焦 煜，朱艷萍

（1.國(guó)網(wǎng)昌吉供電公司，新疆昌吉 831100；2.新疆光大恒興工程造價(jià)咨詢有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

1 優(yōu)化電力系統(tǒng)配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)規(guī)劃的必要性

隨著社會(huì)發(fā)展和用電需求的增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)負(fù)荷逐年增加。而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)存在供電能力不足、線路布局不合理、敷設(shè)路徑冗余等問(wèn)題，制約著電力系統(tǒng)的發(fā)展。為了解決上述問(wèn)題并滿足用戶的用電需求，需優(yōu)化配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)規(guī)劃。即在合理的布局下，設(shè)定供電網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和電纜管線的敷設(shè)路徑，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的電能傳輸。同時(shí)，電纜管線是電力系統(tǒng)中傳輸電能的重要載體，因此其敷設(shè)的合理性對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。合理規(guī)劃電纜管線的敷設(shè)路徑，可以減少電纜的交叉和糾纏，降低電能傳輸過(guò)程中的電磁干擾和能量損失，提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。此外，還可以防災(zāi)減災(zāi)，如避免電纜走廊和重要設(shè)備的相對(duì)位置過(guò)近，降低事故發(fā)生的概率，保障人員和設(shè)備的安全[1]。

2 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃方式

2.1 供電容量?jī)?yōu)化規(guī)劃

（1）預(yù)測(cè)負(fù)荷和分析需求。收集和分析歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，以了解不同區(qū)域的用電負(fù)荷分布和變化趨勢(shì)。此外，還需要考慮未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、行業(yè)需求的變化及政府政策的影響等因素。通過(guò)精確的負(fù)荷預(yù)測(cè)和需求分析，確定不同時(shí)間段的最大負(fù)荷峰值和潛在的用電增長(zhǎng)趨勢(shì)。

（2）確定供電容量需求。基于負(fù)荷預(yù)測(cè)和需求分析的結(jié)果，結(jié)合配電網(wǎng)的特點(diǎn)和約束條件，確定各個(gè)區(qū)域或節(jié)點(diǎn)的供電容量需求。供電容量代表著電力系統(tǒng)所能提供的最大供電能力。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)，可以計(jì)算出各個(gè)區(qū)域或節(jié)點(diǎn)在負(fù)荷最大時(shí)的所需容量。

（3）優(yōu)化規(guī)劃容量。確定供電容量需求后，對(duì)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的變電站、主干線及支線進(jìn)行容量規(guī)劃。這涉及選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備容量和配置方案，同時(shí)要考慮其他設(shè)備的容量匹配，如開關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置等。

此外，供電容量?jī)?yōu)化規(guī)劃還需要考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過(guò)潮流計(jì)算和短路計(jì)算分析電能在配電網(wǎng)中的傳輸情況和設(shè)備的負(fù)荷率。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象或設(shè)備負(fù)荷超過(guò)額定容量，就需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。例如，設(shè)計(jì)線路時(shí)需要確保線路的額定容量大于計(jì)算得到的最大潮流值，以避免線路過(guò)載[2]。

2.2 線路布局優(yōu)化規(guī)劃

合理規(guī)劃電纜線路的布局，可以降低線路的損耗和故障風(fēng)險(xiǎn)，提高供電可靠性和靈活性。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）考慮用電負(fù)荷分布。分析不同區(qū)域或節(jié)點(diǎn)的用電負(fù)荷需求，以確定各區(qū)域的供電方式和電力傳輸路徑。例如，對(duì)于高負(fù)荷密集區(qū)域，可以考慮建設(shè)獨(dú)立的變電站和主干線來(lái)滿足其需求；對(duì)于低負(fù)荷密度區(qū)域，可以采用支線供電方式，減少線路長(zhǎng)度和成本。

（2）根據(jù)地理環(huán)境的特點(diǎn)，合理規(guī)劃線路的走向和長(zhǎng)度。例如，山區(qū)地區(qū)可能存在復(fù)雜的地形和地貌條件，需要考慮地質(zhì)穩(wěn)定性和施工難度，選擇合適的線路走向；平原地區(qū)地勢(shì)平坦，可以借助其地理優(yōu)勢(shì)縮短線路長(zhǎng)度，以降低線路損耗和故障風(fēng)險(xiǎn)。

