城市保底電網的設計與構建

趙 爽 錢 紋 韓 坤 王文娟 萬航羽

（1.云南電網有限責任公司電網規(guī)劃建設研究中心，云南 昆明 650011；2.中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，云南 昆明 650051）

0 引言

為提高城市電網防災應急保障能力，客觀應對城市電網面臨的風險，以減少損失、快速恢復供電為基本原則，提出了城市保底電網設計及建設工作。保底電網主要立足于通過電網結構優(yōu)化和差異化建設，提高電網運行靈活性和轉供電能力，提升電網防災抗災水平。同時，保底電網建設還應避免大拆大建、避免大范圍簡單提升規(guī)劃建設標準，統(tǒng)籌平衡抗災投入與投資效益。

本文以建設目標導向，綜合考慮歷史自然災害對電網的影響，以城市指揮（應急）機構、核心基礎設施等用戶為保障對象，兼顧地市中心城區(qū)和中重冰區(qū)的縣區(qū)級行政區(qū)用電保障，自下而上逐一梳理校核，滿足極端情況下的保底負荷需求；并以某一地區(qū)的中心城區(qū)關鍵聯(lián)絡通道、重要用戶快速復電通道為示例，提出了城市保底電網的設計原則與構建建議。

1 保底電網相關名詞的定義

（1）城市保底電網：是針對臺風、低溫雨雪凝凍、洪澇內澇等嚴重自然災害，以保障城市基本運轉、盡量降低社會影響為出發(fā)點，以城市指揮（應急）機構、核心基礎設施等用戶為保障對象，選取城市重要變電站、重要線路和抗災保障電源進行差異化建設維護，保障城市指揮（應急）機構不停電、核心基礎設施可快速復電的最小規(guī)模網架。嚴重自然災害情況下保底電網可分為多個局部電網獨立運行。

（2）城市指揮（應急）機構：包括黨政軍機關、“三防”指揮部、應急管理辦公室、氣象臺、交通指揮中心、電力調度中心、新聞傳播中心等。

（3）核心基礎設施：包括通信樞紐、供水設施（水廠、水泵房）、防洪排澇設施、屬于重要用戶的醫(yī)療衛(wèi)生機構、鐵路運輸和機場運輸樞紐、核電站等。

（4）抗災保障電源：是指在嚴重自然災害、外力破壞等極端情況下，可為城市核心區(qū)域提供穩(wěn)定可靠電力支援的電源，一般具備較強的調節(jié)能力以及孤島或黑啟動運行能力。

（5）重要電源送出通道：是指抗災保障電源和直接送電中心城區(qū)的支撐性電源送出通道，納入保底電網范疇。

2 保底電網的設計原則

城市保底電網的總設計原則是針對不同城市的特點和各類嚴重自然災害特征[1]，結合城市建設發(fā)展客觀需求、重要負荷供電保障要求，多措并舉，優(yōu)化保底電網防災保障策略。同時合理控制保底電網建設規(guī)模，差異化開展電網建設運維，提高電網抵御自然災害及快速復電能力，盡量減少災害損失。積極引導抗災保障電源、用戶自備電源、應急移動電源規(guī)劃建設，推動形成“大電網聯(lián)絡支撐、抗災保障電源分層分區(qū)自平衡運行、用戶自備應急電源兜底、應急移動電源補充”的綜合防災保障體系[2]，提升城市保底電網供電的安全可靠性。

具體原則為：

（1）地級市中心城區(qū)保底電網應具備來自兩個不同走廊的主網供電電源，以盡可能降低小尺度嚴重自然災害影響。單個500kV變電站供電的中心城區(qū)，其保底電網還應通過一個聯(lián)絡通道與相鄰500kV供電區(qū)聯(lián)絡[3]。

（2）納入保底電網的重要用戶，其供電電源應滿足單一元件及同塔故障情況下的可靠供電。在此基礎上，海南以外的特級重要用戶應滿足任一500kV及以下變電站失壓可快速復電，一級重要用戶宜滿足任一220kV及以下變電站失壓可快速復電，二級重要用戶宜滿足任一110kV及以下變電站失壓可快速恢復[3]。

（3）特級重要電力用戶應采用多電源供電，一級重要電力用戶至少應采用雙電源供電，二級重要電力用戶至少應采用雙回路供電。

（4）線路路徑走廊盡量避開強風區(qū)、重冰區(qū)、雷電活動特殊強烈地區(qū)、地震帶、重污穢地區(qū)以及微地形、微氣象地區(qū)，盡量避免多條重要輸電、配電線路布置在同一走廊。

（5）35～220kV新建保底電網架空線路應按50年一遇氣象重現(xiàn)期設計，存量架空線路應采取部分桿塔重建、鐵塔加固、更換導線等措施提升線路防災抗災能力，其中冰區(qū)架空線路應具備融冰手段。提高保底電網設備防汛能力，新建保底電網變電站不得采用地下站設計方案，站址標高應高于100年一遇洪水位。鞏固提升電纜隧道排水系統(tǒng)建設，做好電纜接頭等關鍵設備防水保護。

（6）結合保底電網規(guī)劃建設，積極推動各級政府優(yōu)化具有孤島或黑啟動運行能力的抗災保障電源規(guī)劃建設，并分層分區(qū)接入電網，重要負荷與抗災保障電源基本平衡的區(qū)域（保障電源規(guī)模大于重要用戶負荷需求，能夠滿足重要用戶的供電），抗災保障電源應能適應電網解列運行后孤立電網安全供電的需要。推動每個保底電網至少接入一座本地保障電源，并且不少于一座本地保障電源具備黑啟動或孤島運行能力，保障電源規(guī)模滿足重要用戶負荷需求。在嚴重自然災害情況下為城市核心區(qū)域、重要負荷提供穩(wěn)定可靠的電力供應。

