(duì)問(wèn)題，系統(tǒng)治理；新建區(qū)以目標(biāo)為導(dǎo)向，高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、提前布局和超前建設(shè)。

（1）將海綿城市理念融入變電站建設(shè)。根據(jù)變電站工藝要求及實(shí)際情況，現(xiàn)今站內(nèi)均采用高智能無(wú)人管理的智能化運(yùn)行模式，變電站對(duì)雨水的處理回收利用率不高，參照海綿城市理念，對(duì)變電站建設(shè)，特別是在降雨多、雨量集中地區(qū)修建的變電站，應(yīng)在下滲、滯蓄技術(shù)方面進(jìn)行改善，提高變電站站區(qū)內(nèi)的透水地面及綠化率，加強(qiáng)地面入滲，以減少地面徑流匯水，消弱暴雨洪峰季節(jié)雨水匯流排放量，減輕站區(qū)內(nèi)漬、排澇負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能保持良好的地下水補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)水土保持、水生態(tài)自平衡及低環(huán)境影響的目標(biāo)。

（3）建立統(tǒng)一平臺(tái)，做好現(xiàn)行多規(guī)對(duì)比分析。通過(guò)統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃“一張圖”，統(tǒng)一各行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和成果，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃數(shù)據(jù)交互與共享。優(yōu)化規(guī)劃實(shí)施運(yùn)行環(huán)境、統(tǒng)籌需求及能力等要素，充分理解海綿城市建設(shè)意圖，實(shí)現(xiàn)多行業(yè)跨專業(yè)信息的展示、查詢、動(dòng)態(tài)更新與實(shí)時(shí)共享。

4.2 為特殊電力客戶做好“望”“聞”“問(wèn)”“切”，強(qiáng)化用電“體檢”的權(quán)威性和檢后“診療”的專業(yè)性

目前某供電公司開(kāi)展用電“體檢”工作，對(duì)客戶的用電設(shè)備安全狀況、供電可靠性及設(shè)備運(yùn)行管理等方面進(jìn)行全面檢查診斷和評(píng)估，建立了客戶用電設(shè)備健康檔案，為客戶安全用電、合理用電和經(jīng)濟(jì)用電提供幫助。同時(shí)在此類工作中也針對(duì)24家泵站用戶的現(xiàn)有的供電方式、供電能力和設(shè)備健康水平進(jìn)行評(píng)估。受歷史條件影響，近1/3的用戶存在不合理現(xiàn)象。例如單電源供電、容量與電壓選擇不匹配、重復(fù)降壓及夏季高峰時(shí)電機(jī)啟動(dòng)困難等，這些問(wèn)題將對(duì)城市防汛排澇工作埋下隱患。考慮到海綿城市建設(shè)中最后一個(gè)“排”環(huán)節(jié)的目標(biāo)要求，不僅要對(duì)現(xiàn)有泵站用戶面臨的問(wèn)題進(jìn)行整改，還要超前謀劃未來(lái)3年近14~22萬(wàn)kW的新增排澇水泵電機(jī)總裝機(jī)的供電方案，對(duì)每一家特殊電力客戶量身定制適合各自特點(diǎn)的解決方案。

對(duì)于此類泵站用戶傳統(tǒng)的供電方案的流程往往是：一是用戶提需求，僅根據(jù)報(bào)裝容量大小，選擇電壓等級(jí)；二是根據(jù)周邊現(xiàn)有電網(wǎng)資源擬定接入電網(wǎng)方案。這樣做存在的問(wèn)題包括：一是投資過(guò)大、經(jīng)濟(jì)效益差，不僅對(duì)用戶而言單個(gè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性差，而且有時(shí)大量電網(wǎng)資源會(huì)出現(xiàn)閑置或緊張的問(wèn)題；二是供電方案本身對(duì)供電能力的評(píng)估不足，導(dǎo)致用戶設(shè)備在使用時(shí)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，存在泵站主電機(jī)啟動(dòng)困難；三是對(duì)周邊其他敏感電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求產(chǎn)生不利影響，造成其他間接經(jīng)濟(jì)損失。

而建設(shè)海綿城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)為徹底解決此類問(wèn)題，從源頭改進(jìn)傳統(tǒng)做法，深入用戶需求，對(duì)用戶提出的用電需求溯源，充分了解用戶特點(diǎn)對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃工作的要求，從系統(tǒng)的角度來(lái)選擇方案，優(yōu)化方案，對(duì)每個(gè)特殊用戶的用電需求，通過(guò)運(yùn)用一體化電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)和電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件進(jìn)行建模、仿真計(jì)算，論證出合理的技術(shù)方案，并對(duì)多個(gè)解決方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)和SEC比選后，得出最優(yōu)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

另外在規(guī)劃中引入先進(jìn)的預(yù)防維護(hù)體制管理理念，強(qiáng)調(diào)提高排澇設(shè)備對(duì)異常電壓、異常電流及異常環(huán)境的承受能力，制定合理的運(yùn)行方式、檢修模式和監(jiān)測(cè)機(jī)制，確保排澇泵站的供電連續(xù)性。同時(shí)將規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行、檢修和監(jiān)測(cè)工作緊密結(jié)合，使設(shè)計(jì)滿足建設(shè)海綿城市需求。

