大型城市电网结构分析及其对重庆电网的启示

唐文左，梁文举，李媛媛，宋云亭，张鑫

（1.重庆电力公司电力科学研究院，重庆400014；2.中国电力科学研究院系统所，北京100192）

大型城市电网结构分析及其对重庆电网的启示

唐文左1，梁文举1，李媛媛2，宋云亭2，张鑫2

（1.重庆电力公司电力科学研究院，重庆400014；2.中国电力科学研究院系统所，北京100192）

针对目前重庆电网内电磁环网运行、短路电流超标的问题，为保证“十二五”期间重庆电网改造的合理性，提高电网运行的可靠性、经济性，详细分析了国内外大型城市的电网结构，在借鉴先进城市电网供电模式设计理念和发展经验的基础上，结合重庆电网的实际特点和发展现状，对重庆电网的规划设计工作进行了思考，最后对重庆电网的供电模式提出了相关建议。研究成果可为重庆电网的协调可持续发展提供指导。

重庆电网；供电模式；城网规划；电磁环网

发达国家城市电网发展较为成熟，其先进的城网规划理念可为我国城市电网的可持续发展提供借鉴。重庆电网地处四川电网与湖北电网之间，除满足重庆网内负荷的需求外，还兼具为川电外送通道提供电压支撑的功能。重庆电网已于2007年建成500 kV“日”字型环网，骨干网架实现了由220 kV向500 kV的转型升级[1～3]。由于主城区220 kV电网密集，且重庆内部电源多接入220 kV网架，主城区部分电网仍保持着500/220 kV的高低压电磁环网运行状态，主城区220 kV电网短路电流水平较高。特高压网架建成投运后，系统短路容量水平将是制约重庆电网进一步发展的重要因素，因此需要对其进行科学合理的网架规划。

本文首先分析了国内外发达国家城市的电网结构，结合重庆电网的实际特点和发展现状，对其规划设计工作提出了相关建议，从而为重庆电网的规划建设提供指导。

1 国外大型城市电网结构分析

1.1 巴黎城市电网

巴黎电网的电压等级为400/225/20/0.4 kV[4～5]，电网结构为2层输电环网体系，如图1所示。外层线路为400 kV；内层线路为225 kV，以高压配电电压辐射状深入市区，多数直接通过变压器从400 kV网络上受电，且各站点多采用放射型结构，彼此间互不相连，类似于终端变电站。

图1 巴黎电网地理接线Fig.1Geographical wiring of Paris power network

环网的设计概念延伸到20 kV配电网，目前20 kV配电网为2个完整环（外环和内环）和1个半环（中间环）的结构。城区分区供电十分清晰，3个环上分布了多个225/20 kV变电站，每条225 kV辐射馈线最多带3个225/20 kV变电站。外环和中间环上通常配置2×70 MVA的变压器；内环上通常配置1个100 MVA的变压器。

巴黎电网的20 kV网络非常坚强，可以在发生“N-2”故障后快速恢复供电。当某条225 kV辐射馈线故障断开时，失去电源的225/20 kV变电站负荷完全转移到相邻的225/20 kV变电站，即不依靠任何一条225 kV线路来保证巴黎市区的供电，而是依靠20kV中压环网强有力的联系来保证。

1.2 伦敦城市电网

伦敦高、中压电网的电压序列包括400、275、132、66、33、22和11 kV，33 kV及22 kV只在低负荷密度区使用，市区内正在逐步取消[6，7]。

图2 伦敦电网地理接线Fig.2Geographical wiring of London power network

图2 为向伦敦市输电的英国国家超高压输电网络的一部分，灰线代表275 kV线路，黑线代表400 kV线路。伦敦电网在城外形成400 kV环形接线，从四周向城市供电，275 kV电网形成双环网环绕在伦敦外部，这一环路大部分由双分裂或四分裂的架空线路构成；一条400 kV的双回线穿越市区，为位于伦敦市中心的变电站提供电力。

