李 麗

（北京京電電力工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 豐臺(tái) 100070）

我國(guó)與全球其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比而言，城市配電網(wǎng)發(fā)展起步相對(duì)偏晚，整體的運(yùn)行檢修水平、管理經(jīng)驗(yàn)和國(guó)際領(lǐng)先水準(zhǔn)尚且存在一定的差距。相比于國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)狀，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家其城市配電網(wǎng)均十分重視接線形式，對(duì)于不同的接線均擬定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。數(shù)十年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，憑借合理有效地接線方式，國(guó)外配電網(wǎng)相比于國(guó)內(nèi)具有更高的可靠性，合理有效地接線方式對(duì)提高配電網(wǎng)可靠性大有裨益。

配電網(wǎng)接線方式指的配網(wǎng)饋線之間的聯(lián)絡(luò)方式，對(duì)于配電網(wǎng)而言，一方面配電室變電站是將電能經(jīng)濟(jì)可靠分配給用戶的樞紐，變電站的安全運(yùn)行通常受變電站中不同主接線形式可靠性的作用，從而影響配網(wǎng)的可靠性[6]；另一方面以北京上海為代表超大超一線城市，由于土地建設(shè)成本過(guò)高、可靠性以及城市美觀性等因素，城市配電網(wǎng)絕大多數(shù)架空線路都用電纜替代，部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了電纜全覆蓋，因此，電纜網(wǎng)的接線形式也在很大程度上影響著配網(wǎng)可靠性。所以，對(duì)變電站電氣主接線與電纜網(wǎng)接線方式進(jìn)行系統(tǒng)全面地探究分析，歸納各類接線方式的特點(diǎn)，從而為配電網(wǎng)的高可靠性提供相應(yīng)的技術(shù)支撐與科學(xué)的規(guī)劃選擇方案顯得至關(guān)重要。

1 變電站電氣主接線方式對(duì)比

配電室設(shè)計(jì)中的電氣主接線圖是配電室設(shè)計(jì)圖中的最為核心重要的圖紙，它是決定電能運(yùn)輸以及分配功能的關(guān)鍵所在，不同的接線方式不僅決定著供給用戶的負(fù)荷等級(jí)，也決定著二次保護(hù)的接線方案，其首要目標(biāo)就是經(jīng)濟(jì)高效且可靠地將電能分配給各級(jí)負(fù)荷。變電所電氣主接線是配電室設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學(xué)合理的主接線配置對(duì)確保用戶供電的可靠性、維持電網(wǎng)整體的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著尤為重要的作用。組成配電室電氣主接線的主要元件有母線、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、輸電線、變壓器。

目前，我國(guó)配電網(wǎng)變壓器主要有以下4 種常見(jiàn)的典型電氣主接線[33]，其可靠性因接線方式的不同而存在差異。

1.1 第Ⅰ種接線方式

高壓側(cè)采用隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器的變電一次系統(tǒng)圖，如圖1所示。

圖1 隔離開(kāi)關(guān)+熔斷器一次圖

此種接線方式，進(jìn)線端配備隔離開(kāi)關(guān)與熔斷器。因?yàn)楦綦x開(kāi)關(guān)與熔斷器都沒(méi)有配置滅弧裝置，不能切斷大電流，從而這種方式適用于變壓器容量為500 kVA 及以下的變電站。低壓側(cè)經(jīng)由低壓斷路器將電能傳輸?shù)侥妇€上，然后分配至各支路。這種接線方式優(yōu)點(diǎn)是主電路簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好，但缺點(diǎn)是供電可靠性較低。

1.2 第Ⅱ種接線方式

高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器的變電一次系統(tǒng)圖，如圖2所示。

圖2 負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器一次圖

此種接線方式，進(jìn)線端配備負(fù)荷開(kāi)關(guān)與熔斷器?？紤]到負(fù)荷開(kāi)關(guān)能夠在一定程度上發(fā)揮滅弧的作用與效果，可以切斷正常負(fù)荷電流，因此停送電比第I中方式更為方便，也不存在帶負(fù)荷合閘的危險(xiǎn)。但在熔斷器熔斷之后，由于更換熔件須要一定時(shí)間，也會(huì)延誤恢復(fù)時(shí)間，供電可靠性不高。