特別是在對(duì)用戶進(jìn)行供電方案設(shè)計(jì)時(shí)，一是要考慮變電站（開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜）的標(biāo)高要依據(jù)當(dāng)?shù)貭顩r開(kāi)展差異化設(shè)計(jì)，按百年難遇洪水水位考慮變電站（開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜）的站址，確保變電站能夠在大規(guī)模自然災(zāi)害情況下保持正常供電，確保城市排澇泵站的可靠供電。二是考慮泵站電源的可靠性需求，對(duì)泵站進(jìn)行等級(jí)分類，根據(jù)配電網(wǎng)規(guī)劃中的泵站等級(jí)分類：一、二級(jí)重要用戶和普通用戶（一般指村級(jí)泵站），對(duì)于二級(jí)以上重要用戶，在供電方案設(shè)計(jì)中為用戶配備兩路以上電源，防止泵站失去電源無(wú)法對(duì)外排水。

某市是具有濱江、濱湖特色的現(xiàn)代化城市，城區(qū)湖泊眾多，水網(wǎng)密集，地區(qū)排水存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、排水設(shè)施不完善、湖泊和渠道的水位不能得到有效控制、排水系統(tǒng)對(duì)城區(qū)供水安全構(gòu)成威脅等問(wèn)題。針對(duì)為解決以上問(wèn)題而新建的大型泵站，配電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)時(shí)跟蹤并為該類特殊電力用戶量身定制最優(yōu)供電方案、提升其供電可靠性。從而為提升該市特殊地區(qū)的排澇能力、保障城市居民供水安全、改善水環(huán)境及滿足城市可持續(xù)性發(fā)展提供了有效的服務(wù)。

5 創(chuàng)新工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)協(xié)同，提升企業(yè)管理水平

開(kāi)展建設(shè)海綿城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)管理創(chuàng)新工作以來(lái)，發(fā)策、營(yíng)銷、運(yùn)檢和規(guī)劃設(shè)計(jì)等部門(mén)崗位職責(zé)得到進(jìn)一步明晰，信息共享成為常態(tài)，專業(yè)壁壘得到消除，持續(xù)提升公司經(jīng)營(yíng)管理水平與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)效率。

創(chuàng)建“外部聯(lián)絡(luò)、內(nèi)部協(xié)同”的工作機(jī)制，一方面，做好外部聯(lián)絡(luò)溝通工作，按照“專業(yè)歸口、分級(jí)負(fù)責(zé)”的原則，某市供電公司各部門(mén)單位按職責(zé)與對(duì)口市區(qū)級(jí)政府的規(guī)劃、市政、水務(wù)和利益相關(guān)方溝通聯(lián)絡(luò)，實(shí)時(shí)參與重點(diǎn)開(kāi)發(fā)及試點(diǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)聯(lián)盟。另一方面，通過(guò)橫向協(xié)同的方式，成立了以公司領(lǐng)導(dǎo)為組長(zhǎng)、發(fā)展策劃部為規(guī)劃牽頭、經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所為研究主力，以及建設(shè)部和設(shè)計(jì)院為實(shí)施主體，各專業(yè)部門(mén)協(xié)同配合的工作機(jī)制，形成一套分工明確、數(shù)據(jù)共享及協(xié)調(diào)統(tǒng)一的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施工作體系。

6 落實(shí)規(guī)劃要求，提升專業(yè)理論研究水平

配電網(wǎng)規(guī)劃按照對(duì)供電可靠性的要求分類，將電力用戶分為重要用戶和普通用戶；按照對(duì)電能質(zhì)量影響分類，將電力用戶分為特殊用戶和普通用戶，并針對(duì)不同的用戶提出了相應(yīng)的接入要求和設(shè)計(jì)原則。在具體的排澇泵站用戶工程供電方案研究中，隨著排澇標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，大量的大型電機(jī)增加到系統(tǒng)中，這種趨勢(shì)對(duì)電力系統(tǒng)起動(dòng)大型電機(jī)的能力提出了更高的要求，而大型電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程會(huì)嚴(yán)重影響小型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為落實(shí)配電網(wǎng)規(guī)劃要求，在工程實(shí)際中，應(yīng)用ETAP軟件，建立系統(tǒng)拓?fù)鋱D，輸入相應(yīng)元件數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)起動(dòng)仿真計(jì)算，得到直觀的曲線和報(bào)告，從而減少了供電方案論證環(huán)節(jié)的工作量，制定出合理的供電方案，為泵站用戶供電方案的答復(fù)節(jié)省時(shí)間，有效提升了專業(yè)理論的研究水平。

7 結(jié)束語(yǔ)

海綿城市還能起到緩解城市熱島效應(yīng)、雨島效應(yīng)等作用，修復(fù)和治理城市生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建綠色健康和諧的生態(tài)體系，另外，海綿城市建設(shè)中的透水鋪裝、雨水花園和綠色屋頂?shù)燃夹g(shù)手段，還能增加城市美觀度，提高城市品位。本文促進(jìn)配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與最新海綿城市設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有續(xù)進(jìn)行，以達(dá)到電網(wǎng)網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)可靠和可持續(xù)發(fā)展目的。