基于变电站容量与间隔资源的配电网协调规划

蔡 菲，欧阳武

0 引言

近年来南昌经济快速发展，新报装用户接入需求越来越多，用户专线或楼盘线路占用变电站间隔比例越来越高，而部分楼盘线路或专用线路负载率却较低，造成变电站线路容量资源与间隔资源使用情况不匹配、公用网间隔资源紧张等问题，给南昌配电网的运行发展带来了不利影响。因此，协调规划变电站容量与间隔资源、公用网与专用用户资源对于南昌配电网的经济高效发展具有重要意义。

目前已有论文进行公用配网与专用配网协调性规划研究[1，2]，以及中压设备利用率及相关评价体系[3，4]的研究。这些研究侧重于变电站专用线路的优化整合以及提高线路等设备利用率等方面，目前还没有没有从变电站容量以及间隔资源两方面综合协调规划方面的研究。本文针对南昌电网变电站容量与间隔资源不匹配的矛盾情况，提出一种整体协调规划方法，通过整合变电站间隔资源同时提高变电站容量利用率，提升变电站的运行效益。

1 南昌配电网变电站间隔资源现状

1.1 匹配系数定义

从变电站运行安全性（N-1）及经济性来看，变电站负载率一般在60%～70%范围较合适，该负载情况下变电站10 kV间隔使用率接近100%，此时变电站容量及间隔资源利用效益最大。因此在不考虑负荷快速发展初期的特殊情况下，变电站的10 kV间隔使用率与变电站负载率的比值在1.4～1.7区间较为合理，说明变电站容量与间隔的使用相匹配。本文中定义匹配系数如式（1）：

分析匹配情况不合理的2种情况如下：

1）匹配系数大于1.7时，变电站10 kV侧负荷较小，变电站10 kV线路负载率较低而10 kV间隔的使用率过高，间隔利用效率偏低；

2）匹配系数小于1.4时，变电站10 kV负荷与10 kV间隔的使用率较不协调，10kV负荷较大而10kV间隔的使用率较小，主变利用效率偏低。

1.2 南昌地区变电站匹配系数统计

统计分析南昌地区2016年度公用变电站容量与间隔资源使用的匹配系数如图1所示。

图1 变电站间隔使用率与负载率的匹配系数分布

以上统计分析可知，2016年南昌地区变电站容量与间隔资源利用情况最合理的变电站仅有12座。对于其余不合理的变电站情况分析如下：

1）匹配系数＞1.7的变电站数量超过变电站总数的60%，说明南昌地区重点需要整合变电站10 kV出线间隔，提升变电站间隔利用效率。

2）匹配系数＜1.4的变电站比例接近20%，这类主变容量利用效率偏低。对于重载的变电站，通过增加主变容量或者通过联络变电站转移重载线路负荷。对于负荷不重的变电站，根据新增负荷需求合理新出10 kV线路来均衡负荷和间隔使用率。

2 南昌广阳片区优化方案实例

2.1 广阳片区现状分析

广阳片区西至昌东大道、东至创新二路、北至艾溪湖北路、南至广阳路，区域面积为5.8平方公里，区域用户以居住、商业为主，以行政办公、教育科研等为辅。2016年区域最大负荷约为48 MW，区域内有一座110 kV广阳变作为主供电源，负载率为36%，出线间隔利用率达100%，匹配系数为2.8，广阳变间隔资源紧缺且使用率较低。

广阳片区内共有28回10 kV线路供电，其中广阳变出线24回，瑶湖变出线3回，京东变出线1回。经统计，区域内13回楼盘线路与6回专用线路负载率均小于30%，19回线路处于轻载状态，线路容量利用率较低，广阳变容量利用效率偏低。

2.2 示范区负荷预测

2.2.1 用户报装情况

目前广阳片区已投运用户有保利香槟、绿地新都会、方大上上城等大型楼盘、紫峰大厦以及高新公安分局、高新法院、高新公安分局、省气象局等行政单位入驻。表1给出了广阳片区用户户数及报装情况，目前广阳片区仍有10家新用户待接入系统供电，但是区域内主供电源广阳变已无间隔资源，用户接入面临困难。