由于在275 kV双环网上布置了多个400/275 kV供电节点，故该输电网络结构能够在多回线路停电的情况下保证城市供电的可靠与安全。

1.3 东京城市电网

东京高中压电网标准电压包括1 000、500、275、154、66、22、6.6 kV。其中：1 000 kV降压500 kV运行，154 kV只出现在东京的外围，而22 kV则是在首都中心的高负荷密度地区采用[8]。

东京电力系统主网架结构如图3所示。以500 kV输电线路为骨干网，以同杆并架双回线的方式围绕城市形成500 kV双环U形网，U型环上的500 kV站以275 kV架空线将电力从多方向送入275 kV枢纽变电站，再经275 kV电缆或154 kV电缆向都市中心供电。275 kV网络采用手拉手模式，在郊外154 kV作为送电线路架空线架设，城区内66、22、6.6 kV作为配电电压“手拉手”接线。

图3 东京电力系统主网架示意Fig.3Sketch map of Tokyo main power network

东京受端电网500 kV短路电流水平目前已超过50 kA。如果短路电流超过50 kA，则采用分层分区解环运行的方式，变更网络结构，限制短路电流。

1.4 纽约城市电网

美国纽约电网接线如图4所示。纽约高中压电网的电压等级为345、138、33、27和13.6 kV。其中，345 kV高压输电网呈“条状”结构，接线简单；138 kV电网以电厂为支撑形成连接主要功能区中心变电站的环网供电模式。

图4 美国纽约电网接线Fig.4Wiring of New York power network

城区配电网采用138/（33～27）kV的电压等级，多数为环型/“4×6”网络接线模式，此种接线模式由4个节点和6条线路构成，4台变压器分别位于4个节点，组成四边形供电，对角线相连，正常运行时，每条线的中间断路器断开，每台变压器低压侧分别向3条负荷线路送电。这种网络接线可靠性高、经济性好，而且有利于限制短路电流。

1.5 北京城市电网

北京500 kV电网是华北电网的重要组成部分，电网接线示意如图5所示。

图5 北京电网主网架示意Fig.5 Sketch map of Beijing main power network

北京500 kV电网已经基本形成昌平-顺义-通州-安定-房山-门头沟-昌平的双环网结构，外部电源分散接入北京地区的各个500 kV变电站，且500 kV负荷变电站已考虑深入市区。500 kV环网按线路“N-2”不损失负荷的安全标准来设计。以相邻2座500 kV变电站的各段220 kV母线构成220 kV电网的一个供电区域，从而实现220 kV网络的分区供电模式。

目前220 kV电网分为昌平-城北、城北-顺义-朝阳-通州、通州-安定-兴都、兴都-房山-门头沟、门头沟-昌平等5个供电区域分片运行。“十二五”末期，北京220 kV电网将初步分为9个供电分区，各分区内220 kV为双环网结构开环运行，部分220 kV变电站深入到城市繁华地区，各分区之间在正常方式下相对独立，事故情况下各区之间具备一定的相互支援能力。

2 对重庆电网的启示与思考

2.1 加强主网建设

目前重庆500 kV输电网虽已初步形成“日”字型环网，但网架结构仍较为薄弱，500 kV变电站布点不足，220 kV网络无法分区运行。重庆电网的特点是双回500 kV线路与多回220 kV线路并列运行。在特高压电网形成后，若500/220 kV电磁环网不能解环，将形成1 000/500/220 kV三级电磁环网。正常运行时，处于四川-重庆-湖北送电通道上的500 kV线路潮流较重，而重庆内部500 kV线路潮流较轻，电磁环网对电网安全稳定运行和输电能力的影响较小，但高一级电网故障时则可能会造成严重后果。由此可见，重庆500 kV电网与220 kV环网不能有效匹配，难以应对大负荷转移，抵御事故及强自然灾害能力差。

重庆电网应吸取国外城市主干输电网的规划建设理念，加强500 kV主网建设，结合新的送变电工程建设，尽快实现向“目”字型网架过渡，并择机适时解开500/220 kV电磁环网，为合理分层分区的目标网架建设打下坚实基础，同时也能满足大型电源的接入及区外电力送入的需要。

