紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

以提高供電可靠性為目標(biāo)的配電網(wǎng)規(guī)劃分析

紹興供電公司 孫偉 徐云炯 高林 夏偉 范劍剛

文中將配電網(wǎng)規(guī)劃的理論分析與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，展開(kāi)配電網(wǎng)規(guī)劃前的現(xiàn)狀分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)以及配電網(wǎng)規(guī)劃中的具體實(shí)施步驟。并對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃后經(jīng)濟(jì)性與可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將配電網(wǎng)自動(dòng)化和不停電作業(yè)與配電網(wǎng)網(wǎng)架相結(jié)合，形成配電網(wǎng)網(wǎng)規(guī)劃有方法、建設(shè)有目標(biāo)的整體規(guī)劃布局。

供電可靠性；配電網(wǎng)規(guī)劃；配電自動(dòng)化；不停電作業(yè)；模塊化

0 引言

提高供電可靠性是供電企業(yè)管理水平的綜合體現(xiàn)，雖有多種方法提高供電可靠性，但每種方法都有其自身的局限性。目前最有效的辦法是通過(guò)配電自動(dòng)化和不停電作業(yè)提高供電可靠性，基層供電部門(mén)在配電自動(dòng)化和不停電作業(yè)上花費(fèi)了很大的精力但卻達(dá)不到預(yù)期的效果，主要因?yàn)榕潆娋W(wǎng)重建設(shè)輕規(guī)劃導(dǎo)致網(wǎng)架薄弱配電自動(dòng)化和不停電作業(yè)不能將其自身特點(diǎn)最大限度的發(fā)揮出來(lái)[1-5]。文章分三部分闡述，下節(jié)主要講配電網(wǎng)規(guī)劃。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)網(wǎng)架是在配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上分期、分步進(jìn)行建設(shè)的，配電網(wǎng)規(guī)劃是整個(gè)網(wǎng)架形成的基礎(chǔ)，根據(jù)其規(guī)劃的目標(biāo)不同可分為長(zhǎng)期規(guī)劃（目標(biāo)網(wǎng)架）中期規(guī)劃和短期規(guī)劃，最終建成目標(biāo)網(wǎng)架。目標(biāo)網(wǎng)架是供電可靠性的基礎(chǔ)，同時(shí)也是能否配電自動(dòng)化和不停電作業(yè)最大限度能否發(fā)揮出來(lái)的重要根基?？偠灾W(wǎng)架的結(jié)構(gòu)對(duì)供電可靠性起到?jīng)Q定性的作用[6-8]。

本文突出配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)用性和可操作性，通過(guò)參照國(guó)家規(guī)劃導(dǎo)則和網(wǎng)省公司的規(guī)程要求，將配電網(wǎng)規(guī)劃工作模塊化、簡(jiǎn)單化，可為基層配電網(wǎng)規(guī)劃提供參考，最后對(duì)網(wǎng)架建設(shè)給出合理化建議。

配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的主要步驟包括：

（1）所需資料及歷史數(shù)據(jù)收集（基礎(chǔ)）；

（2）負(fù)荷預(yù)測(cè)及供電分區(qū)（核心）；

（3）現(xiàn)狀電網(wǎng)評(píng)估；

（4）確定規(guī)劃目標(biāo)及技術(shù)原則；

（5）規(guī)劃設(shè)計(jì)方案制定；

（6）分析計(jì)算及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選；

（7）費(fèi)用估算及經(jīng)濟(jì)分析；

（8）規(guī)劃報(bào)告編制。

1.1 配電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀分析

在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃之前，需要對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架現(xiàn)狀進(jìn)行分析找出網(wǎng)架的薄弱環(huán)節(jié)（例線路過(guò)/重載、N-1假校驗(yàn)、供電半徑過(guò)長(zhǎng)、分段不均、絕緣化率等）進(jìn)行分析后加以改造，對(duì)需要新增的部分結(jié)合市政規(guī)劃總體規(guī)劃進(jìn)行合理布局。

收集資料階段：主要對(duì)供電轄區(qū)內(nèi)已有配電網(wǎng)架的基礎(chǔ)資料收集，包括轄區(qū)的面積、行政區(qū)域的劃分（供區(qū)劃分）、高壓電源點(diǎn)、線路分析、柱上開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜/箱、變壓器等。

表1 供電區(qū)域劃分方法

圖1 政府界定的行政區(qū)（大區(qū)）

圖2 土地性質(zhì)相同的區(qū)域（中區(qū)）

圖3 三級(jí)中區(qū)內(nèi)若干個(gè)街區(qū)（小區(qū)）

首先對(duì)供電轄區(qū)內(nèi)的行政區(qū)域進(jìn)行供電區(qū)域（A+，A，B，C，D，E）的劃分（見(jiàn)表1）。

參照轄區(qū)市政總體規(guī)劃通常分三級(jí)，一級(jí)為政府界定的行政區(qū)（大區(qū)），二級(jí)為行政區(qū)內(nèi)土地性質(zhì)相同的區(qū)域（中區(qū)），三級(jí)為中區(qū)內(nèi)若干個(gè)街區(qū)（小區(qū)）。如圖1、2、3所示。