表1 广阳片区用户报装情况

2.2.2 负荷预测结果

预测方法：结合用户报装容量及楼盘户数等数据信息以及规划局提供的广阳片区土地利用性质图，采用空间负荷密度法对广阳片区进行负荷预测。依据负荷预测结果及开闭所接带负荷能力，将广阳片区划分为8个地块，分别为A#-H#地块，预测结果如表2与图2所示。

表2 广阳片区各地块远期负荷预测结果

图2 广阳片区负荷地块划分

2.3 广阳片区规划思路

坚持供用电一体化规划，统筹使用用户设备资源，由上及下，由远及近，协调发展，打造城市新型区域可靠性配电网。

2.3.1 由上至下，协调发展

1）变电站供区：针对现状变电站供区不明确问题，结合新建变电站的投运，划分各变电站供区，明晰变电站供电范围；

2）供电模式：针对变电站间隔紧张问题及负荷分布集中特点，提出“变电站-》开闭所（环网柜）-》配电间”三级供电模式，以提高变电站间隔利用率及供电可靠性。

3）开闭所供区：打破现状楼盘专用线路供电模式，提出以开闭所供电为主的供电模式，按照单个开闭所7～8 MW（考虑N-1）的负荷接带能力划分开闭所供区，实行分区供电。

2.3.2 由远及近，合理过渡

1）目标网架：结合区域发展特点，按照各类供电区域的相应标准，确定区域远期目标网架。

2）近期改造方案：为节约投资，充分利用用户及电网现有设备，以满足用户接入需求为目标，制定近期改造方案。

3）过渡方案：随着负荷增长及供电可靠性要求提高，合理过渡至开闭所双环网接线模式的高可靠性目标网架。

2.4 示范区规划方案

2.4.1 远期目标网架及管廊规划

根据《南昌城区“十三五”配电网规划》，广阳片区内及区域附近至远期规划两座110 kV变电站，分别为110 kV南塘湖变电站和紫阳变电站。

远期广阳片区主要由广阳变、南塘湖及紫阳变三座变电站供电。共形成4组双环网接线和5组单环网接线。广阳片区远期目标网架如图3所示。

图3 广阳片区远期目标网架

远期广阳片区管线规划道路七条，分别为艾溪湖北路、昌东大道、创新二路、艾溪湖一路～艾溪湖四路，管线亘长为12.3 km，如图4所示。

图4 广阳片区远期管廊规划

2.4.2 近期改造方案

针对日益稀缺的配电网间隔资源，应加强对间隔资源使用的管理力度。而如何利用有限的间隔资源来满足日益增长的用电接入需求，则需有效的间隔资源整合优化方案，形成城市中心配电网间隔资源管理办法，以实现对间隔资源使用的统筹规划和科学决策。随着城市电缆化的实施，电缆环网供电模式的发展，逐步将现有专线用户公网化，将部分轻载专线合并以节约间隔资源，乃大势所趋。

1）现有间隔资源优化整合。对实际使用容量不到导线最大输送容量30%的现有楼盘公用线路或专线，通过建设开闭所或并柜的方式，推进对现有10 kV间隔资源的优化整合利用。

图5 A号地块近期改造方案对比图

2）负荷密集区域，采用开闭所供电为主的供电模式集中供电。在大型楼盘或商业地带等负荷密集区，新用户采用开闭所供电模式，根据饱和负荷预测结果，按照单个开闭所7～8 MW的负荷能力接带开闭所周边用户，实行分区供电。

