压缩型输配电网实现技术的研究应用

压缩型输配电网实现技术的研究应用

魏庆海

国家电网有限公司，河南省三门峡市472100

摘要：随着远距离、大功率输电体系的建立，我国已经形成以±800KV～±1100KV直流为跨区，以～1000KV交流环网为主干的全国六大区域统一电网结构。西电东送，北电南送，南北互供的电力能源流向，促进了区域内省份各类经济的发展。但由于历史的沿革，电压等级自下而上攀多，～1000（750）KV，～500（330）KV, ～220（110）KV交流三个电压等级电磁环网运行所带来的矛盾尖锐而复杂；串联供电链条逐渐加长，致使电网损失过大，稳定性差，电压质量偏低等问题随之显现；二环结构与串并套供的复杂电网结构，无疑增加了运行中的事故概率。本文针对性地提出用解开～220（～110）KV电磁环网，压缩电压等级层级优化一、二次系统结构配置的方法，指导未来电网改造与新建，促进区域各电压等级电网协调发展。

[注：（）中的～750KV、～330KV、～110KV专指西北电网，全文凡涉此类，不再专注]

一、国家电网结构现状

建国以来，特别是改革开放之后，由于经济的快速增长和电力体制的市场化，充分调动了社会对电力建设投资的积极性。40年来，电网规模不断扩大，电网结构日趋合理，输送容量和电压等级同步提高，各类电源入网峰谷协调互补适当。展示了我国电力工业在全球的显著地位。一是单机100万千瓦的核电、火电、水电机组位居全球第一；二是±800KV、±1100KV，容量为1000万千瓦的直流跨区输电技术位居全球第一；三是全国各类装机20亿千瓦，全社会用电量8万亿千瓦时位居全球第一；四是海上陆地风光储输总容量3亿千瓦和与之相关的柔性直流输电技术位居全球第一。

从国家电网建设与运行结构布局看，也显示独居一格的显著特点。

1.全国统一电网已经形成。按照经济和能源结构东北、华北、华中、华东、南方、西北六大电网界面明晰，负荷中心主要分布在中部，东部和南部，基础能源主要分布在东北和西北。基于这种供求关系，确立了西电东送，北电南送，南北互供的电力能源流向发展纲要。

±800KV、±1100KV输送容量为1000万千瓦的直流特高压成为区域电网之间互联互通，相互调济的主要通道，与青山绿水的环保理念紧密相衔。

目前，东北与华北，华中与南方，新疆与河南，蒙中与湖南，西北与上海，新疆与华中均分别实现了±800KV,±1100KV,±500KV相匹配的联网运行。（见附图1.1）

2.双环区域同步电网正在构建。按照规划，除西北建成以～750KV, ～330KV两级环状电网外，其余五大区域将全部建成以～1000KV，～500KV为骨干网架的双环运行结构。依靠～1000（750）KV特高压电网实现省间交换，～500(330)KV为省内地区电网之间的潮流传输，当然这种～1000（750）KV与～500（330）KV双环网运行方式是在～1000（750）KV网络十分薄弱的情况下不得以而为之的做法。

3.省级输配电网难免显得链条过长而层级杂乱。现状省级电网的电压等级是以解放初期的3KV/0.4KV系统为基础逐步发展形成。时至今日，东北地区链条最长的输配电网由交流200KV-110KV-66KV-35KV-10（3-6）KV/0.4KV六个电压等级构成，而西北地区为交流110KV-66KV-35KV-10（3-6）/0.4KV五级构成，这种输配电压没有随高压电网的形成而到及时规范和调整，严重影响了现行电网的运行效率。（详见附图2.1，2.2）

省级电网还有一个重要的弊端，就是交流220KV电网与500KV电磁环网，从而形成了交流1000KV直至220KV三级电网环并运行，这种方式无论对安全还是对经济运行都是不利的。

二、问题的提出

针对已经建成的1000KV交流特高压区域电网，并与500KV、220KV三级环网的现状，以及没有完全形成交流1000KV特高压区域电网的500KV， 220KV两级环状电网（详见附图1.1，1.2），经过分析，尚有三个方面亟待解决的问题。