1.3 第Ⅲ種接線方式

雙路供電高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器的分段母線接線形式，其一次接線圖如圖3所示。

圖3 分段母線+負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器一次圖

雙路供電比單母線可靠性更大，其能夠在計(jì)劃與故障檢修階段繼續(xù)完成對(duì)負(fù)荷電能的正常供應(yīng)，兩條母線在故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)相互轉(zhuǎn)供，在高壓母線上接入一條聯(lián)絡(luò)線，可提高該變電所的供電可靠性。但是雙路供電模式相比于單母線而言，對(duì)于倒閘轉(zhuǎn)供的操作要求較高，容易發(fā)生誤操作。

1.4 第Ⅳ種接線方式

雙路供電高壓側(cè)均采用斷路器和分段母線的接線形式，如圖4所示。

圖4 分段母線+斷路器一次圖

第Ⅳ種接線方式與前3 種方式相比，一方面通過(guò)雙母線供電模式，提高改善了系統(tǒng)的供電性能，另一方面斷路器相比于負(fù)荷開(kāi)關(guān)與熔斷器而言，其在切除故障與故障恢復(fù)過(guò)程中，操作更為簡(jiǎn)便快捷，故障恢復(fù)轉(zhuǎn)供階段更為迅速，對(duì)系統(tǒng)造成的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較小。

典型電氣主接線對(duì)比分析表，如表1所示。

表1 典型電氣主接線對(duì)比分析表

2 北京地區(qū)實(shí)例應(yīng)用分析

依據(jù)北京電力公司的有關(guān)準(zhǔn)則，一組雙環(huán)接線最多只能夠接入20 MW容量的負(fù)荷，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶的用電需求逐年增大，20 MW的限制已不能再滿足某些用戶的用電需求，在遇到此類用戶時(shí)，配網(wǎng)規(guī)劃人員能否將系統(tǒng)用電需求分入不同的環(huán)網(wǎng)中，通過(guò)運(yùn)行維護(hù)上的配合，既滿足了用戶需求又實(shí)現(xiàn)了可靠性供電已經(jīng)成為亟待探討解決的問(wèn)題。下面通過(guò)對(duì)北京地區(qū)實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行分析，來(lái)驗(yàn)證雙環(huán)網(wǎng)電纜網(wǎng)接線形式在可靠性與供電能力方面的優(yōu)勢(shì)。

2.1 實(shí)例介紹

北京某央企軍工用戶，其工廠基地廠房建設(shè)，須有功負(fù)荷約25340 kW，該系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)電纜接線模式，根據(jù)北京電力公司的規(guī)定，其所承擔(dān)的負(fù)荷已經(jīng)超過(guò)上限20 MW?，F(xiàn)為該用戶設(shè)計(jì)3 座分界室及3座高基總配電室以滿足其用電需求。3座總配電室所帶負(fù)荷分別為10608 kW、5628 kW、9104 kW。該用戶雙路進(jìn)線電纜均采用3×300 mm2的銅芯電纜，3 座分界室均設(shè)計(jì)為二進(jìn)六出結(jié)構(gòu)。根據(jù)參考文獻(xiàn)[17]并結(jié)合算例分析，可知總配電室變電站電氣主接線選用第Ⅳ種分段母線+斷路器接線模式，整體效果最佳。其中分段母線帶聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，且非調(diào)度戶只允許手動(dòng)操作模式進(jìn)行倒閘操作，不得具有自投功能。具體接線圖如圖5所示。

圖5 實(shí)例一雙環(huán)接線示意圖

由圖5 可以知道，在一般情形下，甲變電站Ⅰ、Ⅱ段出線電纜獨(dú)立單獨(dú)承擔(dān)本項(xiàng)目5304 kW 有功負(fù)荷，乙變電站Ⅰ、Ⅱ段出線電纜獨(dú)立單獨(dú)承擔(dān)本項(xiàng)目7366 kW 有功負(fù)荷。這樣的接線方式雖然不滿足北京地區(qū)常規(guī)雙環(huán)網(wǎng)的接入容量要求，但卻是可以滿足線路N-1供電安全準(zhǔn)則的。

