110kV电网pT混合网架结构优化

石智永，王国民，耿琦，张媛，王天华

110kV电网pT混合网架结构优化

石智永1，王国民1，耿琦1，张媛2*，王天华2

（1．国网郑州供电公司，河南省 郑州市 450000；2．天地电研(北京)科技有限公司，北京市 昌平区 102206）

110 kV电网pT混合网架结构在实际运行中存在运维量大、灵活性及可扩展性差的问题，无法满足日益提高的供电可靠性需求。针对上述问题，提出了pT混合电网结构的优化方案，并对优化方案进行技术经济论证；研究现有pT混合结构向链式p接结构过渡的改造方案，并制定110kV电网的组网原则，指导110kV电网pT混合网架结构优化的实施及落地。

网架结构；pT混合；链式π接；单母分段

0 引言

电网网架结构是通过输电线路、母线及开关类设备将多个变压器物理连接起来，实现电流在某一电压层级内的传输。网架结构是电力系统的顶层设计，不同的网架结构的运行方式、供电可靠性及灵活性均有所不同。随着人们生活水平的不断提升，对电力的依赖度越来越高，对停电的容忍度也越来越低，供电可靠性成为反映供电企业供电质量的重要考核指标。这要求构建坚强可靠、灵活高效的电力网络，做到上、下级电网的协调互济，上级电网能给予下级电网安全的电源供应，下级电网也能对上级电网进行可靠支撑。网架结构是实现安全、可靠供电的关键[1-2]。

目前，国内部分城市电网采用链式pT混合结构，变电站主接线为“内桥+线变组”[3-4]。链式pT混合结构在实践应用中存在运行维护量大、下级无法有效支撑上级电网、可扩展性差等问题。特别是对供电可靠性要求较高的大型城市，pT混合接线的优化需求越来越迫切。

本文研究现有pT混合接线在运行中存在的主要问题，对链式π接模式进行技术经济分析，提出pT混合接线向链式p接模式改造的方案，制定电网网架规划的技术原则，便于pT混合接线优化方案的实施落地。最后给出了某市经济开发区电网网架优化规划实例。

1 110 kV典型网架结构

根据《配电网规划设计技术导则》Q/GDW 1738—2012，高压配电网结构主要有链式、环网和辐射状结构，链式结构根据变电站接入方式的不同分为T接、p接、pT混合接线。城区一般采用链式结构，对于上级电源布点不足的区域可采用环网及辐射状结构。国内普遍采用链式pT混合结构，变电站主接线为内桥+线变组。

每个城市电网的110kV变电站主接线模式都有其自身的历史沿袭性，与城市电网装备特点密不可分。对于负荷密度较高、土地资源稀缺的大型城市，多采用占地面积较小的线变组单元接线；从节省投资角度出发，有些也采用内桥+线变组接线。不同的接线模式有其各自的特点，不存在绝对的优劣。链式πT接线在实际运行中存在一些问题。近年来，部分供电企业提出将内桥接线改为单母分段接线，形成链式p接网架结构，提高其运行灵活性、供电可靠性及可扩展性。

2 pT混合接线在运行中存在的问题

1）T型接线线路故障，主变压器存在受累停运问题。

变电站主接线为“内桥+线变组”模式，采用πT组网。T接的线路组供带2座110kV变电站的2台主变压器，线路组内任一段线路故障均会影响2座变电站。T接变压器待线路故障修复完成后才能恢复供电，存在受累停运的问题。 110kV变电站pT混合接线示意图如图1所示。

图1中，A01线、B02线供带2台主变压器，A01线路供带110kV变电站A的3号主变压器、110kV变电站B的1号主变压器。A站3号主变压器的进线故障，A01站内开关跳开，A站3号主变压器进线开关、B站1号主变压器进线开关跳开，B站1号主变压器受累停运。

2）T型接线线路检修，需多名运维人员执行操作。

图1 pT混合接线示意图

对于T接线路组内的任一条线路检修时，线路组各侧开关均需断开，实现安全隔离，涉及3座变电站(1座220 kV变电站、2座110kV变电站)，各变电站需至少2人执行操作，共计6人次(运维班组设置4~5人/班)，对运维工作压力较大。

3）主变压器检修需要转供负荷时，操作较为复杂。

如图2所示，110kV内桥接线变电站的两路电源来自同一220kV变电站的2段110kV母线，且2段母线并列运行，则该站需要转供负荷时可以直接并列运行。此外其他任何情况下，该站需要低压侧转供负荷时必须首先要合上该站的 110kV桥开关，操作相对较为复杂。

例如1号主变压器需要检修时，操作步骤为：①顺序合上100开关、900开关；②断开901开关、123开关、100开关；③验明无电压；④拉开1211刀闸、901开关两侧刀闸；⑤在高、低压侧做安全措施。

图2 变电站内桥主接线示意图

需要说明的是，若110kV两路电源进线由不同的220kV变电站供电，如果900开关直接合上，存在负荷穿越的可能，开关潮流过大，极端情况下会出现容量过载，因此必须先合上100开关，再合900开关。

