35千伏及以下電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃設計

上海智濤科技有限公司 樓劍生

電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，對國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平具有顯著影響，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展人民生活水平快速提高，電力需求也隨之增長。電力網(wǎng)在現(xiàn)代電網(wǎng)中所占比例越來越大，因此對電能質(zhì)量、供電可靠性要求也更高。

1 電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃的影響因素

1.1 電壓等級區(qū)域的發(fā)展

在我國35千伏及以下電壓等級地區(qū)是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，不僅對當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具有很大影響，還關系到整個國民經(jīng)濟運行安全，因此必須考慮該地區(qū)電網(wǎng)建設的規(guī)劃問題，全面進行研究分析后制定出合理有效、切實可行、符合實際情況，并能帶來較高社會效益及有利于長遠利益最大化、而合理布局配網(wǎng)線路及設備設施，以滿足電壓等級地區(qū)供電需求為目的，根據(jù)我國國網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，電力工業(yè)主要包括發(fā)電、輸電和配電網(wǎng)、電壓等級區(qū)域，在電力系統(tǒng)中由不同電壓等級的負荷所構成。

1.2 電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)的規(guī)劃結構

電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)的規(guī)劃結構：由電力網(wǎng)架向用戶供電，并在該地區(qū)范圍內(nèi)確定主電源和備用設備；根據(jù)負荷大小、類型進行合理布局，然后是通過計算電流來選擇不同運行方式；根據(jù)實際情況對系統(tǒng)進行調(diào)整與控制，當線路出現(xiàn)故障時應盡快停機，若斷路器不能正常工作則需切斷電路使其恢復到合閘狀態(tài)重新投入下一個回路中繼續(xù)供電。

1.3 電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃的關鍵環(huán)節(jié)

主干線：電力網(wǎng)架設計時首先要確定主干線和副干線路，主干線是供電網(wǎng)絡中最重要、連接點最多且影響最大的是部分，而在實際運行過程中也會出現(xiàn)大量變壓器等設備，如電壓等級過高將會增加輸電工程投資及運營管理難度，還會使系統(tǒng)的抗干擾能力大大降低，同時也加大了配電網(wǎng)的安全隱患問題，所以一定要對主干線進行合理地規(guī)劃和設計來保證供電可靠穩(wěn)定。

柔性配電裝置：配電網(wǎng)規(guī)劃的關鍵環(huán)節(jié)，電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)絡規(guī)劃方案與技術選擇，要確定合理可行的供電網(wǎng)架結構以滿足用戶對電能質(zhì)量和可靠性要求，并考慮經(jīng)濟因素。根據(jù)負荷預測及年運行方式等條件進行分析計算，同時應綜合比較各種電氣主接線形式下所需投入資金數(shù)額及未來可能出現(xiàn)電量需求量大小來決定該線路是否采用柔性配電裝置。

電壓等級：在電網(wǎng)規(guī)劃中一般會對電壓等級區(qū)域配電系統(tǒng)的規(guī)劃方案進行選擇，通常情況下，電壓等級較低時可采用單臺主變壓器和雙回輸電線作為末端接入點，而對于容量較大、負荷集中或是重要用戶的電力網(wǎng)絡來說可適當減少線路上負載，當容量較小時應考慮通過升壓變電站引入新能源來提高電網(wǎng)供電能力，以降低損耗并保證電能質(zhì)量穩(wěn)定運行等為主要目標。

2 35千伏及以下電壓等級區(qū)域負荷計算

潮流估算。是在已知電力系統(tǒng)的運行方式、輸電線路布設及各元件型號確定后，對整個規(guī)劃期內(nèi)各種電氣設備所需用電量進行分析和計算，為后期配電網(wǎng)建設提供基本依據(jù)。首先由于我國幅員遼闊且人口數(shù)量巨大，因此電網(wǎng)結構復雜，必須充分考慮地形地貌等因素，同時要綜合考慮當?shù)丨h(huán)境條件及經(jīng)濟發(fā)展水平來估算本年電力系統(tǒng)的潮流方向、負荷增長及電源分布情況、網(wǎng)損情況及其變化趨勢和影響范圍；其次在進行潮流計算時，一般都要考慮網(wǎng)絡損耗的大小，主要是由節(jié)點電壓損失所造成的；最后通過人工估算，其有功功率和無功功率可近似表示為零，而如果用支路估測的話則需將線路中所有電源或用戶總容量折算成相同數(shù)量的電抗來求得整個系統(tǒng)負荷點附近主網(wǎng)與分支線損密度及該節(jié)點末端設備臺數(shù)等。

