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城镇典型区域中压配电网接线方式探讨

    介绍了城镇地区中压配电网电缆网络的主要接线方式及适用条件,分析了各类中压配电站的供电能力、数量设置及比例配置,推荐了城镇各类典型区域中压配电网接线方式,并以实际案例分析了城镇地区配电网优化及改造的策略及方案。
   城镇地区一般由住宅区、商务区及公共事业区等部分组成,和市中心城区相比,其负荷分布相对分散,分布较为广泛,负荷密度中等。由于一般城镇多由老镇区发展而来,其中压配电网经历了多个阶段的建设、改造,致使网架结构存在接线方式类型繁多及不合理现象。长期以来,对于中压配电网接线方式没有明确的标准,规划控制力度不够、随意性较强也是导致上述现象的重要原因。
    另一方面,城镇地区电网扩展受规划站址的约束日趋明显,很难依靠新增站址、加大变电容量来满足未来负荷需求,亟待探讨在现有站址或已有规划站址上提高供电能力的方法。
    按上海市政府相关文件规定:“中心城区、新城、中心镇范围内及城市新建住宅小区配电网应选用电缆”。可见电缆化是中心城镇地区配电网的发展趋势,本文着重讨论电缆网的接线方式。
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    潘锋/工程师
    中压配电网主要接线方式及适用条件
    1.变电站直供
    该接线方式一般适用于大用户,其装接容量一般大于4000kV·A,但不超过6300kV·A。一般包括1回进线(可设低压备用)、2回常用(互为备用)、1常1备等方式,属专线供电,可靠性高。
    2.以K型站(开关站)为中介点
    该接线方式一般适用于负荷相对集中地区,以充分发挥35kV或110kV变电站供电能力,解决变电站仓位不足的矛盾。
    (1)K型站直供
    该接线方式装接容量一般大于1250kV·A,但不宜超过4000kV·A,一般用于工业区、商务区等大用户较为密集的区域,如图1所示。
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    图1  K型站直供
    (2)K型站接单环网
    该接线方式一般适用于中小用户,如住宅区等,可满足“N-1”供电要求。图2a为K型站接P型站(环网站、环网柜)单环网;图2b为K型站接WX型站(欧式箱式变电站)单环网;图2c为K型站接P型站(中间型)单环网,由P型站再接WX单环网。需要注意的是,K型站2回出线形成的单环网一般总容量不宜超过4000kV·A,P型站所接环网容量由其出线熔断器保护限值控制。
    (3)K型站接双环网
    该接线方式中每组环网内有四个电源。P型站进线电源来自同一K型站不同分段或不同K型站。此接线方式可满足“N-2”供电要求,适用于可靠性要求较高的重要供电区域,如商务区、高档住宅区等,如图3所示。
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    图2  K型站接单环网
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    图3  K型站供P型站双环网
    (4)K型站接短段架空线
    在某些次要且可架设架空线区域,为节省投资,可由K型站接短段架空线,一般该架空线总装接容量不宜超过2000kV·A。架空线之间宜实现“手拉手”联络,如图4所示。
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    图4  K型站供短段架空线
    3.变电站环网接线
    该类接线方式经济性较高,且运行方式灵活,在中压配电网中得到了广泛应用,通常适用于容量不大的中小用户,在居民小区、商住区和城市主干道等场合应用较多,如图5所示。图5a为单环网接线,所供负荷按一回电缆限制,可满足“N-1”供电要求;图5b为双环网接线,所供负荷按一回电缆限制,可满足“N-2”供电要求,适用于供电可靠性要求较高地区。
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    图5  变电站环网接线
    配电站供电能力计算及数量设置
    中压配电站(包括WX站)进线电缆一般型号为YJV-10,3×400、3×240、3×120、3×70,按8根电缆平行敷设(校正系数取0.72),其载流量及折算容量如表1所示。
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    表1  常用10kV电缆载流量
    1.K型站供电能力及数量设置
    K型站的供电能力计算需考虑“N-1”原则,根据进线回数限制每回进线的负荷率,一般其供电能力受限于K型站的进线电缆。实际工程中,考虑K型站进线电缆型号一般为YJV-10,3×400电缆,载流量按400A计算。
    (1)标准K型站
    标准K型站进线2回,出线一般为8~10回(包括配电变压器),如图6所示。考虑满足“N-1”原则,每回进线的负载率限制在50%。其供电能力计算为
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    图6  标准型K型站接线示意
    (开关状态:白色为闭合、黑色为断开,下同)
    对于某些负荷特别集中地区,对K型站的供电能力及仓位需求有更高要求,其进线电缆可适用双拼240或400电缆,其供电能力有较大提高,但受限于变电站10kV出线电流互感器规格。
    设供电区域规划年负荷预测值为P(单位为MW,下同),其中由变电站直供的负荷为P<sub>d</sub>,则所需标准K型站数量为
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    式中,ceil表示向上取整,S<sub>K1</sub>为标准K型站供电容量,取7MV·A(此处不考虑进线双拼的情况), cosθ为10kV功率因素,取0.9。
    (2)扩展型K型站
