基于钻石型配电网供二级开关站接线的研究及应用

肖远兵，郑真，卢婧婧，黄晨宏，蒋献伟，颜华敏，任明珠

(国网上海市电力公司青浦供电公司， 上海 201707)

为适应上海全球城市规划，国网“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”发展战略和上海世界一流城市配电网建设，解决现状配电网的实际问题，国网上海市电力公司基于现状配电网的条件和配电网发展目标[1-3]，提炼了“钻石型”配电网网架结构，研究了基于钻石型配电网供二级开关站的接线及其应用。

1 钻石型配电网供二级开关站接线的提出

典型钻石型配电网的网架结构是以开关站为核心节点的双环网接线[4-5]，如图1所示。钻石型配电网供二级开关站接线，即在典型网架结构的基础上，增加第二级开关站接入双环网开关站节点，如图2所示。

图1 钻石型配电网网架结构(环入开关站4～6座)

图2 钻石型配电网供二级开关站接线

1)在网架结构上，钻石型配电网以开关站为核心节点的双环网特性不变，即一次系统和设备选型可不变。

2)在功能特征上，钻石型配电网具备高可靠性、高负荷转移能力、负荷平衡能力不变[6-8]，第二级开关站可随双环网开关站节点在变电站之间实现负荷转移和负荷平衡，同时可进一步减少对变电站电源仓位和电缆通道的占用。

2 继电保护及自愈系统分析

2.1 钻石型配电网的继电保护及自愈系统配置分析

1)变电站出线侧：101(401)断路器主保护配置线路光纤差动保护；后备保护配置反时限过流、反时限零流保护；自愈保护、过流、零流加速保护。

2)双环网线路：102(402)，103(403)，104(404)和105(405)断路器配置主保护为线路光纤差动保护；后备保护配置反时限过流、反时限零流保护；自愈保护、过流、零流加速保护。

3)开关站分段断路器：配置分段自切保护，后加速过流，零流保护(自愈装置自带)。

4)开关站出线侧：配置过流、零流保护。

钻石型配电网电气接线如图3所示。

图3 钻石型配电网电气接线

该继电保护及自愈系统在变电站出线侧、双环网线路、开关站出线形成了三级过流、零流保护，保护配置复杂、整定时间长，并且双环网开环点调整或新加入开关站节点时，保护需重新整定。

2.2 继电保护及自愈系统配置优化方案

钻石型配电网供二级开关站电气接线如图4所示。

图4 钻石型配电网供二级开关站电气接线

如按现状继电保护及自愈系统配置，当钻石型配电网供二级开关站时，将形成变电站出线侧、双环网线路、双环网节点开关站出线、第二级开关站出线四级过流、零流保护，第二级开关站出线过流、零流保护将无法整定。

根据钻石型配电网供二级开关站的接线模式，提出继电保护及自愈系统配置优化方案：

简化双环网侧的继电保护配置，开关站侧102(402)，103(403)，104(404)和105(405)断路器仅配置线路光纤差动保护和自愈保护、过流、零流加速保护，后备反时限过流、反时限零流保护不投运，开关站母线配置简易母差保护(自愈装置自带)。

优化方案在实现钻石型配电网供二级开关站具备自愈功能的情况下，可减少建设初期的保护整定时间，并且在双环网开环点调整时无需再开展保护整定工作；双环网中加入开关站节点时，仅需整定加入开关站的保护，大幅降低了钻石型配电网运行的难度。

对钻石型配电网供二级开关站继电保护及自愈系统配置优化方案实施后，可以满足配电网的运行要求，也可以适应分布式电源的接入，有利于提高配电网的供电质量。

3 钻石型配电网供二级开关站接线的优势

3.1 提升钻石型配电网改造的可实施性

现状10 kV配电网中已存在一定数量的开关站供开关站接线或中心开关站供多座终端开关站接线[9-10]。如采用钻石型配电网供二级开关站接线，可将开关站供开关站的第一级开关站或中心开关站作为钻石型配电网双环网节点，第二级开关站及其电源进线不变，避免地块内部网架接线大幅改造，提升了钻石型配电网的可实施性。钻石型配电网供二级开关站接线建设改造如图5所示。

图5 钻石型配电网供二级开关站接线建设改造

3.2 提升钻石型配电网建设改造的经济性

现状开关站的实际布局较为分散，部分开关站位置偏离110(35)kV变电站之间10 kV的电缆通道。钻石型配电网供二级开关站接线可避免迂回供电情况，减少新建或改造线路和通道规模，进而提升钻石型配电网建设改造的经济性。

3.3 提升钻石型配电网建设改造的灵活性

可根据开关站及其进线的实际情况和建设改造需求，提出开关站作为钻石型配电网双环网节点或作为第二级开关站供电的不同建设改造方式，给予了形成钻石型配电网的不同模式和不同建设改造方案(如已建或新建开关站串入双环网或作为第二级开关站接入双环网)，从而提升了钻石型配电网建设改造的灵活性。

3.4 提升钻石型配电网线路利用效率

现状开关站所供负荷差距较大，特别是居民小区中开关站所供负荷偏低。钻石型配电网供二级开关站接线可进一步增加所供开关站数量，打破钻石配电网双环网供4～6座开关站的限制，从而提高了线路的利用效率。

钻石型配电网供二级开关站接线是典型钻石型配电网的一种延伸模式，具备建设改造的可行性、可实施性和灵活性，并且可提升钻石型配电网的利用效率和经济性。钻石型配电网供二级开关站接线在某110 kV变电站10 kV配套出线工程先行试点开展。

4 钻石型配电网供二级开关站接线应用案例

钻石型配电网供二级开关站接线方案在某110 kV变电站配套出线工程中进行应用。某110 kV变电站10 kV配套出线工程中在网架结构上先行改造为以开关站为节点的双环网结构，并且将供出第二级开关站的双环网开关站节点设置在两端，双环网中间开关站节点不供出第二级开关站，如图6所示。

图6 某110 kV变电站10 kV配套出线运行模式

在运行模式上可采用两种模式，具体如下：

1)模式1。不配置自愈系统，形成两组中心开关站供终端开关站接线，两组接线之间线路作为联络线，采用现有继电保护配置，并预留自愈系统空间。

2)模式2。直接形成钻石型配电网供二级开关站接线，即主干网为以开关站为节点的双环网，并配置自愈系统。

在某110 kV变电站10 kV配套出线工程中网架结构一次建成，选择2～3组线路采用运行模式2，先行作为钻石型配电网供二级开关站接线的试点；其他线路采用运行模式1，待试点运行成功、成熟后，再加装自愈系统发展为运行模式2。

5 结 论

通过对钻石型配电网供二级开关站接线进行研究，分析了该接线的网架结构、用户与电源接入、继电保护与配电自动化配置及其可靠性。在某110 kV变电站配套出线工程中的应用结果表明：

1)典型钻石型配电网的网架结构为以开关站为核心节点的双环网接线，在网架结构及功能特征方面，钻石型接线的经济性将优于双侧电源开关站单环网接线。

2)钻石型配电网适用于把开关站定位为配电网主要节点或以环网站为节点的常规双环式接线，并且适用于供电安全性和可靠性要求高的地区。