（3）城市或工業(yè)區(qū)域的土地資源緊張，需要合理安排線路的敷設(shè)路徑和占地面積。同時(shí)還需要考慮環(huán)境要求，如遠(yuǎn)離居民區(qū)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等?；诖耍x擇合適的走廊或電纜通道敷設(shè)線路，以實(shí)現(xiàn)電力傳輸與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（4）將變電站、主干線、支線及末端用戶連接成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)電力的多路徑傳輸。這樣可以減少單點(diǎn)故障對(duì)供電系統(tǒng)的影響，并提供備用路徑，以確保供電的連續(xù)性。例如，當(dāng)環(huán)網(wǎng)供電中的當(dāng)某條線路發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)其他路徑進(jìn)行電力傳輸，避免單點(diǎn)故障導(dǎo)致的電力中斷。

（5）優(yōu)化線路布局時(shí)考慮線路的電氣參數(shù)匹配。通過(guò)合理選擇電纜的型號(hào)、截面、長(zhǎng)度，以及變壓器和開關(guān)設(shè)備的容量匹配，可以降低線路的功耗和損耗，提高電能傳輸效率[3]。

2.3 敷設(shè)路徑優(yōu)化規(guī)劃

合理選擇敷設(shè)路徑可以降低電纜的敷設(shè)成本和維護(hù)成本，提高電能傳輸?shù)男屎涂煽啃?。為此，需考慮以下幾點(diǎn)。

（1）避免高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域易發(fā)生洪水、地震等自然災(zāi)害，可能對(duì)電纜的安全性和可靠性造成威脅。因此，在規(guī)劃敷設(shè)路徑時(shí)需要盡量避開這些高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，選擇相對(duì)穩(wěn)定和安全的地帶進(jìn)行電纜敷設(shè)工作。這可以通過(guò)研究歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測(cè)及氣象分析等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）最小化與其他基礎(chǔ)設(shè)施的沖突。電纜敷設(shè)過(guò)程中可能會(huì)與交通、給排水等基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生沖突。為了避免影響其他基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行和維護(hù)，應(yīng)盡量避免與其交叉或干擾。這可以通過(guò)徹底進(jìn)行線路走廊調(diào)查和綜合規(guī)劃，以及與相關(guān)部門和單位進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）避免電磁干擾。電纜的電磁場(chǎng)可能會(huì)對(duì)附近的其他設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。因此，選擇敷設(shè)路徑時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離敏感設(shè)備和系統(tǒng)，減少電磁干擾的發(fā)生。

（4）減小敷設(shè)施工難度。選擇相對(duì)容易施工的路徑，以減小敷設(shè)施工難度，降低敷設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

2.4 設(shè)備選型和配置優(yōu)化

在設(shè)備選型和配置優(yōu)化方面，需要考慮以下幾方面。

（1）設(shè)備的容量匹配。根據(jù)用電負(fù)荷需求和線路長(zhǎng)度等因素，確定變壓器和開關(guān)設(shè)備的容量。合理選擇設(shè)備容量可以確保用戶的用電需求得到滿足，避免發(fā)生設(shè)備過(guò)載或低負(fù)載運(yùn)行。這可以通過(guò)分析、預(yù)測(cè)用電負(fù)荷并綜合考慮未來(lái)的擴(kuò)容需求和可行性研究來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）設(shè)備的技術(shù)性能和可靠性。選擇具有技術(shù)性能良好和可靠性高的設(shè)備可以提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，選擇變壓器時(shí)需要考慮其額定容量、絕緣等級(jí)、短路能力等技術(shù)指標(biāo)，以及供應(yīng)商的信譽(yù)和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于開關(guān)設(shè)備和保護(hù)裝置，也應(yīng)考慮其分?jǐn)嗄芰?、操作性能、故障檢測(cè)及保護(hù)功能等因素。通過(guò)綜合評(píng)估不同設(shè)備的技術(shù)性能和可靠性來(lái)選擇最適合的設(shè)備以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）設(shè)備的購(gòu)置成本、運(yùn)行成本及維護(hù)成本。選擇經(jīng)濟(jì)性較高的設(shè)備可以降低投資成本，并減少后期的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用。這涉及設(shè)備的價(jià)格、能效、壽命等因素的綜合評(píng)估。