图6 B号地块近期改造方案对比

3）从现状“单间隔、单电源”的专线用户中，选择负荷较轻的用户专线进行试点改造，形成环网供电模式。

图7 E号地块近期改造方案对比

4）10 kV间隔资源作为配电网的公共资源，优先用于公用网架的建设。

对配电网建设与改造接入系统方案，必须符合规划。原则上，同一路径方向存在轻载线路，不再考虑新出其它10 kV线路。

5）对申请变电站专线的用户，先根据用户用电设备容量、需用系数、饱和负荷校核报装容量，控制接入变电站的用户专线数量。

2.5 规划成效分析

本文探索适合南昌地区的变电站间隔资源整合优化方案，以广阳片区为案例，给出了示范区近期改造方案及远期目标网架，规划成效包括以下几个方面：

1）节省配网投资。广阳片区内变电站间隔已用尽，现有12家新报装大用户面临难以接入系统的困难，若不进行间隔资源优化，则需要新建一座110 kV变电站为近期新报装用户提供间隔资源，通过本文中近期间隔资源优化整合方案，共释放10回间隔，节约一座110 kV变电站的建设投资。

2）改善电网结构，提高供电可靠性。广阳片区内28回10 kV线路中，9回公用线路中有3回为单辐射接线，13回楼盘公用线路中有7回为单辐射接线，6回专用线路中有5回为单辐射接线，总共15回单辐射接线，经近期改造后，除了4回专线外，其余单辐射线路均与其他线路形成联络接线，大大提高了楼盘、商业等用户的供电可靠性。

3）提出了间隔资源使用指导原则。对实际使用容量不到导线最大输送容量30%的现有楼盘公用线路或专线进行改造，通过建设开闭所或并柜的方式，推进对现有10 kV间隔资源的优化整合利用。在大型楼盘或商业地带等负荷密集区，新用户采用开闭所供电模式，根据饱和负荷预测结果，按照单个开闭所7～8 MW的负荷能力接带开闭所周边用户，实行分区供电。从现状“单间隔、单电源”的专线用户中，选择负荷较轻的用户专线进行试点改造。对申请变电站专线的用户，先根据用户用电设备容量、需用系数、饱和负荷校核报装容量，控制专用线路数量。

4）具有典型推广意义。经统计分析，在南昌地区，还有艾湖变、瑶湖变、观田变等6座220 kV变电站和抚生变、赣江变、象湖变等16座110 kV变电站存在该现象，将广阳片区间隔资源优化整合方案在南昌地区进行推广，可解决这一现象，大大节约配网投资。

3 结论和下一步工作建议

本文从示范区域区域配电网特点出发，提出具有推广价值的间隔资源配电网优化规划方案及典型供电模式，可有效指导城市配电网的规划与建设。在下一步工作中有以下建议：

1）为提升配电网资源的利用效率，建议尽快出台《配网资源管理办法》，坚持规划引领，科学指导变电站的间隔使用。建立规范的用户接入标准和流程，认真审核用户容量，同时明确在完成设备整改的基础上，用户出资建设后资产及运维责任无偿移交至供电部门。

2）梳理专用线路现状。了解每一个专线用户的现状，摸清线路走径，对提高用户供电可靠性，缩短电力故障抢修时间，以及合理规划电网发展、优化区域电网架构有着极为重要的意义。因此，需在整理完善现有资料的基础上，对年代久远、电缆走径资料不全的用户设备，进行实地勘察，一一落实，为以后全局配电网资料的规范管理、网架优化打下坚实的基础。

重点针对负载率长期较低的非重要用户专线，通过评估和经济效益分析，同时对原专线进行改造。优化现有变电站间隔使用效率。针对负载率长期较低的非重要用户专线及公用线路，在不降低供电能力及可靠性的前提下，通过并柜或者改接至新建开闭所的方式，释放变电站间隔，优化配网资源使用效率。

3）规范用户专线命名。规范用户专线命名原则及资产属性，解决因用户名称不一致导致的不同部门资料冲突问题；理清专线用户数量及间隔的使用情况；理清间隔现状，区分专线用户所占间隔资源及负载情况。

4）实行环网供电。可与现有用户协商，通过给用户额外提供一路电源，以提高用户供电可靠性的方式，将用户的专线资源公网化。通过增加电源，在提升专线用户供电可靠性的同时，腾出空余的变电站间隔，解决因变电站出线不足导致的局部配电网过负荷问题，有利于电网网架结构的均衡。达到了专线用户和供电企业双赢的效果。

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