赤几某城市电网设计方案研究

赤几某城市电网设计方案研究

张晓波

（中国水利水电第六工程局有限公司辽宁沈阳110179）

前言：赤几某城市电网改扩建项目（简称电网项目）由中国水电建设集团国际工程有限公司与赤几政府签订商务合同，该城市电网改造之前尚无110kV及以上城网存在，其20kV（15kV）与0.4kV供电网络，在输送容量或距离方面，许多已远远超过国际通用标准要求，比如有的0.4kV线路长达2km以上。造成电压降过高、线损大，以致众多用户仅能维持白炽灯照明，而动力用电只能靠高成本、影响环境的自备柴油发电机解决。其网络布局不合理，存在重大安全隐患，急需改造。

1、该城市供电电网改造前现状

该城区面积约95km2，居民约19万人，城市电网所供负荷类型主要是市政、生活、服务等非工业一般用户，大用户及工业用户主要依靠自备柴油发电机供电。

该城市原电网主要公用电源点：一是重油电厂（2004年建成），总装机容量3×8MW，设计出线电压等级20kV；二是1982年建成BICOMO水电站，总装机容量4×0.8MW，出线电压等级35kV；三是SANJOAQUIN柴油发电厂，总装机2.032MW，已退出运行等待扩建。其它为自备柴油发电机组。

该城市仅有一座35kV变电站（NCOLOMBONG），其与BICOMO水电站同期建成，容量2×2MVA，电源引自BICOMO水电站，35kV进线1回，采用架空方式，15kV（20kV）主要出线2回，选用地埋电缆，接至城区配电台区，并与SANJOAQUIN柴油发电厂内的开闭所联络。24MW重油电厂主要出线2回，其中1回为架空线，沿滨海大道北行，经由Ukomba箱式变电站转接至SANJOAQUIN柴油发电厂内的开闭所。另1回为地埋电缆，顺环城公路接入NCOLOMBONG变电站高压母线。SANJOAQUIN柴油发电厂内的开闭所出线3回，除1回经Udaec箱式变电站与NCOLOMBONG变电站联络外，剩余2回直配至城区各配电台区。城市无高压电网系统，城网除1条35kV电源线外，其余最高电压仅为15kV（20kV），且未能覆盖整个城区，也不能对大容量用户保证供电。15kV（20kV）网络基本呈单环加放射型结构。

该城市已安装的15kV（20kV）配电台区共约87台（座），现有15kV（20kV）配电台区绝大部分为钢筋混凝土结构的箱式变电站，电压比15kV（20kV）/0.4kV，变压器两侧均采用电缆连接。高压单元采用2或3面环网柜，低压开关柜设有刀熔开关。现有配电台区和开关站都存在建筑受损、设备老化等问题。损坏的设备得不到更换、采用铜线代替低压熔丝等现象较为普遍，使运行状况更加恶化，变压器因过载而发生火灾事故时有发生。

该城市现有15kV（20kV）配电线路大部分为电缆线路，少部分为架空线路。架空线路采用窄基角钢塔和钢筋混凝土电杆2种型式。架空线路普遍存在杆塔老化、汽车等外力碰撞受损问题，致使杆塔结构存在严重安全隐患。电缆线路基本为XPLE单芯铝电缆，截面有50mm2、95mm2、150mm2、240mm2和400mm2。

2、电网改造目的

一是增加电源点、提高供电能力：该市其公共电网部分正常发电容量仅有26.1MW。只能为市政、生活、服务等非工业一般用户提供电能。更多的大用户、工厂、企业只能依靠自备柴油发电机组供给。经负荷调查及根据有关资料推测：该城市2027年人口将达到25万人，电网供电负荷最高约为125MVA（100MW）。

二是减小供电半径、提高供电质量：24MW重油电厂是该城市电网的主要供电源，其电力以中压15kV线路送至市中心开闭所上网分配，半径超过10km。低压配电网的供电距离一般达1km以上，有些地方甚至超过2km。中低压配电网的供电半径过大使得线路压降大，供电质量得不到保证，同时线路损耗也大。

