一轴多线式坚强智能配电网结构研究

苗培青

（山东电力研究院，山东 济南 250002）

1 问题的提出

配电网直接面向用户，其可靠性、经济性和传输电能质量非常重要。而受投资和重视程度影响，配电线路多由用户发展顺序搭接而成，是自然的而非规划指导下形成，由于建设主体不同且所连接用户容量不同造成线路线径不同、资源利用不充分，因建设时间不同和投资效益影响难免造成线路迂回，主、支线不分，线损高，因线路资产单位不同给运行维护与管理带来困难，因缺少分段与拉手造成停电面扩大、可靠性降低。两网改造虽进行了资产类整合与线路拉直与扩径增供式改造，也引进和试点了配电自动化，但因缺乏统一、规范的配网结构规划，问题未能得到根本解决。随着经济发展，用户及负荷的增加，使固有问题再度发生。同时现代工业与社会对供电可靠性和电能质量要求的提高，催生了坚强智能配电网建设。

2 配电网结构设计

2.1 配电网结构范围

网络问题是一个系统工程，解决10 kV配网问题不仅要考虑10 kV，还要对上一级电网的配置与接线和下一级电网的供给方式做综合考量。因此10 kV配网研究的范围应包括110（35）kV线路接线、110（35）kV变电站布点、10 kV配网组网结构、400 V用户接入方式等内容。

2.2 110（35）kV线路接线形式

随着输电网的坚强，打开了110 kV电网的电磁环网结构，形成了较多使用的“三线两站为主、两线两站为辅”的网络结构形式，此方式可较好地解决220 kV和110 kV电网的保护配合问题，特别是10 kV配网有源状态时的保护配合。

2.3 110（35）kV变电站布点原则

变电站布点间距应综合考虑变电站供电范围内的负荷密度、电压质量、变电站配出线路数量及变电容量、供电区域特点等因素，实用中一般按《城市中低压配电网改造技术导则》规定，城区不超过2 km、农村不超过5 km的单位圆布点，以满足10 kV供电半径不超标。

2.4 10 kV配网结构

结构原则。公用线路供电范围明确、线间无交叉、线路无大分支线、线径与供电区域饱和负荷密度相适应；公用线路布置与城市建设相协调、便于运行维护和事故处理；线路便于用户业扩发展和新布点变电站的配出改造分割。

配电线路接线设计。线路分公用线与专线，专线直供点负荷，公用线路布置形式兼顾城市大多以方格形道路为主的实际，采取“一轴多线”的接线方式，即：在布点变电站单位园内取一顺道路方便出线的径向为轴，沿此轴向安负荷矩及城市建设分区规划情况分N-1份，在各分点垂直轴向配（射）出N条支线，变电站沿此轴向配出N条线路接入双向配出的支线，使用户就近接入。2 km单位圆供电的1轴多线的各线路的供电半径分别长2 km、2+4/（N-1）km、2+2×4/（N-1）km、……，最长支线4 km。此布置形式是唯一无交叉、迂回的方式。一轴九线结构见图1。

图1 “一轴九线”配网结构设计方案

公用线路分段数设计。以有利于提高供电可靠性和方便配网经济运行、降低线损为主，一般采取双向三分段三开关方式，分段点根据线上用户数和用户分布情况设计。

10 kV配电线间连线构网设计。线间联络考虑配网本体可靠性大都在99%以上，需联网转移负荷次数不多，而常规转移负荷时间不超过4 h，本接线方式转移负荷量为本线负荷量的1/2～1/4，当线路按经济电流密度选型时不超过长期允许负荷，且接线复杂易造成施工困难、提升造价，反而使正常操作和事故恢复处理慢，鉴此以双向双联络单开关（两两拉手）为宜，不考虑多线联络；轴间联络是在新站初期负荷小、单变压器时和负荷饱和期或变电站设备寿命后期，为保重要负荷可由轴向与相邻站配电线路的轴向线进行联络，形成轴向双向双联络单开关（也是两两拉手），此时最多可设计4个联络开关接带站母线的专线用户供电。“一轴九线”标准网架分段联络开关配置方案见图2。

图2 “一轴九线”配网分段与联络开关配置方案

2.5 10 kV/400 V配变接入方式

采用所有配电负荷就近接入“一轴多线”主线的方式，实现无分支线的接线，引下线最长2/（N-1）+到T接点距离，即无转接配变的分支线、只有自主线的10 kV下户线。

2.6 配电网改造与发展预留

配电网虽电压低但变化频繁，用户业扩接入、经济发展致使变电站过负荷而增加布点、城市建设要求线路迁移等等都会对配网造成频繁改造，建设的配网必须适应这种变化，本接线对业扩发展采用直接接入方式，对新布点站配出预设计采用轴向区域切入或线向分段切入方式可满足要求，受篇幅限制不作详述。

3 配网网架供电能力及负荷转移能力分析

3.1 供电能力评价

1）配电线路负载率

式中：K线路为某条线路的负载率；I实际为该条线路的运行实际电流；I额定为该条线路的额定电流。

2）配电线路与配变传输容量比

式中：∑SN该为线路配变容量之和；Ie为该线路额定电流；Kx-p为用户配变容量与线路传载能力比。

Kx-p过大表示线路有可能过载，Kx-p过小表示线路冗余大，一般为2～3。

3）变电站容载比

式中：K变电为容载比；S最大为该变电站的最大负荷；Se∑为该变电站的主变容量。

容载比是反映城网供电能力的重要技术经济指标之一。容载比过大，电网建设早期投资增大；容载比过小，电网适应性差，影响供电。按《城市电力网规划设计导则》，35～110 kV电网容载比一般为1.8～2.1，如所有变电站均为两台主变时，容载比可按K=2.45～2.76取值。

4）变配电容量传输比

式中：SNP为该站所有配电容量之和；SZb为该站主变容量之和。 K变-配为变配电容量传输比，K变-配过小表示新站投运初期变电容量冗余大，K变-配过大表示变压器过载。

3.2 转移负荷能力校验分析

1）配电线路负荷转移能力

式中：I额定为线路导线额定电流；I允许为线路导线最大允许电流；K线路为线路转移负荷系数，K线路＞1表示线路负荷转移受限。

2）配电线路线段负荷转移能力

式中：I额定为线路导线额定电流；I允许为线路导线最大允许电流；K线段为线段转移负荷系数，K线段＞1表示线路线段负荷转移受限。

3）变电站单台变失电校验

变电站单变失电一般在设计变电容量时考虑，仅当另一台变压器能力受限时才校验，而如果（4）满足要求则不需校验。

4）变电站失电校验

主要目的考察下一级网络转供能力，即当整座变电站失电时，通过下一级网能转带的负荷的多少。此时相邻线路按导线长期允许过流取代额定电流，轴向联络供母线转供变电站点负荷，线向联络供公用线进行具体校验。

4 结论

本文分析了传统配电网形成的机理与弊病，提出了适应智能配网建设要求的一轴多线配网典型接线方式，该方式既满足配电线路供电范围清晰、线间不交叉、路经最优化，又规范了接线方式、分段和联络开关的设置，还方便与城市建设匹配、便于实施操作，是一个较优化、规范、统一、经济、可靠、易施行的配网结构，对智能配网自识别、自组织功能有很好的基础，同时此典型结构模式对侧重配网发展也将起到积极的促进作用。