再次對(duì)高/中壓設(shè)備進(jìn)行分析。高壓電源點(diǎn)：主要針對(duì)轄區(qū)內(nèi)110kV變電站進(jìn)行分析，分析內(nèi)容主要包括變電站容載比，變壓器的投運(yùn)時(shí)間及供電半徑等。

在分析配電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域?qū)⒁延信潆娋W(wǎng)的現(xiàn)狀分布在地理信息圖上，如圖4、5所示。

線路分析：中壓線路（專/公共線）的條數(shù)，絕緣線/裸線和電纜的線徑和長(zhǎng)度、掛接容量、線路的負(fù)載率（平均/最大）百分比、負(fù)載率、供電半徑、網(wǎng)架的聯(lián)絡(luò)化率、N-1通過(guò)率、平均分段數(shù)、接線類型等進(jìn)行分析。柱上開(kāi)關(guān)：開(kāi)關(guān)數(shù)量/類型、種類、投運(yùn)時(shí)間。環(huán)網(wǎng)柜/箱：土建面積、電源點(diǎn)數(shù)量、進(jìn)出線間隔類型與數(shù)量、掛接容量、電操機(jī)構(gòu)。變壓器：型號(hào)、類型、用戶數(shù)。分析后對(duì)整體網(wǎng)架有了初步的了解。

圖4 高壓電源點(diǎn)分布圖

圖5 中壓電源點(diǎn)分布圖

表2 在不同負(fù)荷增長(zhǎng)情況下的電網(wǎng)容載比建議值

表3 不同建筑類型的容積率取值

表4 不同行業(yè)的需用系數(shù)

表5 土地性質(zhì)相同區(qū)域（中區(qū)）的電量

圖6 S型曲線及增長(zhǎng)率曲線圖

最后對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行分析：

（1）高壓電源分析：電網(wǎng)容載比根據(jù)年負(fù)荷平均增長(zhǎng)率進(jìn)行分析小于正常數(shù)值、不能通過(guò)主變N-1校驗(yàn)、主變最大負(fù)載率超過(guò)70%應(yīng)考慮中壓線路負(fù)荷轉(zhuǎn)供問(wèn)題（見(jiàn)表2）。

（2）中壓電網(wǎng)分析主要由三大類七小項(xiàng)組成：技術(shù)合理性包含（供電半徑過(guò)長(zhǎng)、干線線規(guī)不統(tǒng)一、掛接配變?nèi)萘窟^(guò)大等），組網(wǎng)規(guī)范性（單放射、同站聯(lián)絡(luò)等），運(yùn)行安全可靠性（負(fù)載較重、未通過(guò)N-1校驗(yàn)等）。分析后對(duì)于存在問(wèn)題的線路標(biāo)記，在線路負(fù)荷預(yù)測(cè)后進(jìn)行規(guī)劃網(wǎng)架時(shí)做調(diào)整。

1.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)

配電網(wǎng)規(guī)劃最終目的是滿足需求服務(wù)負(fù)載，負(fù)載會(huì)影響網(wǎng)架的發(fā)展。目前兩種常用的預(yù)測(cè)方法為空間負(fù)荷預(yù)測(cè)何年電量平均增長(zhǎng)率兩種方法。

對(duì)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行模塊化、簡(jiǎn)單化做出說(shuō)明。政府為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代化城市的管理，往往會(huì)以城市道路為分割線，將城市劃分為不同的功能區(qū)塊，例如教育區(qū)、高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、商業(yè)區(qū)等。這些區(qū)塊有著不同的用電規(guī)律。按照城市的功能分區(qū)，切實(shí)做好負(fù)荷預(yù)測(cè)工作，為配網(wǎng)規(guī)劃提供必要的數(shù)據(jù)支撐[9-10]。

負(fù)荷預(yù)測(cè)是配電網(wǎng)規(guī)劃的核心。選取好負(fù)荷密度、容載比、同時(shí)率則是負(fù)荷預(yù)測(cè)的重中之重，衡量規(guī)劃質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。下面對(duì)三級(jí)區(qū)域的負(fù)荷密度選取做出模塊化處理。根據(jù)不同地塊的性質(zhì)選取不同的負(fù)荷密度。