2.2 實(shí)例應(yīng)用分析

對(duì)于甲變電站出線發(fā)生故障的情況，整體可以分為兩種不同的處理措施，具體如圖6與圖7所示。

圖6 甲變電站出線故障處理方案（一）

圖7 甲變電站出線故障處理方案（二）

甲變電站故障處理方案一：根據(jù)圖6可以看到，對(duì)于甲變電站出線發(fā)生故障的情況，調(diào)節(jié)A2-1、A2-2、1#總配Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)、1#總配聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)后，甲變電站Ⅰ段出線電纜單獨(dú)承載本項(xiàng)目10608 kW有功負(fù)荷，乙變電站Ⅰ、Ⅱ段出線電纜單獨(dú)承載本項(xiàng)目7366 kW有功負(fù)荷。對(duì)于甲變電站Ⅰ段出線電纜而言，若計(jì)及1#總配兩段母線運(yùn)行同時(shí)率不大于0.94的狀態(tài)，可以認(rèn)為電纜只滿載不過(guò)載。

甲變電站故障處理方案二：根據(jù)圖7可以看到，對(duì)于甲變電站出線發(fā)生故障的情況，A2-1、A2-4、B2-2、B2-4、2#總配Ⅱ段進(jìn)線以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)后，乙變電站Ⅱ段出線電纜單獨(dú)承載本項(xiàng)目共計(jì)9856 kW有功負(fù)荷，乙變電站Ⅰ段出線電纜單獨(dú)承載本項(xiàng)目共計(jì)10180 kW 有功負(fù)荷，甲變電站Ⅰ段出線電纜單獨(dú)承載了本項(xiàng)目共計(jì)5304 kW有功負(fù)荷。對(duì)于乙變電站Ⅰ段出線電纜而言，若計(jì)及2#總配兩段母線及3#總配Ⅰ段母線運(yùn)行同時(shí)率不大于0.98 的狀態(tài)，可以認(rèn)為電纜僅滿載無(wú)過(guò)載。

由此可見(jiàn)，從工程實(shí)踐的角度來(lái)看，以上兩種處理措施都有效，具有實(shí)際的可操作性，能夠規(guī)避過(guò)載現(xiàn)象的發(fā)生。然而鑒于開(kāi)關(guān)等元件狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)間成本直接影響到可靠性，因此在權(quán)衡之下采取故障處理方案一更合適。北京地區(qū)雙環(huán)接線的相關(guān)規(guī)定實(shí)際上僅將環(huán)網(wǎng)單元作為可操作元件，理想接線模式較方案一整體上開(kāi)關(guān)動(dòng)作的次數(shù)要少，似乎時(shí)間成本上更具優(yōu)勢(shì)、更勝一籌。但是若認(rèn)為現(xiàn)階段針對(duì)環(huán)網(wǎng)單元負(fù)荷開(kāi)關(guān)還沒(méi)配置“遙控”功能，方案一地理位置使故障處理的操作比較便利，不一定會(huì)犧牲供電可靠性指標(biāo)。

當(dāng)環(huán)網(wǎng)彼此之間的饋線發(fā)生故障，處理措施整體簡(jiǎn)便，本項(xiàng)目?jī)H操作環(huán)網(wǎng)就能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，和供電部門(mén)日常處理措施一樣。

對(duì)于乙變電站出線發(fā)生故障的情況，整體可以分為兩種不同的處理措施，具體如圖8 與圖9所示。

圖8 乙變電站出線故障處理方案（一）

圖9 乙變電站出線故障處理方案（二）

乙變電站故障處理方案一：通過(guò)圖8 可以看出，當(dāng)乙變電站出線發(fā)生故障的時(shí)候，C2-1、C2-2、B2-1、C2-4、C1-2、B1-1、B1-2、A1-4、B2-2、A2-4、3#總配Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)、3#總配聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)后，甲變電站Ⅰ、Ⅱ段出線電纜單獨(dú)獨(dú)立承載本項(xiàng)目共計(jì)8118 kW 負(fù)荷，乙變電站Ⅰ段出線電纜單獨(dú)獨(dú)立承載了本項(xiàng)目共計(jì)9104 kW 負(fù)荷，因此可以認(rèn)為上述情形中正常運(yùn)行的電纜都不發(fā)生超載現(xiàn)象。

