李 昂，張國(guó)強(qiáng)，2

（1.陜西理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，陜西 漢中 723001；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 榆林供電公司，陜西 榆林 719000）

1 供電可靠性概述

供電可靠性是反映公司電網(wǎng)發(fā)展、運(yùn)營(yíng)管理、營(yíng)商環(huán)境以及服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，受到國(guó)家、社會(huì)、行業(yè)的高度關(guān)注。電力系統(tǒng)輸配電質(zhì)量與服務(wù)水平是在配電系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)上所實(shí)現(xiàn)的[1]。供電可靠性是指電力系統(tǒng)持續(xù)供電的能力，反映了電力工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)電能需求的滿(mǎn)足程度，對(duì)確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。對(duì)于配網(wǎng)的可靠運(yùn)行，最重要的是做好配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。根據(jù)各城市用電需求不斷增長(zhǎng)的形勢(shì)，圍繞建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，進(jìn)一步完善配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)方案，以?xún)?yōu)化城市網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高線(xiàn)路的有效聯(lián)絡(luò)率、配電網(wǎng)運(yùn)行水平、供電可靠性以及運(yùn)行效率[2]。

2 配電網(wǎng)接線(xiàn)形式

目前，大部分城市公用線(xiàn)路的主要接線(xiàn)形式為單輻射接線(xiàn)和單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，如圖1和圖2所示。

圖1 單輻射接線(xiàn)方式

圖2 單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式

單輻射線(xiàn)路只有一路從變電站接入的電源，即以一個(gè)變電站母線(xiàn)電源為中心，向周邊擴(kuò)散的供電接線(xiàn)方式。該方式的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路利用率高，可達(dá)到100%，缺點(diǎn)是不具備檢修或發(fā)生故障時(shí)線(xiàn)路負(fù)荷的轉(zhuǎn)供能力，且分段數(shù)偏少，供電靈活性差，部分線(xiàn)路供電半徑過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致用戶(hù)供電質(zhì)量差，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)停電影響范圍大。

單環(huán)網(wǎng)供電是指同一變電站不同的母線(xiàn)多回路饋線(xiàn)，通過(guò)相互之間的連接成為一個(gè)環(huán)路的供電方法[3]。這種接線(xiàn)模式主要通過(guò)環(huán)網(wǎng)柜或開(kāi)關(guān)站來(lái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。相對(duì)于單輻射線(xiàn)路，采用環(huán)網(wǎng)供電后，可以大大提高供電運(yùn)行可靠性，供電方式能夠更加合理地分配負(fù)荷功率，縮小供電半徑，有效提高用戶(hù)的電能質(zhì)量，并且當(dāng)供電線(xiàn)路的某一部位發(fā)生故障時(shí)可以快速隔離故障部位，及時(shí)恢復(fù)非故障部分的正常供電，避免發(fā)生大面積停電事故。但是這種接線(xiàn)方式的設(shè)備利用率較低，如果一回線(xiàn)路出現(xiàn)故障，所有負(fù)荷需調(diào)整至另一回線(xiàn)路，正常情況下每條線(xiàn)路負(fù)荷需控制到50%以下，這就導(dǎo)致設(shè)備利用率較低。

3 配電網(wǎng)運(yùn)行中的主要問(wèn)題

3.1 線(xiàn)路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理

目前，城市配網(wǎng)線(xiàn)路存在的主要問(wèn)題是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，未進(jìn)行超前規(guī)劃設(shè)計(jì)。在城市發(fā)展的初期，配網(wǎng)規(guī)劃的線(xiàn)路以單輻射方式為主，未在城區(qū)市中心規(guī)劃多回線(xiàn)路，且部分城市電源全部來(lái)自一個(gè)變電站，電源單一，供電可靠性較低。

隨著城市的快速發(fā)展，部分單輻射線(xiàn)路已不滿(mǎn)足互供電要求，通過(guò)臨時(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)，選擇就近將兩條線(xiàn)路聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式。但此時(shí)兩條單輻射線(xiàn)路負(fù)荷均已達(dá)到70%以上，雖然已實(shí)現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式，但無(wú)法滿(mǎn)足互供電要求，當(dāng)一條線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，另一條線(xiàn)路無(wú)法承擔(dān)全部負(fù)荷，且部分城市存在負(fù)荷密集區(qū)域，線(xiàn)路較少，導(dǎo)線(xiàn)截面偏小導(dǎo)致載流量小，線(xiàn)路易達(dá)到重過(guò)載，同時(shí)部分線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致末端易出現(xiàn)低電壓，轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足，無(wú)法滿(mǎn)足N-1，使得公用線(xiàn)路聯(lián)絡(luò)率和N-1通過(guò)率較低。

3.2 配電自動(dòng)化水平低

長(zhǎng)期以來(lái)，配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平普遍較低，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制和管理，使得運(yùn)行維護(hù)和管理人員難以及時(shí)掌握整個(gè)系統(tǒng)及系統(tǒng)中電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。城市戶(hù)外開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜以及分支箱所使用的配電設(shè)備開(kāi)關(guān)均為負(fù)荷開(kāi)關(guān)，當(dāng)支線(xiàn)和用戶(hù)側(cè)線(xiàn)路設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)無(wú)法切斷故障電流，易越級(jí)至變電站出線(xiàn)斷路器開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘，擴(kuò)大停電范圍，發(fā)生大面積停電。同時(shí)，運(yùn)維人員需排查的線(xiàn)路故障范圍廣，難度大，無(wú)法快速有效確定故障點(diǎn)，恢復(fù)供電[4]。即使已實(shí)現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)的線(xiàn)路，如未實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化功能，在未確認(rèn)故障前，無(wú)法通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路直接供電，同時(shí)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)無(wú)備自投功能，均需手動(dòng)操作，因此用戶(hù)側(cè)頻繁停電無(wú)法避免。