再根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則Q/GDW 1738-2012》確定供電區(qū)域的負(fù)荷密度，通常供電區(qū)域（A+，A，B，C，D，E）劃分由市公司發(fā)策部確定，基層部門(mén)只需根據(jù)負(fù)荷密度選取適合管轄供區(qū)內(nèi)負(fù)荷密度的低、中、高方案范圍即可[11]。其次通過(guò)電量=負(fù)荷密度×面積×同時(shí)率×需用系數(shù)×容積率。（選取值見(jiàn)表3、4。）

再次根據(jù)轄區(qū)歷史用電量的統(tǒng)計(jì)，估算出增長(zhǎng)量，區(qū)域的負(fù)荷成長(zhǎng)特性與其發(fā)展階段密切相關(guān)，一般可分為慢速增長(zhǎng)期、快速增長(zhǎng)期和緩慢增長(zhǎng)飽和期三個(gè)階段。這三個(gè)階段的長(zhǎng)短與區(qū)域大小和建設(shè)進(jìn)度有關(guān)，區(qū)域越大，每階段持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，S型曲線越平滑；區(qū)域越小，每階段持續(xù)的時(shí)間越短，S型曲線飽和得越快，S型曲線及增長(zhǎng)率曲線見(jiàn)圖6。

表6 空間負(fù)荷與年平均電量增長(zhǎng)

表7 年電量平均增長(zhǎng)率

表8 供電區(qū)域推薦的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

最后將空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果與年電量平均增長(zhǎng)率的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表6、7）。相差不大基本能達(dá)到負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的。

圖7 架空線路單環(huán)網(wǎng)

圖8 電纜單環(huán)網(wǎng)

圖9 電纜雙環(huán)網(wǎng)

負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法有經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)方法、經(jīng)典預(yù)測(cè)方法、經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測(cè)方法、時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法、相關(guān)系數(shù)預(yù)測(cè)法、飽和曲線預(yù)測(cè)方法等。但為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性通常需要兩種及以上的方法預(yù)測(cè)才能滿足配電網(wǎng)規(guī)劃的基本需求。同時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)也是電網(wǎng)規(guī)劃的核心，網(wǎng)架的重中之重。

1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)規(guī)劃主要確定電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、線路走向、線徑的粗細(xì)、合理的分段、均衡的負(fù)荷分配等等。變電站通常在主網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中已經(jīng)明確其數(shù)量和大致的區(qū)域，這里不占大篇幅說(shuō)明。

配電網(wǎng)規(guī)劃只需要在變電站周圍明確電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性建議即可，變電站出線數(shù)量根據(jù)用電量進(jìn)行計(jì)算后確定。但一般110 kV變電站間隔在20～24個(gè)盡可能考慮全部公用線路，預(yù)留2～4個(gè)間隔作為“公用專線”（不建議專線用戶直接接入變電站占用公共資源，專線用戶可在變電站外設(shè)立開(kāi)關(guān)站后統(tǒng)一接入）剩余間隔基本都可以當(dāng)做出線間隔。

線 路走向主要以道路兩側(cè)為主，線路規(guī)劃盡量在原有線路的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃，能夠節(jié)約成本，并通過(guò)兩個(gè)變電站之間形成聯(lián)絡(luò)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)根據(jù)供電區(qū)域類型選取適合自己轄區(qū)的網(wǎng)架，如表8所示。

初步規(guī)劃好線路的路徑后，對(duì)于主線/支線的線徑與線路的分段數(shù)參考下表進(jìn)行選取，線路的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)通常在變電站供區(qū)的交匯處，線路的分段開(kāi)關(guān)（三分段）應(yīng)考慮負(fù)荷均衡而不是距離的進(jìn)行布點(diǎn)。

其次線徑和分段數(shù)選取完畢后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以參考下圖7、8、9。（注：如不考慮配電自動(dòng)化下圖所有的負(fù)荷開(kāi)關(guān)都可以換成斷路器。不考慮不停電作業(yè)時(shí)可進(jìn)行同桿3回以上的架空布局。）

再次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)初步確定后，選取環(huán)網(wǎng)柜（開(kāi)閉所）和環(huán)網(wǎng)箱（環(huán)網(wǎng)柜）各地叫法不同，這里不多做說(shuō)明。

環(huán)網(wǎng)柜的數(shù)量以街區(qū)的負(fù)荷決定，能夠用于網(wǎng)架的環(huán)網(wǎng)和用戶負(fù)荷分配通常掛接容量為6～10 MVA最大轉(zhuǎn)供容量不宜超過(guò)15 MVA?？紤]到設(shè)備的環(huán)境問(wèn)題環(huán)網(wǎng)箱建議只對(duì)用戶進(jìn)行負(fù)荷分配的作用，不建議用在環(huán)網(wǎng)當(dāng)中。柱上變和箱變根據(jù)供電區(qū)域選擇合適的容量。