（7）納入保底電網保障范圍內重要用戶配置應急自備電源，裝機容量應大于保安負荷需求，所有重要用戶應急自備電源配置率達到100%及以上。啟動時間、切換方式和持續(xù)運行時間的技術性能應滿足重要用戶保安負荷的特性要求，具備極端狀態(tài)下安全自保能力。應急自備電源宜采用汽/柴油發(fā)電機、不間斷電源（UPS）等配置。

（8）對于保底通信網應滿足保護、自動化、穩(wěn)控、調度電話等生產實時控制業(yè)務基本通信需求。

3 示例分析

按照上述原則，以建設目標為導向，以一、二級重要用戶為保障對象，自下而上逐一梳理校核，滿足極端情況下的保底負荷供電需求?？v向梳理即針對一、二級重要用戶，按向重要用戶供電的0.4kV線路—10kV線路—110kV站點—110kV線路—220kV站點—220kV線路—500kV站點的方式自下而上梳理向重要用戶的完整供電鏈路，“由點到面”地形成電網向重要用戶供電的輻射型網架。橫向整合即在輻射型網架基礎上，形成四重綜合保障體系。

下面以某一城市核心區(qū)保底電網、重要用戶的供電路徑及復電通道、電源送出通道為例，設計城市保底電網。

3.1 城市核心區(qū)保底電網即關鍵聯(lián)絡通道示例

例一：某中心城區(qū)主供電源為220kVA變和220kV B變，兩座220kV變電站上一級電源分別來自500kVA變、500kVB變，聯(lián)絡通道分別為220kVA變—500kV A變、220kVB變—500kVB變。因此，在將220kVA變、500kVA變、220kVB變、500kVB變及圖中所示加粗線路納入保底電網范圍后，滿足地級市中心城區(qū)堅強局部電網應具備來自兩個不同走廊的主網供電電源。城市核心區(qū)保底電網即關鍵聯(lián)絡通道示例如圖1所示。

圖1 城市核心區(qū)保底電網即關鍵聯(lián)絡通道示例一

例二：某中心城區(qū)主供電源為220kVA變和220kV B變，兩座220kV變電站上一級電源來自500kVA變（500kVA變雙主變，可靠性較高），屬于單個500kV變電站供電的中心城區(qū)。因此，選擇500kVA變—220kV C變—220kVA變—220kVB變—500kVB變一個聯(lián)絡通道與相鄰500kVB變供電區(qū)聯(lián)絡。在將500kVA變、220kVA變、220kVB變、220kVC變及圖中所示加粗線路納入保底電網范圍后，可保證中心城區(qū)保底電網具備來自兩個不同走廊的主網供電電源，盡可能降低小尺度嚴重自然災害影響。城市核心區(qū)保底電網即關鍵聯(lián)絡通道示例如圖2所示。

圖2 城市核心區(qū)保底電網即關鍵聯(lián)絡通道示例二

3.2 一級重要用戶快速復電通道示例

例三：10kV電壓等級供電的某一級用戶，滿足供電電源單一路徑、單一母線故障情況下的可靠供電，即220kVA變—110kVA變—用戶、220kVB變—110kV A變—用戶、220kVA變—110kVB變—用戶、220kVC變—110kVB變—用戶；220kVA變失壓，用戶快速復電通道為220kVB變—110kVA變—用戶、220kVC變—110kVB變—用戶，滿足任一220kV及以下變電站失壓可快速復電。同時220kVA變、220kVB變、220kVC變、110kVA變、110kVB變也為城市核心區(qū)域主供變電站，相關線路也納入了城市保底電網范圍，如圖3粗線所示。

圖3 一級重要用戶快速復電通道示例

3.3 二級重要用戶快速復電通道分析思路

例四：35kV電壓等級供電的某二級用戶，滿足雙回路供電要求，即220kVA變—某二級用戶—110kVB變；若110kVB變失壓，某二級用戶快速復電通道為220kVA變—35kVC線路，滿足任一路電源停電后快速復電要求。二級重要用戶快速復電通道示例如圖4所示。

圖4 二級重要用戶快速復電通道示例

3.4 電源送出通道分析思路

例五：某中心城區(qū)有一座本地保障電源，總裝機容量為120MW，電源類型為水電，為A水電站。220kV重要電源送出通道為A水電站—220kVA變—500kV A變。至2022年8月底，某中心城區(qū)重要用戶負荷40MW，本地保障電源120MW，占重要用戶負荷比例為300%，水電考慮枯期系數(shù)后，電源保障負荷可以滿足要求。電源送出通道示例如圖5所示。

圖5 電源送出通道示例

4 相關建議

（1）建議加強政府、電網、用戶的信息聯(lián)動，及時更新重要用戶的相關資料，確保重要電力用戶信息的正確性，確保重要用戶供電滿足要求。

（2）納入保底電網范疇的本地保障電源，建議完善檢查機制，定期核實本地保障電源的啟動時間、切換方式、持續(xù)運行時間是否達到技術要求，在嚴重自然災害情況下快速可靠投入使用。

（3）建議用戶自行配置自備應急電源，同時確保具備公用應急移動電源接入的條件，以保證用戶保安負荷不停電。

（4）建議具備條件的城市利用水電、抽蓄、燃氣發(fā)電和電化學儲能等電源構建多元化保障格局，避免依賴單一性質電源。

5 結語

本文綜合考慮歷史自然災害對電網的影響，以城市指揮（應急）機構、核心基礎設施等用戶為保障對象，兼顧城市中心城區(qū)用電保障，提出了城市正常運轉的保底電網的設計原則；并通過示例規(guī)范了保底電網的設計與構建，為電網規(guī)劃及綜合防災體系建設提供了參考。