4）T型点故障概率较高，110kV间隔无法 扩展。

根据停电时间统计分析，T接点引起停运事件的占比超过10%，故障概率较高。

“内桥+线变组”接线的变电站间隔无法扩展，随着城市大型综合体的不断涌现，110kV专用变电站用户越来越多，只能抢占稀缺的220 kV变电站的110kV间隔资源。

3 pT混合结构优化方案研究

3.1 优化方案

基于第2节分析的pT混合接线存在的主要问题，本文提出的优化方案为链式p接模式。根据主变压器台数的不同可以形成双链p式、三链p式网架结构[5-9]。优化方案如图3所示。

3.2 技术经济分析

pT网架结构优化的根本是站内主接线模式由“内桥+线变组”向单母分段转变。本节分别从运行灵活性、可靠性及可扩展性等方面[10-11]分析单母分段的可行性。

3.2.1 运行灵活性

1）正常运行。

“内桥+线变组”接线正常运行时，一回线路供带1台主变压器，或者母线桥开关闭合由1条线路供带2台主变压器，运行方式较为固定。单母分段接线可以通过调整母联开关由任一回或多回线路供电，高压侧也可以并列运行，单母分段正常运行方式较为灵活。

2）故障、检修情况。

若线路故障或检修的情况下，内桥接线由1条线路供带2台主变压器，单母分段接线可由另外一条线路或者2条线路供带2台主变压器。主变压器故障、检修情况与之相同，单母分段运行方式更灵活。

3.2.2 可扩展性

1）间隔扩展。

内桥接线110kV侧间隔较为固定(3个间隔)，单母分段110kV侧间隔可以在规划阶段根据用户专线、完善网架结构等需求扩展间隔。

2）大用户接入。

城市市区普遍存在变电站“落地难”的问题，220kV变电站“落地难”的问题尤为突出。因此220kV变电站的110kV间隔显得弥足珍贵。在110kV公用变电站接入需求尚且无法全部满足的情形下，更无法保障110kV大用户的接入需求。因此电厂、轨道交通、移动通信等大用户通过 110kV变电站的110kV间隔接入系统成为首要选项。单母分段接线可满足相关用户的接入需求。

3.2.3 供电可靠性

1）同一变电站进线、主变压器-1-1。内桥接线损失部分负荷，单母分段不损失负荷。如图1所示，若变电站A的3号进线故障、1号主变压器故障，则1号主变和3号主变停运。2号主变压器通过低压侧供带1号、3号主变压器的负荷，2号主变压器满载，损失负荷为-50MW (为变电站总负荷)；单母分段，2条进线供带2台主变压器，不损失负荷。

2）不同变电站进线、主变压器-1-1：均不损失负荷。

3）同一段高压母线上2条进线-1-1：内桥接线损失负荷为-50MW，单母线分段不损失负荷。如图1所示，若变电站A的1号进线检修、2号进线故障，双链πT混合接线时，1号、2号主变压器停电，3号主变压器满载供带负荷，损失为-50MW；单母分段接线时，另外一条线路通过母线供带3台主变压器，不损失负荷。

4）不同段高压母线2条进线-1-1：均不损失负荷。

若-50MW£0，则工况3）不损失负荷，可得变电站总负荷应不大于50MW，变电站负载率不大于33%。

综上可知，若变电站负载率小于33%时，2种接线供电可靠性相同；若变电站负载率大于33%时，双链pT混合接线与双链双p接线在同一段高压母线上2条进线-1-1情况有所差别。采用故障枚举法对2种典型接线方式进行供电可靠性定量评估，计算参数源自《2017年全国电力可靠性年度报告》，计算结果如表1所示。

表1 2种主接线形式的供电可靠性分析

3.2.4 经济性

单母分段较内桥+线变组接线需要增加4台断路器、7台隔离刀闸及相应的二次设备。采用2018年电力公司协议库存的设备单价，对于全户内变电站，静态投资为3024万元；“内桥+线变组”接线静态投资为2890万元，相差134万元，占比4.6%。

优化方案增加了部分投资，但在一定程度上提升了供电可靠性，同时运行灵活，可扩展性强，因此推荐单母分段接线。从技术、经济方面分析单母分段可知，其优点为运行灵活、可扩展性强、可靠性高(相比提升25%)；缺点为占地面积大(相比大1.7%)，投资大(主体相比增加4.6%)。

4 πT混合向链式π接改造方案研究

新建区域110kV电网可直接采用链式结构，对于建成区域有条件的可逐步改造为链式p接。

4.1 站内主接线改造方案

站内主接线改造方案为：“内桥+线变组”改造为单母分段主接线。当110kV变电站主变压器终期规模为3台时，由于变电站终期需要扩建主变压器，因此对于变电站原内桥接线的母线需要改造延伸，同时考虑到终期2号主变压器需要跨接在不同的母线上，因此在主接线改造时将2号主变压器跨接在两回母线上[12-13]。终期扩建变电站为3台主变压器，新增变电站两回110kV出线。终期3台主变压器的内桥接线变电站改造为终期3台主变压器的单母分段接线变电站，改造示意图如图4所示。