三是淘汰陈旧设备、提高中压配电网电压等级：该城市设备陈旧、落后。NCOLOMBONG变电站及CentralElectricaSANJOAQUIN老电厂开关站的中压开关柜额定电压仅为15kV，导致整个城市中压配网降压至15kV电压等级运行，带来网损大、经济性差等不利影响，因此需要更换中压开关设备，将中压配网的电压水平提高至20kV。20KV中压配电网与其它较低等级电压相比具有输送容量大、供电半径长、损耗小、占用走廊资源少等优点，其电压等级配电方案相比在技术经济综合指标上占优势，目前，亚洲60％和欧洲近80％的国家采用20kV作为中压配电网电压等级。

四是增强网架结构、提高供电可靠性：该城市中压配电网主干线采用单环网连接的接线方式，网架结构薄弱，局部线路存在导线截面小、故障率高等问题。为提高供电可靠性，该城市电网的接线形式需进行优化加强，建设以单环网为基础的电网，将提高负荷转供能力。

五是扩大中低压配电规模、满足负荷需求：该市区新建道路增加很多，其公共照明设施需要设置，许多区域没有电网供电，依赖自备的柴油发电机机组，供电可靠性低，用电成本高、能耗大、污染重。

3.项目改扩建的目标：

该电网改造的总体目标是：建设网架坚强、电压等级合理、结构优化、技术先进、安全可靠、运转灵活、经济高效的现代化电网，为城市近期和长远发展提供可靠的能源保证。在安全可靠为基础的前提下，加强电网的网架结构，满足电力市场发展并适度超前，突出整体经济效益。通过本工程，改造及完善该市电网结构，使电网的骨架坚强，接线简单、灵活。

4电网改扩建技术方案研究：

4.1电压等级与供电半径：

电压等级：城区高压电网电压等级确定为110kV；中压配电网电压为20kV；低压配电网电压为380V/220V。为简化变压层次，避免重复降压，城区变压层次应为：110kV/20kV/0.4kV。供电半径：20kV中压配电网供电半径：7km～9km；0.4kV低压配电网供电半径：500m。

4.2供电可靠性：

变电站运行的可靠性：110kV变电站应满足N-1准则，即：变电站应设2台及以上变压器，并有2条回路供电；该变电站失去1回进线或1台降压变压器时，应保证向下一级配电网供电。

中低压配电网的可靠性：城区内20kV中压配电线路或重要的用户应满足安全供电的N-1准则要求。

随着用户对供电可靠性要求的不断提高，逐步加强电网结构，缩短用户停电时间。主要措施是，提高线路、设备的健康水平和技术水平，逐步采用配电自动化技术，加强故障监测、提高维护水平等。

4.3电网接线方式：

应合理布局城区内各级电网的网络结构，各级电压都应有充足的供电能力。电网接线方式应灵活、简单，满足供电的需求，在检修或故障情况下应缩小停电范围，应避免高、低压电网电磁环网。另外，考虑电力负荷不断发展的需求，变（配）电所的布局及网络结构应留有一定的裕度。

110kV变电站应位于负荷中心，110kV电网接线采用有备用放射式、有备用干线式、两端供电式、环式、双T等高可靠性供电模式。

20kV中压配电网采用环网接线开环运行的接线方式，或手拉手接线方式。为了缩小20kV线路自身检修和故障的停电范围，20kV线路干线上的适当地点、重要分支宜装设分段开关。

报装容量超过4MVA的大用户考虑设专线供电。

4.4容载比：

容载比即电网内同一电压等级公用供电变电站的主变压器总容量与其供电总负荷之比。相关技术规程对变电站容载比的要求：110kV变电站：容载比Rs=1.8～2.1。

4.5无功功率补偿：

应坚持“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则。具体实施时要求采用集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿和低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的方针。

