同步城市发展的电网布局规划

秦茹静

(北京恒华伟业科技股份有限公司，北京 100011)

同步城市发展的电网布局规划

秦茹静

(北京恒华伟业科技股份有限公司，北京 100011)

总结了适应城市发展的各电压等级电网的电网结构以及电网结构的过渡方案，在规划阶段确保电网建设方案能够灵活过渡到目标电网。同时给出了适用于城市分区控制规划的负荷预测模型，预测出片区负荷的数量和位置。

电网规划；负荷预测；同步城市发展

0 前言

城市的发展和规划要求应有与之相配套的城市电网支持[1]，而城市电网建设也需要城市规划为其安排必要的变配电设施和供配线路的用地空间。土地资源的紧缺导致电网建设的难度越来越大，变电站布点、电力通道建设将越来越困难。电网规划和市政规划需协调同步[2]。与城市发展同步的电网应满足如下要求[3]：

1)提高电网供电能力，与负荷增长同步并适度超前，具备向各级用户供电的能力，满足各类用户负荷增长的需要；

2)提高供电可靠性，满足日益增长的安全可靠供电的要求；

3)环境友好，资源节约，集约发展，降低网损，减少占地；

4)合理安排建设资金和建设时间；

5)提高电网规划的科学性、前瞻性、可操作性和灵活性；

6)争取政策支持，建立电网建设绿色通道。

7)本论文重点阐述与城市发展同步的各电压等级电网规划相关内容。

1 负荷预测方法研究

电网的供电能力要与负荷增长同步并适度超前，具备向各级用户供电的能力，满足各类用户负荷增长的需要。因此，科学合理的负荷预测是关键。准确地预测负荷增长的数量、位置和时间是合理安排建设资金和建设时间的重要因素。为提供负荷预测增长位置的信息，需要对预测区域在空间上进行分区。

1.1 负荷的分区模型

根据规划目的和范围的不同，负荷预测分为规划分区、功能分区、街区三个层次进行。

将规划范围分为若干规划分区，每个规划分区细分为若干功能分区，功能分区分为若干街区。分区间的包含关系，规划分区由功能分区组成，功能分区由若干街区组成，如图1；空间划分与层次负荷之间的对应关系如图2所示：

图1 分区划分的包含关系

图2 空间划分与层次负荷的对应关系

从负荷预测角度，街区的负荷预测实质上是配变负荷的预测；功能分区负荷预测实质上是馈线负荷的预测；规划分区负荷预测实质上是变电站负荷的预测。

从电网规划角度，配变的台数及容量取决于街区的负荷预测结果；馈线的条数、中压配网结构取决于功能分区的负荷预测结果；变电站的台数、容量取决于规划分区的负荷预测结果。

1.2 负荷预测的层次模型

由于负荷曲线的叠加特性，规划分区的最大负荷不是所属功能分区最大负荷之和，需考虑同时率；功能分区的最大负荷不是所属街区最大负荷之和，需考虑同时率。街区的最大负荷不是建筑电气负荷预测值的简单叠加，需同时考虑需用系数和同时率系数。负荷预测层次模型的提出是为了解决不同分区间负荷预测值叠加时同时率参数的选取[7]。

如图3所示，配电网节点负荷分为：变电站负荷、馈线负荷、低压线负荷和进户线负荷。

图3 住宅小区配电系统典型结构

图4 节点负荷的层次结构和同时率关系图

由图4可以看出，层次负荷间上下层之间存在着同时率的关系，从而得到层次负荷之间的相互关系模型。变电站间的负荷考虑同时率后的最大负荷为片区负荷。

2 500 kV电网布局研究

环型结构和网格型结构为城市500 kV电网普遍采用的电网结构型式，有其合理性和必然性。环网结构的特点是环网上变电站间相互支援能力强，便于从多个方向受入电力，便于采取解环或扩大环网的方式调整结构。网格型结构的特点是线路短、相互支援能力更强、网架坚固，便于多点受入电力，便于扩大电网或通过解开联络线的方式调整网架结构。缺点是短路电流难以控制，难以通过采取解列电网的措施控制事故范围。