最后通過(guò)線路走向、開(kāi)閉所布點(diǎn)、線路分段等將最終的目標(biāo)網(wǎng)架畫(huà)出，如圖10所示，上述能夠解決基層崗位對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的基本要求。

2 配電網(wǎng)建設(shè)

電網(wǎng)規(guī)劃后建設(shè)才是關(guān)鍵，基層供電部門(mén)往往規(guī)劃和建設(shè)脫節(jié)十分嚴(yán)重，造成投資重復(fù)、改造重疊等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不明確，重建設(shè)不重規(guī)劃；

（2）建設(shè)前期工作未做的到位，涉及到政策處理繁瑣，政策處理不下去，最終造成電網(wǎng)哪里方便建哪里。建成后再改造的局面時(shí)有發(fā)生；

（3）技術(shù)專職流動(dòng)大、交接不到位出現(xiàn)技術(shù)斷層，行政干預(yù)技術(shù)頻頻發(fā)生；

（4）可研初設(shè)找不到項(xiàng)目報(bào)，綜合計(jì)劃對(duì)網(wǎng)架沒(méi)有針對(duì)性。

上述幾點(diǎn)是配電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)的主要問(wèn)題，對(duì)此給出建設(shè)性方案：

（1）目標(biāo)網(wǎng)架評(píng)審后原則上不再調(diào)整，在目標(biāo)網(wǎng)架的基礎(chǔ)上分區(qū)分年實(shí)施建設(shè)；

（2）涉及到下一年電力廊道等政策處理問(wèn)題，應(yīng)在第一年將方案提交至當(dāng)?shù)卣块T(mén)，由政府部門(mén)統(tǒng)一召開(kāi)管線廊道政策處理協(xié)調(diào)會(huì)出具會(huì)議紀(jì)要，給予下一年度電網(wǎng)架設(shè)政策處理有效的支撐；

（3）電網(wǎng)規(guī)劃模塊化的應(yīng)用能夠解決基層人員流動(dòng)嚴(yán)重的問(wèn)題；

（4）可研初涉根據(jù)轄區(qū)發(fā)展方向?qū)﹄娋W(wǎng)的分區(qū)分部實(shí)施，第二年綜合計(jì)劃建設(shè)內(nèi)容基本與目標(biāo)網(wǎng)架一致；

圖10 目標(biāo)網(wǎng)架

（5）用戶工程納入網(wǎng)架應(yīng)與目標(biāo)網(wǎng)架一致，避免二次投資整改。

3 經(jīng)濟(jì)效益

配電規(guī)劃的收益主要體現(xiàn)在避免重復(fù)投資，最大限度的發(fā)揮出配電自動(dòng)化和不停電作業(yè)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)配電一次網(wǎng)架優(yōu)化建設(shè)，提高設(shè)備利用率，節(jié)約保電成本，最終達(dá)到提高供電可靠性的目的。

全紹興行政區(qū)域面積為8279平方公里。供電區(qū)域面積為5357.79 km2。其中A類供區(qū)面積為139.37 km2，B類供區(qū)641.72 km2，C類供區(qū)1243.2 km2，D類供區(qū)3333.5 km2。目標(biāo)網(wǎng)架建成后各供區(qū)全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%

2016年全紹興城市供電可靠率RS1為99.9587%農(nóng)村供電可靠率RS1為99.8662%。全口徑供電可靠率為99.8883%，由全口徑供電可靠率理論值不小于99.856%可預(yù)測(cè)提高到99.9676%。

經(jīng)濟(jì)效益增售電量效益=R×Q×P 式中：R 為供電可靠率，Q為年供電電量；P為銷售電價(jià)。全口徑供電可靠率為99.8883%提高到99.9676%。按照2 0 1 5年度紹興地區(qū)售電量 425.75 億kWh，綜合電價(jià) 0.6 元/kWh計(jì)，則實(shí)施目標(biāo)網(wǎng)架一年增售電量帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益為20.26億元。

隨著目標(biāo)網(wǎng)架逐步建后不停電作業(yè)和配電自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)也逐漸發(fā)揮，其中配網(wǎng)不停作業(yè)年增售電量帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益約1367.8萬(wàn)元。目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)完成后增售電量帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益約 206.1萬(wàn)元。

其他經(jīng)濟(jì)效益主要有：凸顯企業(yè)的社會(huì)責(zé)任、提高員工的工作效率、降低重復(fù)投資帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失、提高客戶的滿意度等，暫不做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。綜上所述規(guī)劃是網(wǎng)架的基礎(chǔ)也，網(wǎng)架是供電可靠性的基礎(chǔ)，也是能否最大限度的發(fā)揮出不停電作業(yè)和配電自動(dòng)化自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)。

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