图4 单母分段主接线改造示意图

根据图4可知，在其他条件允许变电站主接线改造的情况下，可首先将原母线进行延伸改造，增加2台断路器、2台隔离刀闸，同时将2号主变压器跨接在2段母线上。当达到变电站终期规模时，需扩建3号主变压器，增加110 kV侧的两回进线。

4.2 组网模式改造方案

组网模式改造方案为：链式πT结构混合改造为链式双p、链式三p结构。将现有的2座110kV 变电站改造为110kV侧主接线为单母分段接线的变电站，2号主变压器跨接到I、II号母线上。将改造后的单母分段单p入110kV电网改造为链式双p的110kV网架结构，2座变电站的I、II号母线分别新出1回线路，构成双p结构。变电站2台主变压器扩建为终期3台主变压器接至II号母线。双p组网模式如图5所示。

将改造后的单母分段单p入110kV电网也可与周边第3座110kV变电站组网，形成三链π接的网架结构，如图6所示。

5 110 kV电网网架组网原则制定

1）110kV电网结构采用双链p接、三链p接，限制pT混合。

2）现有110kV电网为pT混合接线方式时，随新建工程并结合通道可行性情况将原有网架结构改造为链式p接方式；无法改造时可延续原有网架结构，原则上同一链内避免2种网架结构。

图5 110 kV变电站双链p接线方式示意图

图6 110 kV变电站三链π接组网示意图

3）原规划110 kV电网为pT混合接线宜随规划滚动调整为链式结构。对于已立项的110kV电网建设项目，核准前视情况改为链式结构。对于已核准的110 kV电网建设项目按可研批复执行。

6 算例分析

以某新建经济开发区为例进行算例分析。开发区面积为11.56km2，用地性质以高端产业、科技研发、商务居住为主。原有电网规划采用pT混合接线，在此基础上进行网架结构优化规划。

6.1 变电站规模

基于空间负荷密度法预测开发区地块负荷，并考虑地块间的同时系数预测开发区的饱和负荷值。饱和年该区域负荷预测值为1250MW。进行电力平衡，确定110kV变电站座数及容量，远景年需新增110kV变电容量1840MV×A。电力平衡分析如表2所示。

6.2 电网结构优化

现有的3座110kV变电站，远景年形成6组链式接线和1组三射接线。在原有规划方案基础上，对pT混合接线进行网架优化，改造方案如 表3所示。

表2 某经济开发区电力平衡分析

6.3 改造规模及成效

远景年新建17座110kV变电站，新建及改造110kV线路87km，共计投资17.1亿元。110kV线路、主变压器及10kV线路-1通过率均为100%，户均配变容量为6.5kV·A；10kV线路供电半径为2.5km。

与原规划的pT混合接线相比，优化方案共计增加投资0.96亿元，占总投资的5.6%；原方案户均停电时间为35min，优化方案户均停电时间为25 min。供电可靠性提升了28%，投入产出成效较为明显。

表3 某网架结构的优化规划情况

7 结论

提出了110kV电网pT混合网架结构的优化方案，研究了pT混合向链式p接的过渡方式，制定了110kV网架的组网原则，主要结论如下：

1）在实际运行中，pT混合接线任一段线路故障时会带来受累停运，运维检修占用人力资源大，转供负荷操作复杂，T节点故障率高，110 kV变电站间隔无法扩展。

2）链式p接与pT混合网架结构相比，运行灵活、可扩展性强、可靠性高(相比提高25%)，但占地面积大(相比大1.7%)，投资大(主体相比增加4.6%)。

3）站内主接线由“内桥+线变组”改造为单母分段主接线，第3台主变压器采用跨接模式。对于现有变电站，若不具备变电站主接线改造条件时，可考虑2台主变压器运行，形成链式双π接模式。

城市电网网架结构及变电站主接线选择有其历史沿袭的特点，不存在绝对的优劣，本文仅对πT混合接线的优化方式提供一些技术参考。

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Optimization ofpT Hybrid Structure of 110kV Power Grid

SHI Zhiyong1, WANG Guomin1, GENG Qi1, ZHANG Yuan2*, WANG Tianhua2

(1. State Grid Zhengzhou Power Supply Co., Ltd., Zhengzhou 450000, Henan Province, China; 2. Beijing T&D Power Research Co., Ltd., Changping District, Beijing 102206, China)

There are some operational problems of thepT hybrid structure, such as large workload of operation and maintenance, poor flexibility and scalability, which can not meet the increasing demand for power supply reliability. In this paper, the optimization scheme of thepT hybrid structure connection structure was put forward, and the technical and economic demonstration of the optimization scheme was carried out. The concrete alteration scheme ofpT mode to chain π connection mode was studied, and the networking principle of 110 kV power grid was established, which can direct the implementation and landing of the optimization of the 110 kV power grid withpT hybrid structure.

network structure;pt hybrid; chain type π connection; single-bus section

10.12096/j.2096-4528.pgt.18070

TM 72

2019-02-08 。

(责任编辑 车德竞)