500 kV电网的目标网架宜根据城市的地理环境、土地性质，结合电厂的布点，在城市外围最终形成双环网或C型 (U型)环网的大框架。在条件不具备的城市，可将形成网架的范围往外扩展，与临近地区的变电站或电厂形成双环网或C型 (U型)环网结构，同时要控制接入双环网主网架的变电站数量，条件具备时，新建的变电站应尽量按终端变电站考虑。500 kV电网建设的过渡期间，可以考虑建成不完全双环网、单环网、C型或U型环网，当条件成熟时，逐步完善网架成为双环网，提高供电可靠性和电网安全稳定性。

环型结构在形态上可分为单环网、C(U)环网 (半环网)和双环网，分别对应城市电网发展的不同阶段，单环网和半环网可以很容易地过渡到双环网。

网格结构从形态上可分为日字型、目字型、田字型和网络型，由围绕城市多个中心区或多个城市的500 kV环网叠加而成。日字型、目字型、田字型和网络型对应城市扩展的不同阶段，过渡方式为双环网-日字型-目字型-田字型-网络型。

随着城市的发展、负荷的不断增加，500 kV电网结构在形态上可由单环网或半环网逐步过渡到双环网、日字型、目字型、田字型和网络型结构。

3 220 kV电网分区和电网结构模型

根据220 kV分区规划运行和电磁环网解环的要求，研究220 kV电网分区原则和分区类型。分层分区是指打开电磁环网，按电网的电压等级将电网按供电能力划分出若干包含不同结构层次的供电区域，在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致平衡[8]。也就是说，分层分区是相对不同等级电网而言的，具体到500/220 kV电网系统，在运行时两座500 kV变电站的供电区域之间只有500 kV电压等级的联络潮流，而没有220 kV电压等级的潮流流动，形成每座500 kV变电站单独带一片220 kV电网各自为政的运行格局。

不同类型的分区内部电网可采用不同的结构。220 kV电网结构可分为独立分区电网结构和互联分区电网结构两类。

在220 kV电网独立分区规划时，应重点考虑如下电网结构：

1)由500 kV变电站不同母线的220 kV出线组成链式或环网结构；

2)由500 kV变电站220 kV出线和220 kV地方电厂组成链式或环网结构；

3)由500 kV变电站220 kV出线的不同母线组成链式或环网结构，再与220 kV地方电厂连接，即1)和2)的组合。

据此推荐独立分区三种电网结构，双放射结构、双链结构和自环网结构。

互联分区存在两个及以上500 kV变电站作为分区电网的电力下载通道，若干220 kV地方电厂作为分区电网的电源支撑。根据220 kV电网分区的可靠性原则，为保证220 kV电网的运行可靠性，互联分区内部宜采用环网运行。因此，在220 kV电网独立分区规划时，应重点考虑如下电网结构：

1)由不同500 kV变电站220 kV出线组成链式或环网结构；

2)由不同500 kV变电站220 kV出线或相同变电站的不同母线出现组成链式或环网结构，再与220 kV地方电厂或其它500 kV变电站相连；

3)通过1)和2)的组合，形成日字形、目字型、田字形或网络结构。

4 110 kV电网规划模型研究

根据变电站结构和主变台数的不同，提出两台主变和三台主变条件下的110 kV电网结构序列，重点分析这些电网结构的应用场合和不同结构的过渡方案。

110 kV电网采用环网布置，开环运行的方式，目的是避免与220 kV电网形成电磁环网，从而形成以220 kV变电站为独立电源点的110 kV电网。同时110 kV电网接线应力求达到运行灵活、经济，电网接线简单，网架适应性强，层次清晰。由于110 kV电网网络接线形式繁多，以下主要根据变电站最终规模的不同，结合各种接线模式与主变台数、变电站主接线的合理搭配，介绍以下几种常用的电网接线形式。

表1 110kV变电站 (两台主变规模)典型接线模式

表2 110kV变电站 (三台主变规模)典型接线模式

网架过渡有以下几种情景：

情景一：两线一变 (单电源)→三线两变→四线两变→四线三变

情景二：两线一变 (双电源)→两线两变(双电源)→四线两变→四线三变

情景三：六线两变→六线三变

情景四：四线两变→四线三变过渡

5 10 kV电网规划模型研究

城市配电网络的发展与负荷以及城市经济的发展密切相关，城市不同发展阶段和不同区域对配电网接线的要求也不尽相同。总体来讲，配电网接线模式分为辐射、环网、网络和多回路平行四种结构。辐射网由于缺乏故障后转供能力，可靠性较差，在配电网规划模型中基本不采用；环网接线和网络接线是两种主要采用的中压电网接线模式，其中环网接线包括双射网、单环网和双环网，网络接线包括#字型和4∗6接线。