乙變電站故障處理方案二：由圖9 可知，乙變電站出線故障，C2-1、B2-4、B2-2、A2-4、2#總配Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)、2#總配聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)后，甲變電站Ⅱ段出線電纜單獨(dú)獨(dú)立承載本項(xiàng)目共計(jì)9856 kW負(fù)荷，乙變電站Ⅰ段出線電纜單獨(dú)獨(dú)立承載本。項(xiàng)目共計(jì)10180 kW負(fù)荷，甲變電站Ⅰ段出線電纜供給本項(xiàng)目5304 kW有功負(fù)荷不變。對(duì)于乙變電站Ⅰ段出線電纜而言，如若認(rèn)為2#總配雙段母線及3#總配Ⅰ段母線運(yùn)行同時(shí)率不大于0.98的情況，可以認(rèn)為電纜僅滿載無(wú)過(guò)載。通過(guò)以上分析，從實(shí)踐應(yīng)用的角度出發(fā)，以上兩種處理措施都可以具備一定的功能，然而如若考慮開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)間成本勢(shì)必將直接對(duì)可靠性指標(biāo)優(yōu)劣有所影響，因此從整體考慮采用故障處理方案二更加合適、更為合理。北京地區(qū)雙環(huán)接線的相關(guān)規(guī)定將環(huán)網(wǎng)作為可以人為操作的一個(gè)整體，理想接線模式較方案二累計(jì)少了3 個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的供電保障。不過(guò)，由于供電部門(mén)通常要求環(huán)網(wǎng)單元不設(shè)聯(lián)絡(luò)，目前開(kāi)關(guān)元件的操作都依靠運(yùn)行人員手動(dòng)投切，因此，只要針對(duì)用戶實(shí)際情況“量身定制”各種故障情況下的最優(yōu)故障處理方案，并且合理制定運(yùn)行組織措施，圖9 所示的處理方案二也是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶的供電保障。

3 結(jié)束語(yǔ)

北京地區(qū)供電企業(yè)通常認(rèn)為由主干截面為300 mm2銅芯電纜構(gòu)成的雙環(huán)網(wǎng)，最大允許接入負(fù)荷能力不宜超過(guò)20 MW。對(duì)于總配電室分段母線帶聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)而言，鑒于所有變電站高壓那一側(cè)全都安裝了母線短路線（不能夠自動(dòng)投切使用），實(shí)質(zhì)上是在雙環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上一級(jí)一級(jí)的接入負(fù)荷。在上述的實(shí)例應(yīng)用中規(guī)劃設(shè)計(jì)雙環(huán)網(wǎng)接入能力為25.34 MW，超過(guò)了20 MW，且能滿足安全運(yùn)行的要求。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明通過(guò)采取適當(dāng)措施電纜雙環(huán)網(wǎng)接線方式在保障高供電可靠性的同時(shí)，也能夠有效地提高系統(tǒng)整體的供電能力。除此之外，通過(guò)實(shí)例分析可看出，在雙環(huán)網(wǎng)接線模式中，開(kāi)環(huán)點(diǎn)所設(shè)定的具體位置如若有所區(qū)別，那么倒閘操作的順序與次數(shù)就不同，恢復(fù)供電的時(shí)間就有差別，所以除理論計(jì)算外，與運(yùn)行部門(mén)形成有效地溝通配合，也是改善保障供電能力的重要環(huán)節(jié)。只有在規(guī)劃階段充分論證，并在運(yùn)行階段有針對(duì)性地制定應(yīng)急預(yù)案，才可能打造安全的保證供電質(zhì)量的可靠配網(wǎng)。

目前，雙環(huán)網(wǎng)接線方式的應(yīng)用雖然得到了大力推廣，但其相關(guān)課題，如運(yùn)行方式、供電可靠率等問(wèn)題，還有待深入研究。運(yùn)用雙環(huán)網(wǎng)提高配電網(wǎng)供電能力，須要實(shí)踐運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析、開(kāi)環(huán)點(diǎn)設(shè)置位置與倒閘操作順序三者之間的協(xié)調(diào)配合，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中大規(guī)模應(yīng)用還有待進(jìn)一步深入研究。本文對(duì)城市配電網(wǎng)接線形式的相關(guān)研究將理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)于現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。