2.5 智能化和自動(dòng)化應(yīng)用

通過(guò)智能感知、監(jiān)控及自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理及控制。

（1）將傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在變電站、開關(guān)設(shè)備或電纜線路等關(guān)鍵位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的狀態(tài)和負(fù)荷信息。感器可以實(shí)時(shí)感知電纜的溫度、電流、電壓等參數(shù)信息，監(jiān)測(cè)設(shè)備可以收集和處理傳感器所獲得的數(shù)據(jù)。通過(guò)采集和分析這些數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并發(fā)出故障預(yù)警，這有助于后續(xù)的故障診斷和處理。

（2）利用人工智能、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算技術(shù)實(shí)時(shí)分析和處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以提取有價(jià)值的信息并做出準(zhǔn)確的判斷。例如，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)電纜故障模式進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障診斷的自動(dòng)化。同時(shí)，還可以利用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行電纜管網(wǎng)的負(fù)荷均衡和優(yōu)化調(diào)度，提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性[4]。

3 優(yōu)化方法的應(yīng)用

3.1 案例概況

在某城市的配電網(wǎng)規(guī)劃中，根據(jù)未來(lái)10 a 的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)該地區(qū)的最大負(fù)荷峰值將達(dá)到300 MW。為了滿足這一需求，首先進(jìn)行了供電容量規(guī)劃，選擇了容量為800 MW 的變電站，并在關(guān)鍵位置建設(shè)了10 kV 主干線，以及與之連接的20kV 支線。

3.2 具體優(yōu)化

3.2.1 對(duì)線路進(jìn)行布局

為了提高電力系統(tǒng)的可靠性和降低電力損耗，采用環(huán)網(wǎng)供電方式和最優(yōu)路徑算法進(jìn)行線路規(guī)劃。

（1）將主干線和支線形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，采用環(huán)網(wǎng)供電方式。通過(guò)這種布局，當(dāng)某一線路發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)其他路徑傳輸電力，確保了供電的可靠性。選擇了4 條主干線（編號(hào)為L(zhǎng)1、L2、L3、L4）和8條支線（編號(hào)為S1～S8），這些線路經(jīng)過(guò)合理連接和配電，形成了一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

（2）利用最優(yōu)路徑算法分析線路的走向和長(zhǎng)度，以進(jìn)一步降低電力損耗。通過(guò)最優(yōu)路徑算法，確定了各線路的最佳走向和長(zhǎng)度。例如，基于電纜型號(hào)為T-200的高壓電纜的電阻和導(dǎo)納參數(shù)，結(jié)合負(fù)荷分布情況，計(jì)算出主干線L1的最優(yōu)路徑為從變電站A 經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)B 到達(dá)節(jié)點(diǎn)C，并進(jìn)一步連接至變電站D。對(duì)于支線S1，計(jì)算結(jié)果顯示其最佳路徑為從節(jié)點(diǎn)C 出發(fā)經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)E 到達(dá)用戶終端F。

通過(guò)環(huán)網(wǎng)供電方式和最優(yōu)路徑算法，該案例中的線路布局優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的可靠供電和降低電力損耗的目標(biāo)。同時(shí)通過(guò)優(yōu)化線路的走向和長(zhǎng)度，電力損耗得以最小化，提高了供電效率和經(jīng)濟(jì)性。這樣的線路布局方案旨在滿足用戶用電需求，優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行，提升供電質(zhì)量[5]。

3.2.2 敷設(shè)路徑的設(shè)計(jì)

綜合運(yùn)用GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，結(jié)合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施分布等因素進(jìn)行分析，以降低電纜敷設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)和成本。具體如下。