配電網(wǎng)的區(qū)域。主要包括電網(wǎng)電壓等級及主接線、配電變壓器和線路及各種保護裝置，在配電網(wǎng)的規(guī)劃中首先要確定合理可靠、安全經(jīng)濟運行，其次是在保證供電可靠性和電能質(zhì)量下對整個區(qū)域范圍內(nèi)進行綜合考慮，還要兼顧未來發(fā)展，然后根據(jù)負荷性質(zhì)及用電容量情況選擇主變壓器臺數(shù)與型號，最后根據(jù)用戶對電壓等級提出相應保護要求并結合當?shù)貙嶋H條件來決定是否采取整定值的原則，同時也要滿足當發(fā)生故障時不影響其他設備正常運行和檢修的需要；在配電網(wǎng)的建設過程中應充分考慮區(qū)域電網(wǎng)布局，合理規(guī)劃配電線路，同時還應綜合分析當?shù)丨h(huán)境條件和未來負荷發(fā)展趨勢，根據(jù)用戶不同類型、性質(zhì)及用電量情況確定電壓等級，對主接線進行優(yōu)化選擇并設計出最優(yōu)運行方式以滿足可靠性要求，通過技術經(jīng)濟比較選出最佳的系統(tǒng)方案和設備型號等參數(shù)。

電壓等級容量確定。根據(jù)負荷性質(zhì)和供電區(qū)域的具體情況，在滿足配電網(wǎng)安全、可靠運行及經(jīng)濟合理等要求下進行實際的配電網(wǎng)絡規(guī)劃時，一般需確定電壓等級，并根據(jù)負荷計算結果將35千伏及以下變電站接入點進行合理選擇，根據(jù)電網(wǎng)運行方式不同可分為三種：靜止正常接線和干式主變壓器、高壓側斷路器或合龍差動保護裝置等，而中性點不直接接入地網(wǎng)的為三相交流線路，并設置有自動重合閘繼電保護與跳開退出電路后動作于手動操作模式下進行工作[1]。

3 35千伏及以下電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)設計方案

3.1 配電網(wǎng)的主要配置

包括主變壓器、終端和配電線路，根據(jù)用戶的用電量將發(fā)電廠或地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)所需電氣設備按一備用方式確定，對于小型機組一般不需要兩臺雙繞組變壓器，大型機組通常采用單回或多相接地運行模式進行供電，大中型發(fā)電機組則可選擇多臺雙繞式中間饋線形式或三接頭配電裝置(即同相)來滿足要求，其中主變壓器在電力網(wǎng)的主干部分可根據(jù)用戶對電能需求不同而采用不一樣型式，并通過合理分配裝置將其連接至末端，該饋線供電可靠性高、靈活且投資較小，對于中壓線路而言則用電阻分裂法或負荷密度切除方法來進行電網(wǎng)配置，當電壓等級低時也可用功率因數(shù)法和有功無功補償發(fā)配電方式，組合構成35千伏及以上區(qū)域的主網(wǎng)。

3.2 配電網(wǎng)運行

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行質(zhì)量和供電可靠性對整個社會生產(chǎn)及用戶生活都會產(chǎn)生深遠影響，在滿足電能可靠、安全以及經(jīng)濟合理等基本要求前提下進行設計時應遵循以下原則：首先保證足夠的裕量備用，其次當負荷突然變化或出現(xiàn)故障需維持原有正常供貨能力后，可自行切除變壓器以防止設備損壞而使系統(tǒng)無法繼續(xù)工作運行，最后也要考慮到負荷突增及停電范圍內(nèi)的供電可靠性。

在配電網(wǎng)運行時，應根據(jù)負荷的性質(zhì)合理選擇主網(wǎng)架和聯(lián)絡線路，在設計過程中還需考慮實際情況，當發(fā)生三相短路故障或不對稱短路情形下、中性點直接接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象等異常狀態(tài)時均可采用重合閘裝置進行供電，而當相電壓為三相四線制系統(tǒng)正常運行期間則應采取跳閘處理，并將該配電網(wǎng)停電至備用電源為止，根據(jù)負荷情況和運行方式選擇相對應的電氣設備并合理確定電壓等級，在滿足供電可靠性及電能質(zhì)量要求下進行經(jīng)濟調(diào)度，一般應當選擇主變?nèi)萘俊o功補償裝置等形式作為主要控制手段，對于配電網(wǎng)中較多用戶可采用集中式與分散化配置模式來降低系統(tǒng)損耗或?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標，而對部分小負荷可通過廠用電分級的方法加以解決，并盡可能提高電力網(wǎng)運行效益和功率分布均勻性。

3.3 供電可靠性

電力系統(tǒng)正常運行時應保證所有電氣設備都能安全、連續(xù)地工作。當發(fā)生故障或短路等事故(如停電檢修和切除變壓器等必要的供電措施)將使整個電網(wǎng)中斷。在配電線路中須設置保護裝置，所采用的技術方案，首先提高電網(wǎng)電壓等級，對于中壓配網(wǎng)而言，其主接線應盡可能簡單化。因為線路設備絕緣水平越高越能減少母線及斷路器檢修時造成停電范圍擴大，同時也降低了對用戶用電設備及電源供應帶來影響，另外還可通過引入新能源或可再生能源來增加電力系統(tǒng)發(fā)電量和備用容量以進一步提升供電可靠性的目的[2]。

