城市电缆配电网中典型的接线分析研究

城市电缆配电网中典型的接线分析研究

傅达曦

广东电网有限责任公司广州从化供电局  广东 广州 510000

摘要：在城市电力系统中，电缆配电网的组建工作是电力重新分配的基础，它为一个地区的供电可靠性提供有力的保障。本文以电缆配电网接线发展中存在的问题为切入点，重点对单环网接线、“二供一备”典型接线的使用进行了阐述，并对两种典型的两种接线方式进行了分析，并举例说明其优越性。

关键词:配电电缆网;二供一备;电缆配电网的典型接线

随着地区发展和城市扩张，越来越多的大型住宅区、商用、工业建筑出现，为了适应中压电缆配电网络的负载要求，逐步建成并投入使用。在建设初期，配电网多采用单辐射、树状形式等简单的布线方式，而开关站间的联系不多，对供电可靠性和灵活性造成了很大的影响。随着电力使用者对供电可靠性的不断提高，中压配电网络的接线方式也从单一的辐射型过度到单环网、“二供一备”等接线形式。通过对多个环网柜、开关站的重新组合，可以有效地改善开关站的操作灵活性和供电可靠性。

1.配电网接线发展中存在的问题

1.1 变电站布点不足且中低压配电网容量不足

近几年，我国第三产业的快速发展，使人们的生活水平不断提高，许多现代家电产品涌入到了居民家中，使得原本就落后的电力系统，已经不能满足电力需求的快速增长。我国城市网络的建设取得了长足的进步，但也面临着许多问题。城市电网供电不足、供电可靠性差、网架结构薄弱，若上级变电所或线路出现故障，将导致全线断电。配电网载流量不足，220 kV、110 kV变电站数量稀少，容量低。受配电网主干线的线路断面较小、变电站配电线路出线形式的影响，每年夏季的迎峰期，配电网的主要设备都会出现超负荷现象。

图1 从化区近三年用电负荷情况

1.2供电可靠性不高

配电网建设由于线路通道资源有限，电缆、开关站、配电站布置困难，尽管经过了几年的城市网络改造，但仍然跟不上社会经济的快速发展，导致电缆线路组网困难，易发生设备超负荷运行、网架结构脆弱、供电质量差，故障频发等问题。由于配电网络的自动化水平较低、停电时间较长、恢复供电时间较长、供电可靠性差等原因，目前大部分城市10 kV的可靠率仍然低于99.8%。世界上发达国家的电力可靠性超过了99.9%，一年的平均停电时间只有十多分钟。

2.中压配电网络典型接线分析

2.1 架空线路或电缆架空混合线路

（1）单电源辐射网

单电源辐射网是一种布线简单、使用简便、投资省的接线方式，在线路、设备发生故障或维修时，因用户所处的停电面积较大，导致系统的供电可靠性较低。由于线路失效后，无法进行负载转移，因此无需考虑线路后备能力，各线路均可满负荷运行，也就是说，最大负荷不会超出线路的安全负载。如有条件，可选用带重合功能的自动化开关，以最短时间内切断线路的故障。此接线方法仅适合城市郊区及乡村地区不受重视的架空线路。由于城镇化率提升较快，部分城镇地区配网线路还存在单辐射接线问题，考虑其低可靠性，现阶段应逐步淘汰此类接线。

（2）“手拉手”环式线路

“手拉手”环式线路与辐射式线路的区别是，每一座中电压变电站的任一配电线路都与另一座中压变电站的一条配电线路互为联络，或同一变电站不同主变的配电线路互为联络，构成一条两端都有供电、环状设计、开放式运行的主干线，这两条线路都能提供全部的电力。这样的配线方式，其自身的成本未必高于常规的环形配电系统。但应适当提高中压变电站的后备能力，以承担其它中压变电所的负载。为满足N-1原则，不论配网采用何种接线方式，中压变电站的主变通常都要预留30%的余量，这30%的余量足以满足“手拉手”的环形导线。如此一来，中压变电站在故障维修时，可以快速地将线路负载转移，具有较高的供电可靠性，但会增加线损，非常不经济。在实际应用中，要根据不同的条件，因地制宜[1]。

2.2电缆线路

电缆单环网和架空线“手拉手”的接线方式相同，都是由终端线路互为联络，实施环网接线、开环操作。它的主要特征是接线简单、清晰、操作方便、灵活；当环网中的某一部分或环网设备发生故障时，可以在较短的时间内进行分段切换，迅速地恢复环网设备的电力供应，从而极大地改善了电网的供电可靠性。当环网一次进线发生故障时，另一进线必须承受全部电力负荷，在正常情况下，各线路预留50%的后备容量，并降低线路负载率。该系统具有接线简单、灵活的特点，配电网的自动化配置可选用主站集中式自愈策略，建设提供了有力的支持，线路利用率最高可达(n-1)/n，最低仅为50%。适合在高可靠性、低负荷密度、快速用电增长的城镇配电网中使用。