（1）利用GIS 數(shù)據(jù)確定洪水、地震等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并將其考慮到敷設(shè)路徑優(yōu)化中。通過(guò)分析歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)和地震地質(zhì)特征，確定具體的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在規(guī)劃過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)區(qū)域存在洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，因此，根據(jù)該區(qū)域的洪水深度和頻率等數(shù)據(jù)制作了相應(yīng)的GIS圖層?；谶@些災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合電纜敷設(shè)的需求，在GIS 平臺(tái)上進(jìn)行路線規(guī)劃和分析。利用GIS 工具找到避開洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的最佳路徑，確保電纜不會(huì)被洪水侵蝕。例如，在敷設(shè)主干線L1的過(guò)程中，使用GIS數(shù)據(jù)分析確定了一條遠(yuǎn)離洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的路徑。

（2）考了基礎(chǔ)設(shè)施的分布，如交通、給排水等情況。通過(guò)分析GIS 數(shù)據(jù)，確定地下給排水管道的位置，并避免與其相交。例如，在敷設(shè)支線S1的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)給排水管道位于節(jié)點(diǎn)E 附近，便通過(guò)GIS 工具進(jìn)行路徑規(guī)劃，避開了該區(qū)域的給排水管道，從而確保了電纜敷設(shè)的順利進(jìn)行。

3.2.3 設(shè)備的選型與配置

對(duì)設(shè)備選型和配置進(jìn)行了優(yōu)化，選擇了型號(hào)為T3000的100 MW 變壓器，并將其合理配置在變電站中，以滿足電力系統(tǒng)的需求并提高系統(tǒng)的可靠性和能效?？紤]變壓器的傳輸損耗和運(yùn)行效率等因素，通過(guò)理論計(jì)算和仿真模擬，確定變壓器的最佳位置和連接方式。例如，將T3000型變壓器配置在變電站的主干線路L1的末端，以確保電力輸送的穩(wěn)定性和效率。同時(shí)還對(duì)變壓器進(jìn)行了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以保證其在運(yùn)行過(guò)程中的正常工作溫度，減少能耗并延長(zhǎng)使用壽命。此外，在設(shè)備選型和配置優(yōu)化中，還選擇了具有智能保護(hù)裝置的開關(guān)設(shè)備。其中，型號(hào)為S200的智能開關(guān)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流和電壓，并利用先進(jìn)的保護(hù)算法對(duì)故障進(jìn)行精確定位和快速切除。這樣的智能開關(guān)能夠提高供電系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.2.4 智能化和自動(dòng)化技術(shù)的引入

在主干線L1連接點(diǎn)A 處安裝溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄電纜的溫度變化。在支線S1連接點(diǎn)E 處安裝電流傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流值。之后，利用智能分析系統(tǒng)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，分析歷史溫度數(shù)據(jù)和環(huán)境因素，從而預(yù)測(cè)電纜的溫度趨勢(shì)，并生成預(yù)警信息。例如，當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并向操作人員提供相關(guān)信息。另外，利用智能分析系統(tǒng)進(jìn)行電纜管網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。通過(guò)對(duì)電流傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，系統(tǒng)能夠判斷電纜是否存在過(guò)載或其他異常情況。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定閾值或壓力異常時(shí)，智能分析系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并提供故障診斷結(jié)果，幫助操作人員快速采取適當(dāng)?shù)拇胧Ｔ谶h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方面，當(dāng)智能分析系統(tǒng)檢測(cè)到電纜溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)附近的冷卻裝置，降低溫度，以避免電纜過(guò)熱。此外，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和保護(hù)操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化規(guī)劃方法能夠顯著提高電力系統(tǒng)配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)的供電能力和運(yùn)行效率。具體來(lái)說(shuō)，合理的線路布局和敷設(shè)路徑設(shè)計(jì)可以降低能源消耗，提高系統(tǒng)的可靠性；適當(dāng)?shù)脑O(shè)備選型和配置優(yōu)化可以提高系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；智能化和自動(dòng)化技術(shù)的引入可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的管理和運(yùn)行水平。因此，優(yōu)化規(guī)劃方法在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)電纜管網(wǎng)的應(yīng)用具有重要意義，并有望為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。