    1)3进线4分段。该类型K型站接线方式如图7所示,在满足“N-1”原则下,每回进线的负荷率可达67%,可提升进线电缆的有效利用率。除此之外,与标准K型站相比,4分段K型站增加了出线仓位,可达14仓。该类K型站适用于负荷比较集中、可靠性要求较高的场合,但站本体占地面积也相应增大。其供电能力提高为14 MV·A。
    2)2常1备。对于负荷比较集中,并且用地比较紧张的供电区域,可考虑新建2常1备K型站,如图8所示。这种接线的K型站也有三路电源,但其中专门设置一回进线作备用电源;出线仓位为8~10回;在“N-1”原则下,两回工作进线负荷率可达100%。适用于负荷集中、可靠性要求高,但用地相当紧张的区域。该类K型站的供电能力为14 MV·A。
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    图7  3进线4分段K型站接线示意
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    图8  2常1备K型站接线示意
    设标准K型站规划比例为λ,则所需标准K型站数量为(参数意义同式1)
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    相应地,扩展型K型站规划数量为
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    式(2)、式(3)中,λ取值与所在区域负荷性质、用户类别和供电可靠性等有关。λ=0,表示该区域所有K型站均为扩展型K型站;λ=1,表示该区域所有K型站均为标准K型站。
    2. K型站与P型站的比例
    按K型站进线负荷率以满足“N-1”原则考虑,配电变压器负荷率以50%计,10kV的功率因数和同时率均以0.9计。
    设一个K型站供电区域中,K型站直供负荷为P<sub>Kd</sub>(包括配电变压器所供负荷),则P型站数量为
    式中,floor为向下取整函数;S<sub>K1</sub>及cosθ意义同式(1);β为供电能力系数(标准型K型站取1,扩展型取2);P<sub>P</sub>为单座P型站供电能力。
    设终端型P型站(PT2型)两台配电变压器容量各为1000kV·A,则
    P<sub>P</sub>=0.5×2×1000×0.9kW=0.9MW
    需要指出,式(4)适用于K型站接终端型P型站的情况,若接中间型P型站,需根据P型站实际所接负荷核算。
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    城镇典型区域供电方式推荐
    中压配电网接线方式直接决定了地区配电网的可靠性、经济性等多方面的性能。对具有典型意义的特定区域的配电网采用何种接线方式最为合适是工程上非常关心的问题,关于这一问题主要集中在以下几点:①当所考虑的侧重点不同时,如何选择合理的接线方式。②城镇发展各阶段中压配电网的过渡接线方式。③成熟区域中压配电网接线方式的合理化改造。
    表2按住宅区、商务区和公共事业区等对中压配电网的接线方式做推荐汇总。
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    表2  接线方式
    案例分析
    1.案例1
    图9为上海市闵行区莘庄镇中心城区部分地区配电网优化示意图,原由35kV淀莘站—莘环一号—莘环二号形成单环网供电,主要供镇内居民、商业及部分企事业单位用电。
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    图9  城镇中心区域配电网优化示意图
    2008年结合110kV闵富站投运,优化地区中压配电网网架结构,将闵富站南侧司其乐一号改造为P型中心站(原为P型终端站),由闵富站新放2回出线,并在莘环二号及司其乐一号间新增联络(图中粗虚线),形成双环网供电。优化后的配电网接线方式可满足“N-2”供电要求,保证了沿线用户的供电可靠性。
    在地区发展初期,由于电源点不足,一般先规划单环网接线,随着周边配套设施的完善及负荷的增长,并结合周边新增站点,逐步过渡为双环网接线方式。此类发展模式实际可操作性强,适合城镇中心配电网的优化及改造。
    2.案例2
    图10为上海市闵行区七莘路沿线区域供电方式示意图。七莘路为闵行区纵向主干道之一,沿线包括居民、商业、工业和行政办公等各类负荷,负荷相对分散且性质多样,本案例结合闵行区七莘路沿线架空线入地改造该区域电网。
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    图10  架空线入地工程中采用K-P型站供电方式示意图
    工程中,考虑采用K-P型站供电模式。根据沿线的负荷预测值,按式(1)、式(4)计算所需K、P型站数量(此处略)。图10中,K1、K2为新建10kV K型站(标准型), P1~P8为10kV P型站(环网柜), K1-P1-P3-P5-P7-K2及K1-P2-P4-P6-P8-K2分别为两组单环网。在P型站的具体位置选择中,考虑P1、P2, P3、P4, P5、P6, P7、P8相对靠近设置,以方便周边用户取得双电源。此外,主干道东西两侧局部次要路段考虑保留短段架空线,由K型站新放出线接短段架空线(见图4)。
    结束语
    本文给出了城镇典型区域中压配电网接线方式,并以实际案例分析了区域配电网优化改造的一般策略。由于城镇的发展程度各不相同,不均衡度较大,其相应中压配电网规划及优化改造应因地制宜,且须考虑近期及远期的接线方式,并根据地区负荷增长的情况,合理优化过渡方案,做到可靠、经济和合理。
    随着“优质服务”工程的深入开展,用户供电可靠性尤其是中小用户的供电可靠性越来越重要。中压配电网规划从本质上说属于大规模组合优化问题,其求解困难,是电力网络规划研究中的热点和难点。本文的分析仅限于中压配电网的宏观接线方式,对线路的路径、网损等最优化问题未涉及,下一步将结合上述优化目标,对城镇典型区域中压配电网的优化规划作进一步的研究。
    参考文献
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