图2 “2-1”单环网接线拓扑图

3.城市电缆配电网中典型的接线实例分析

3.1“N供一备”接线形式

（1）“N供一备”单环网接线

“N供一备”单环网接线方式是由 N根电缆组成的环网，而另一根则作为后备。本文以“二供一备”单环网接线为实例，对其工作模式进行了分析，此接线形式满足N-1安全准则，设备利用率较高可达66.7%，但该接线方式受地理位置及负荷分布等因素的影响较大。

a)常规供电模式。线1作为开关站1的主要供电线路，线2作为开关站2的主要供电线路，而线3用作开关站1、2的备用供电线路。

b)N-1供电模式中。在主供电线1 （或2）发生故障时，开关站1（或开关站2）线路负载可以通过环网箱切换至后备供电线路3。

c)在检修模式中出现N-1失效。在主馈线1（或2）维修时，线路2（或线路1）出现故障，则负载通过环网箱切换至后备供电线路3。

图3 “二供一备”单环网接线拓扑图

3.2案例分析

（1）《110kV城郊站新出F28、220kV从化站新出F21调整街口F20、从化F4负荷》工程

10kV从化F4:220 kV从化站10 kV从化F4线装接容量为2.27MVA，2021年最大负载率81.58%，重载运行。主供居民、商业用电，其中“干线#03电缆分支箱”、“干线#04电缆分支箱”、“广州市宏都房地产有限公司(二期)公用开关房”共1.48MVA装接容量单电辐射运行,无联络。

10kV街口F20:110 kV街口站10 kV街口F20线装接容量为2.46MVA，2021年最大负载率100.4%，过载运行。主供“合景商业用地”,其中“合景A区开关房”、“合景B区开关房II段母线”、“合景B区#01综合房”、“合景B区#02综合房”共1.34MVA装接容量单电辐射运行,无联络。

图4 从化F4、街口F20工程改造前一次接线图

图5 从化F4、街口F20工程改造后一次接线图

（2）存在的问题

问题1:10 kV从化F4过载运行、10 kV街口F20重载运行；问题2:10 kV从化F4、10 kV街口F20共存在2.82MVA装接容量单辐射线路，供电可靠性较低；问题3:10 kV从化F4、10 kV街口F20联络点布置不合理，存在首端联络。一次接线情况见图4。

（3）项目完成后的一次接线

从化F4、街口F20工程实施后，一次接线情况见图5。

（4）改造效果

1）新增10 kV从化F21割接10 kV从化F4装接容量0.79MVA，10 kV从化F21与原有10 kV从化F16形成电缆“2-1单环网”典型接线；

2）新增10 kV城郊F28割接10 kV街口F20装接容量1.62MVA，改造后10 kV街口F20割接从化F4装接容量1.11MVA；

3）新增10 kV从化F4上城干乙线#03电缆分支箱与10 kV城郊F28、街口F20构成环网联络，10 kV从化F4作为备用线路与10 kV城郊F28、街口F20构成“二供一备”单环网典型接线；

4）拆除10 kV从化F4、10 kV城郊F28首端联络布点。

（5）改造效果分析

10kV电缆线路负载传输能力大小与电缆线路安全载流量有关，考虑到N-1准则，“二供一备”典型接线主供线路负载率可控制在80%以内，备供线路负载率应控制在20%以内，“2-1单环网”典型接线两回线路负载率之和应控制在100%以内。结合度夏迎峰期间线路的实际运行状况，对“二供一备”的接线容量进行了分析。当线路出现N-1等故障时，负载转移不会超出线路的额定电流，不会造成用户断电，解决了10 kV从化F4、10 kV街口F20线路重、过载的危险，并解决了项目实施之前10 kV从化F4、10 kV街口F20存在的单辐射问题。详见表1。此外，拆除馈线首端联络布点对线路的转供电能力影响较小且提升了原有开关柜、电缆管廊的利用率。

表1 迎峰度夏期间供电能力表

4.结语

根据中压电缆配电网络的典型接线特点，在县城电网建设和改建工程中，由于地形、市政建设、管廊容量等条件限制，针对电缆配电线路，应选首先择组网较为灵活的“手拉手”单环网作为近期配网改造的重点，如具备建设条件可选用“二供一备”接线方式。为达到精准投资目的，电缆网规划过程中需提前征询政府相关部门意见，并根据城镇发展需求提前规划电缆管廊、桥架等土建设施。为提高供电可靠性，10kV电缆线路在解决线路重过载、单辐射问题时应该同步考虑组建典型接线，并保证电缆配电网满足N-1安全准则要求。电缆组网过程中应尽量简化组网结构、减少联络点，且同步考虑通讯光缆规划，其中自动化开关可优先使用集中式自愈策略，自动化开关应具备三遥功能。

参考文献：

[1]王云飞,姜世公,时光远,等. 适应高可靠供电需求的城市中压配电网网架构建研究[J]. 供用电,2020,37(6):33-39.