3.4 配電網(wǎng)規(guī)劃原則

經(jīng)濟性原則：在滿足可靠性和持續(xù)性要求的前提下，應最大限度地發(fā)揮技術裝備水平，盡可能提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，同時還要考慮設備投資與運行維護費用等對供電能力、電壓等級及輸配電價的影響程度，另外還需充分保障電力系統(tǒng)安全可靠運轉(zhuǎn)并網(wǎng)損較小[3]；安全性原則：由于我國電力供應存在地域差異、供電半徑有限等因素影響使得配電網(wǎng)規(guī)劃時往往缺乏可靠安全保障措施，配電網(wǎng)應能保證對用戶的供電安全，尤其是對于重要負荷和敏感設備，要考慮到它們在發(fā)生故障時可能造成的影響，同時還要保障系統(tǒng)中各種運行方式下不會因突然停電而中斷。

可靠性原則：當發(fā)生故障時應做到不誤動、不發(fā)電，盡量避免停電范圍內(nèi)及附近用戶，保證供電質(zhì)量和穩(wěn)定性要求可靠靈活快速運轉(zhuǎn)等特點是合理規(guī)劃的基本條件之一，電能傳輸與分配中心，其主要任務在于將城區(qū)范圍內(nèi)全部電源提供給用戶，同時確保城區(qū)中大部分地區(qū)不發(fā)生停電事故及其他重大故障情況下、為正常運行創(chuàng)造必要時間及條件以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹幕疽?，實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行，當電力網(wǎng)總電源容量不確定、電壓等級較低及負載變化較大等情況下(如三相三線制或單相接地)都能保證對用戶提供可靠供電能力，此外還應當滿足經(jīng)濟合理性，以最小成本獲得最大效益和最安全的投資。

3.5 千伏及以下電壓等級區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃的可行性論證

由于我國電力建設的快速發(fā)展以及對電能質(zhì)量要求越來越高，所以電網(wǎng)規(guī)劃也需更加精細和嚴格，在進行選址時應充分考慮到當?shù)貐^(qū)域內(nèi)各方面條件，因此在進行配電網(wǎng)絡設計時要以國家現(xiàn)行規(guī)范為依據(jù)，同時還要根據(jù)地區(qū)實際情況來選擇合適的主變?nèi)萘?、線路形式及電源位置等作為最終方案，此外還需綜合考慮用戶負荷性質(zhì)與用電量需求及未來發(fā)展趨勢，我國電力系統(tǒng)的地位僅次于農(nóng)業(yè)和工業(yè)，是國民經(jīng)濟建設中最重要、最具活力與競爭力最強的基礎設施之一，因此對其進行規(guī)劃具有十分深遠意義，隨著國家電網(wǎng)公司“堅強有力”戰(zhàn)略目標不斷深入實施以及配電網(wǎng)絡容量及電壓等級進一步提高等因素作用下，35kV地區(qū)供電將成為今后發(fā)展重點部署工作之一[4]。

3.6 配電網(wǎng)系統(tǒng)

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，變壓器和輸電線路是其重要組成部分。為提高供電可靠性，需配置高壓開關、高低壓逆變器，根據(jù)負荷的性質(zhì)及用電量大小來確定主接線型式，對主要電氣設備進行耐心處理以保證電能質(zhì)量的穩(wěn)定性，選擇合適型號及容量連接方式后應采取必要措施使配電網(wǎng)能安全運行并達到經(jīng)濟合理指標要求，同時也要考慮遠期發(fā)展前景等問題，在滿足各種運行方式的前提下，為使其在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的條件下有較高負荷水平，并能保證不間斷地支持電力系統(tǒng)正常供電、先進可靠及優(yōu)質(zhì)便捷，就可以與發(fā)電廠和變電站相配合實現(xiàn)電網(wǎng)結構優(yōu)化升級以及提高網(wǎng)絡可靠性，采用現(xiàn)代控制技術對電能進行處理和管理[5]。

4 結語

在電力系統(tǒng)中，電壓等級越高配電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟性越好，本文首先對35千伏及以下地區(qū)進行了分析和研究，其次根據(jù)負荷預測結果及輸電線路沿線區(qū)域地形、環(huán)境條件等因素確定35千伏變電站主接線方式，然后在此基礎上選擇合適的運行策略與接入點分布模式并建立模型以計算出最佳供電方案及其可靠性指標，最終得到最優(yōu)電源配置方案，為今后實際工作中對35kV電壓等級配電網(wǎng)規(guī)劃提供一定參考和指導意義。