2.2 采取有效措施，限制短路电流

经计算分析[9]，2011年重庆电网在主变中性点为加装小阻抗的情况下，巴南站220 kV单相短路电流达到50.22 kA，已超过遮断容量。“十二五”期间，随着重庆网内500 kV电网的不断加强及接入220 kV电网的电源项目的建成投产，220 kV系统短路容量将呈上升趋势，且在特高压电网形成后，重庆电网内电磁环网的存在与系统短路电流增加之间的矛盾也将日益突出。

重庆电网可参考东京电网和纽约城市电网在处理系统短路电流方面的经验，在逐步解开500/ 220 kV电磁环网的基础上，合理协调220 kV电网分区运行，限制短路容量以降低各电压等级的三相及单相短路电流。此外还应结合重庆城网现有供电格局进行统筹规划，进一步采取措施限制短路电流，如采用合适的高阻抗500/220 kV变压器和中性点接入小阻抗等。

2.3 高压站点深入城市中心

由于独特的地形地貌环境，重庆城区“1 h经济圈”内负荷密度高，且变电站站点及线路走廊资源奇缺，致使城网发展速度与城市建设发展速度不匹配，甚至已影响部分地区供电安全。

为减少对220 kV线路走廊及站点的占用，重庆电网可借鉴伦敦和北京电网的建设经验推进500 kV站点深入中心城区。重庆市区输变电工程建设难度较大，在“1 h经济圈”内新建的500 kV变电站可考虑以1 500 MVA大容量变压器和4×630 mm2大截面送出线路为主，采用新技术提高单位走廊输送能力；其他区域新建的500 kV变电站则以1 000 MVA容量变压器为主，并就近接入500 kV环网，减少对土地资源的占用。

2.4 重视配网建设

重庆老旧的配电网不堪重负，线损逐年增大，供电可靠率低，配网事故频繁，特别是在农村地区，由于农村人口分布分散，负荷密度水平较低，相比重庆的主城区，农村地区的电网结构相当薄弱，且供电半径偏大，导线截面偏小。重庆电网应参考国外城市配网建设的先进经验，如伦敦20 kV中压互联环网结构、纽约中压变电所的环形接线方式和巴黎20 kV网络等，加快中低压配电网的改造工程。对于10 kV配电线路，可结合电网实际情况考虑采用“手拉手”的链式接线，并采取更换低压小截面导线等措施来降低中低压配电网事故，提高供电可靠性。

3 结语

城市电网与城市社会经济发展及居民生活质量密切相关，因此重庆电网的规划设计工作应在充分借鉴国外城市电网建设经验的基础上，结合本地的实际情况，尽快实现向“目”字型网架的过渡，在加强主网建设的过程中择机适时解开电磁环网，合理协调220 kV电网分区运行，并积极稳妥地推进高压站点深入中心城区，加快中低压配电网的改造工程，力求实现经济与电网的协调可持续发展。

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Analysis on Power Network Structure of Large-scale Urban Areas and Its Inspiration to Chongqing Power Network

TANG Wen-zuo1，LIANG Wen-ju1，LI Yuan-yuan2，SONG Yun-ting2，ZHANG Xin2
（1.Chongqing Electric Power Research Institute，Chongqing 400014，China；2.China Electric Power Research Institute，Power System Department，Beijing 100192，China）

Chongqing power network is facing the problems of the electromagnetic loop operation and the excessive short-circuit current.In order to improve the reliability and the economy of Chongqing power network operation，and ensure the rational construction of power network，the power network structure of large urban areas both at home and abroad is analyzed in this paper.On the basis of the advanced design concept and development experience，this paper considered the planning of Chongqing power network combined with the actual characteristics and current status.Finally，this paper proposed some suggestions for Chongqing power network planning，and provided guidance for the coordinated and sustainable development of Chongqing power network.

Chongqing power network；power supply mode；urban power network planning；electromagnetic loop

TM7

A

1003-8930（2014）03-0072-04

唐文左（1982—），男，本科，工程师，研究方向为电网规划。Email：twz205@126.com

2012-05-03；

2012-07-02

梁文举（1982—），男，硕士，工程师，研究方向为电网规划。Email：lwj0209@126.com

李媛媛（1982—），女，硕士，工程师，研究方向为电网规划与运行。Email：liyuanyuan2010@epri.sgcc.com.cn