110kV变电站无功补偿：110kV变电站内安装的电容器应使高峰负荷时功率因素达到0.9～0.95，电容器容量应计算，一般取主变容量的1/6～1/5。

配电变压器无功补偿：补偿后，在高峰负荷时应使配电变压器高压侧的功率因数达到0.9以上。当配电变压器低压侧集中补偿容量较高时，为防止在低谷负荷出现过补偿，应装设电容器自动投切装置。

用户无功补偿：用户安装的电容器可以集中安装，亦可以分散安装。前者必须能按运行需要自动投切，后者安装于所补偿的设备旁，与设备同时投切。二者中以分散安装的方法较好，还要提倡用户在低功率因数的用电设备内装电容器。

4.6电压调整与电压损耗分配：

电压允许偏差：为了满足用户供电质量的要求，各类用户供电电压允许偏差应符合以下规定：

110kV供电电压：允许偏差－10％～＋10％

20kV及以下三相供电电压：允许偏差－7％～＋7％

220V单相供电电压：允许偏差－10％～＋7％

主要调压方式：主变的主要调压方式为改变变压器分接头的调压方式。为有利于调压，城区内110kV变电站应采用有载调压变压器。

线路电压损耗分配：

各级线路的电压损耗宜限制在表3.2.4-1所列数值范围之内。

表3.2.4-1各级线路电压损耗控制值

辅助调压方式：投切并联电容器、改变电网参数可作为电网的辅助调压措施。

4.7短路容量：

短路容量控制值如下：

110kV20kA

20kV16kA

短路容量限制措施：当短路容量超过上面所列控制值时，应采取措施加以限制。主要措施为：电网开环或母线分段运行；适当选择变压器的容量，接线方式（如二次绕组为分裂式）或采用高阻抗变压器；在变压器低压侧加装电抗起或分裂电抗器，出线断路器出口侧加装电抗器等。

4.8供电设施：

变电站：变电站选址应接近负荷中心，按无人值班方式设计。一个变电站设2台主变压器，主变压器应选用低损耗三相电力变压器，单台变压器容量范围宜为：110kV20MVA～40MVA。

变电站宜采用新技术、新设备。采用GIS全封闭组合电器，采用实用、可靠的配电网自动化装置及变电站综合自动化系统，以提高电网供电的可靠性及运行管理水平。在城区内线路走廊拥挤的街道设立开闭所。开闭所主接线为单母线分段，两回大容量电源进线分别供两段母线，互为备用。根据需要馈出6～12回线路，在区域中起到电源支撑作用，主要功能是对中压侧功率进行再分配。进出线开关皆采用断路器，通过微机综合自动装置来完成继电保护、自动装置（重合闸、备用电源自动投入等）和远动的功能。

高压架空配电线路：高压配电线路采用架空线路，走廊应结合城区规划确定。110kV架空线路导线截面选用LGJF-240/30。110kV架空线路采用钢管型杆塔和窄基铁塔。

配电所及中、低压配电线路：20kV/0.4kV变压器应采用低损耗电力变压器。架空配电线路和电缆配电线路的路径应结合城区规划确定。中压电缆采用交联聚乙烯绝缘非磁性金属带铠装聚氯乙烯护套单芯电力电缆，主干线导线截面宜按远期（20年）规划一次选定，一个城市主干线截面不宜超过两种；城市低压配电线路采用电缆及架空2种方式。

4.9通信与自动化：应建立专用的光纤通信系统，以满足调度人员在指挥操作、处理事故时的通道畅通；正确实现继电保护、远动、自动装置等各项信息、数据的传递；保证业务管理等通信畅通。调度中心至变电站之间应采用互为备用，并可自动切换的双通道通信方式。应实现变电所综合自动化。

5结束语

电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。对该城市电网进行改扩建可以解决电力供应紧张的局面，满足经济发展及人民生活的需求，并为经济的进一步稳健发展提供有力保障。

参考文献：

[1].董琴.关于我国电网规划设计方案中的风险评估研究及其应用[J]；科技传播；2013年24期

[2].戴少华.探索电网规划设计的关键问题与技术[J]；城市建筑；2014年06期