同步城市发展的中压配电网的规划、建设和改造已成为电力发展的一项十分重要的基础工程，其中电网接线模式的选择是一个十分重要的问题。

1)架空线路避免复杂接线，推荐采用手拉手简单接线模式。

2)电缆接线可采用单环网、双环网、平行直供，以双环网为主。

3)当馈线容量控制在10 000 kVA时，最优运行状态下，电缆馈线的配变综合负载率为43%左右；而架空馈线为36%左右，低于电缆系统。

4)馈线安全电流控制在460 A时，手拉手接线的架空线配变装机容量应限制在10 000 kVA。

5)馈线安全电流控制在400 A时，单环网、双环网、平行直供结构配电网的馈线装设容量宜控制在8 000 kVA；安全电流控制在500 A时，配变容量宜控制在10 000 kVA。

6)可根据用户重要性和报装容量大小等因素选择相应的线路接线模式和用户接入方式，并随着城市的发展做灵活调整。

6 结束语

根据城市规模及负荷发展情况，适时增加500 kV变电站布点。在发达城市中心城区建设500 kV终端变电站 “中心开花”的电网布局使远景电网结构更为合理，不仅缓解了中心城区220 kV枢纽站的供电压力，也有利于对现有设备的充分利用，对远景市中心负荷超常规增长也有较强的适应性。

220 kV电网远景发展方向可概括为 “分区分片、局部成环、厂站配合”。适时解环，采取分区分片运行的结构，220 kV各分区电网在正常方式下应保持相对独立运行、不与500 kV线路构成电磁环网，在事故方式下可以相互提供支援。

110 kV高压配电网远景发展的方向可概括为“简化接线，放射为主，双向供电”。110 kV高压变电站布局规划宜考虑 “先布点，后扩建”的原则。

10 kV中压配电网的发展方向是： “加强环网，增强互供，缩短半径”。城市中心城区以单环网和双环网电缆接线为主，重要用户负荷采用平行直供接线模式，中心城区以外区域以架空绝缘线路为主，采用手拉手接线模式。配电网网架应满足系统安全可靠的要求，加强站间联系，增强互供能力。

综上所述，同步城市发展的电网布局规划，应该形成 “220 kV强-110 kV弱-10 kV强”的网架结构。互联输电网拥有坚实的安全基础，高压配电网结构相对简化，充分利用中低压配电网的可靠互联结构、负荷转移能力和变压器容量裕度，实现终端用户的高供电可靠性。

[1] 蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建设改造 [M].中国电力出版社，2004.

[2] E.Lakervi，E.J.Holmes，著，范明天，张祖平，等，译.配电网络规划与设计 (Electricity distribution network design) [M].中国电力出版社，1999，8.

[3] 中华人民共和国能源部，建设部.城市电力网规划设计导则 [Z].1993.

[4] 林济铿，李鸿路，罗萍萍，等.统一考虑变电站和网架优化的配电网综合规划 [J].电力系统自动化，2006，30 (19)：42-46.

[5] 段刚，余贻鑫.输配电系统综合规划的全局优化算法 [J] .中国电机工程学报，2002，22(4)：109-113.

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[7] 杨江.中压配电网规划模型研究 [D].南昌大学，2009. [8] 李民.镇江电网分层分区运行的研究 [D].东南大学，2006.

Review on Power Network Layout Planning for Synchronized Development of City

QIN Rujing
(Beijing Forever Technology Co.，LTD.，Beijing 100011，China)

Construction of the power network should be constructed with city development synchronoThis paper summarizes the power network of each voltage grade adapted city development and it’s transition scheme，at the planning stage ensures the power network can flexible transition to the target network.This paper also gives load forecasting model adapted the city zoning control planning，forecasting the number and location of load.

network planning；load forecasting；synchronized development of the city

TM715

B

1006-7345(2015)05-0053-04

2015-12-16

秦茹静 (1981)，女，硕士，工程师，北京恒华伟业科技股份有限公司，从事电网规划和系统接入工作 (e-mail) 13511060228 qinrujing＠126.com。