4 城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)思路

4.1 超前規(guī)劃配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)的接線(xiàn)方式應(yīng)滿(mǎn)足城市供配電的安全以及城市快速發(fā)展的需求，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃時(shí)應(yīng)首先考慮城市行政級(jí)別、經(jīng)濟(jì)地位以及負(fù)荷密度等條件。設(shè)計(jì)時(shí)以?xún)?yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、降低線(xiàn)路損耗、節(jié)約建設(shè)成本以及提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性為目標(biāo)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，經(jīng)綜合分析，整體最優(yōu)的城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其又分為單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)和雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)兩種形式。

單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)用兩回電纜線(xiàn)路構(gòu)成環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路，其接線(xiàn)方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活，供電質(zhì)量較高，滿(mǎn)足N-1安全準(zhǔn)則。通過(guò)投切分段開(kāi)關(guān)可以隔離故障段，恢復(fù)非故障段線(xiàn)路供電，以確保線(xiàn)路安全可靠的運(yùn)行。但是這種接線(xiàn)方式的設(shè)備利用率較低，如果一回線(xiàn)路出現(xiàn)故障，負(fù)荷全部依靠另一回線(xiàn)路提供電源，增加了另一回線(xiàn)路的負(fù)荷，正常情況下，每條線(xiàn)路電力負(fù)荷保留50%的容量，這就導(dǎo)致設(shè)備利用率無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)額運(yùn)行[5]。

為提高設(shè)備利用率，滿(mǎn)足N-1用電安全準(zhǔn)則要求，可以采用三回饋線(xiàn)構(gòu)成單環(huán)網(wǎng)的接線(xiàn)方式，形成“3-1”單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式。正常運(yùn)行情況下，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)其中一回線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)只需合上另外兩條線(xiàn)路的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，由另外兩回線(xiàn)路承擔(dān)全部電力負(fù)荷，因而提高了電力設(shè)備的利用率，使得每條線(xiàn)路利用率可以達(dá)到67%。這種接線(xiàn)方式比較適合對(duì)供電可靠性要求比較高或用電增長(zhǎng)較快的城市配電網(wǎng)。對(duì)于三四線(xiàn)城市電纜配電線(xiàn)路網(wǎng)架接線(xiàn)，可采用“3-1”或“2-1”的單環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式。

將單環(huán)網(wǎng)組合可以得到雙環(huán)網(wǎng)式接線(xiàn)，這種供電方式更靈活可靠，可以最大限度滿(mǎn)足用戶(hù)連續(xù)供電要求[5]。這種供電方式更適合用于一二線(xiàn)城市的重要電力客戶(hù)以及城市中心區(qū)。

4.2 提高配電網(wǎng)自動(dòng)化水平

當(dāng)城市配電系統(tǒng)建成投運(yùn)后，其自動(dòng)化水平尤為關(guān)鍵。配電網(wǎng)自動(dòng)化的首要作用就是對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并切除故障，降低設(shè)備的故障發(fā)生率，提高供電質(zhì)量及供電可靠性。當(dāng)一條線(xiàn)路全線(xiàn)所有開(kāi)關(guān)均實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化功能后，在線(xiàn)路上發(fā)生故障時(shí)，智能開(kāi)關(guān)能夠迅速準(zhǔn)確完成故障定位、隔離及非故障區(qū)域恢復(fù)供電，可以顯著減小故障影響范圍[6]。配網(wǎng)線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后可實(shí)時(shí)監(jiān)控線(xiàn)路的負(fù)載率，當(dāng)出現(xiàn)重過(guò)載時(shí)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式并對(duì)負(fù)荷進(jìn)行重新分配，可以在不同變電站和饋線(xiàn)之間及時(shí)轉(zhuǎn)供負(fù)荷，提高配電網(wǎng)設(shè)備容量利用率。配電線(xiàn)路全面自動(dòng)化運(yùn)行可以遠(yuǎn)程對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行控制和管理，饋線(xiàn)自動(dòng)化功能可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路瞬時(shí)故障，開(kāi)關(guān)自動(dòng)分合閘，極大縮短故障停電時(shí)間，備用電源可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能，確保重要用戶(hù)的可靠供電。

5 結(jié) 論

本文主要以摸清現(xiàn)存問(wèn)題、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提升自動(dòng)化水平以及提高供電可靠性這一根本原則，通過(guò)分析當(dāng)前城市配電網(wǎng)存在的主要問(wèn)題，在把握配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀、滿(mǎn)足電力需求增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，緊緊圍繞建設(shè)“供電容量充裕、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)清晰以及可靠的配電網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，提出了城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)思路。在建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)一次電網(wǎng)的基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)網(wǎng)架，通過(guò)構(gòu)建合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提高配網(wǎng)自動(dòng)化水平的措施改造和完善城市配電網(wǎng)，增強(qiáng)電網(wǎng)的供電能力，提高供電可靠性和用電服務(wù)質(zhì)量。