1.电磁环网对电网运行的影响

1.1、三个电压等级变压器短路阻抗匹配不当（线路阻抗占比较小），使潮流不能按电压高低成比例分配，造成高压电网轻载，低压电网壅塞，致使高压电网的输电能力不能得到充分的发挥。

1.2、交流500KV侧短路容量超标，交流220KV侧短路容量严重超标，给设备选择和故障切除造成困难，当交流220KV线路初口故障时，极易造成设备损坏和事故扩大。

1.3、由于自耦变压器在系统内的存在，以及高压电网故障时的潮流非正常转移，继电保护和安全自动装置的配置困难，上下级定值整定不能相互配合。

2.电网建设投资浪费。正如上节之述，我国六大区域的省级输配电网，从交流220KV到0.4KV用户端，至少五～六个电压层级；根据当前城乡用电负荷密度，负荷增长速度，经济运行指标，分析表明，交流66KV、35KV、10KV、(3-6)KV等级的同时存在无任何实用价值，亟待规范和调整。从而减少（40-60）%的输配电网建设投资。

3、电力电量损失过大。交流220KV以下电网，变压器的运行损失约占总损失的30%（指串联供电），因此减少输变电环节，效益十分可观。

4.电能质量下降。过低的配电网输电电压，当峰谷电力相差悬殊时，电压质量难以保证。

三、解决方案

1、充分利用压缩技术，改变电网传统运行方式。打开省内交流220KV电磁环网，并将220KV电压等级系列的电力装备纳入输配环节，造就压缩型输配电网。这样就能够有效解决“二”中三级电磁环网存在的问题，同时能与下文发明技术相衔。（详见图1.2）

2、以交流220KV作为输电网，将城乡配电网电压等级提升为20KV（已另有申请专利），形成以220KV/20KV压缩型的输配电网新格局。（详见图1.2）

3、优化220KV/20KV输配电结构。基于这种输配电网电压等级的压缩，进一步化简220KV/20KV变压所接线结构， 220KV侧采用无母线和开关的线变组方式，20KV侧一律采用车式推拉组合电器。（详见图3.1，3.2）由于一次系统的规范和简化，二次保护和自动装置在结合网络保护（已另有申请专利）的前提下，所配置套的套数减少了80%，致使造价降低极其可观。

4.实施本技术方案，要充分利用220KV窄级塔、钢管塔装备，自撑式绝缘导线，220KV等PV聚氯乙烯电缆，以便使运行的电网与城乡环境相协调。

四、结论

本文的论点和整体解决方案是我国输配电网发展史上的一次变革，有效摒除了百年电网所累积的问题，既能提高电网运行效率，又能大幅降低电网建设造价，实现了输配电网技术和经济结构的双重优化，同时为未来输配电网的发展规划指明了方向。

1、实现了输配合一的电网结构。这种开拓性的解决方案，减少了输配电网运行层级，使检修维护更加便捷，工作量大幅度降低。

2、节约了电网建设资金。初步分析，所压缩的输配电网建设费用占总造价的（30-40）%，按现行电网可比口径，至少节约1.5万亿元。

3、输配电网智能化得以实现。本文研究的电网二次系统已融合了最先进的5G通信； GIS组合电器，已申请专利的网络保护，20KV供电方案，电力电量远程采集与控制五项先进技术。

4.变电站结构设计达到至简。

5.电压和能量损失双下降。基于新的输配电网，大幅提高供电质量和电网运行效率。

五、实施建议

调整省内地区交流220KV电网运行方式，压缩输配电网电压层级是一个利在当代功在千秋的系统工程，也是百年输配电建设管理模式的大变局。要实现这一终极目标，必须用积极的态度，兼顾电网的发展历史，尊重科学发展原则，充分调动各方面积极因素，尽快实施。

1.本着统一规划，分步实施，试点先行，稳妥推进的原则纳入政府电网建设。

2.坚持新建与改造相结合，在有关部门的主导下，有效发挥电力市场的调控作用，多方筹集金，加快改造步伐，尽快见到效益，新建电网，新增用户一律按新标准施行。

3.确立分层分区分片实施的原则。按照三级电网，两级法人体制，以国家电网为主导，以省级电网为主体，以市县供电企业为实施单位，按规划的时间节点，全面实现全国输配电网按压缩型新模式运行和管理。

六、附图

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