阮前途，謝偉，張征，祝瑞金，
石方迪，李亦農(nóng)
國(guó)網(wǎng)上海市電力公司
引文信息
阮前途, 謝偉, 張征, 等. 鉆石型配電網(wǎng)升級(jí)改造研究與實(shí)踐[J]. 中國(guó)電力, 2020, 53(6): 1-7, 63.
RUAN Qiantu, XIE Wei, ZHANG Zheng, et al. Research and practice on the upgrading for diamond distribution network[J]. Electric Power, 2020, 53(6): 1-7, 63.
研究背景
自國(guó)家能源局配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020年）發(fā)布以來(lái)，中國(guó)開(kāi)展了新一輪城市配電網(wǎng)升級(jí)改造，滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)和城市發(fā)展的需求，但部分城市中壓配電網(wǎng)仍然面臨一些問(wèn)題與挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：
（1）以單側(cè)電源供電為主，故障情況下變電站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力不足，降低了供電安全性。
（2）正常運(yùn)行方式下變電站間負(fù)荷平衡能力不足，局部地區(qū)變電站輕載和重載現(xiàn)象并存。
（3）變電站直送用戶線路較多，且部分用戶裝接容量較小，出線間隔利用率不高。
論文所解決的問(wèn)題及意義
城市配電網(wǎng)是電能供應(yīng)鏈中聯(lián)系電網(wǎng)企業(yè)和終端用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是確保城市能源供應(yīng)安全、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、彰顯電網(wǎng)企業(yè)社會(huì)責(zé)任與優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的重要載體。一流的城市需要一流電網(wǎng)，為了滿足城市配電網(wǎng)高供電安全性和可靠性要求，針對(duì)目前變電站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力和平衡能力不足、變電站直送用戶線路利用率不高等問(wèn)題，本文提出鉆石型配電網(wǎng)發(fā)展思路，闡述其結(jié)構(gòu)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征和主要技術(shù)要求等，意在有效推進(jìn)城市配電網(wǎng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。
論文重點(diǎn)內(nèi)容
國(guó)內(nèi)外在中壓配電網(wǎng)接線模式方面已經(jīng)開(kāi)展大量研究實(shí)踐。東京點(diǎn)網(wǎng)式接線T接用戶數(shù)多、線路利用率高，且并列運(yùn)行供電可靠性較高，但在站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力方面有所欠缺。
圖1 東京電網(wǎng)式接線
新加坡單花瓣接線全線開(kāi)關(guān)站配置、閉環(huán)運(yùn)行，且站間存在聯(lián)絡(luò)，但調(diào)整站間負(fù)荷須打破花瓣閉環(huán)運(yùn)行，站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供靈活性不足。
圖2 新加坡單花瓣接線
國(guó)內(nèi)部分城市采用常規(guī)雙環(huán)式接線配合配電自動(dòng)化的方式，站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力強(qiáng)，但故障情況下停電范圍大、供電恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，且負(fù)荷開(kāi)關(guān)配置難以滿足大容量用戶和分布式電源的接入需求。
圖3 國(guó)內(nèi)常規(guī)雙環(huán)網(wǎng)接線
國(guó)內(nèi)外城市從各自發(fā)展需求和配電網(wǎng)建設(shè)改造條件出發(fā)，形成各具特色的適合本城市的配電網(wǎng)發(fā)展策略，但在解決中國(guó)城市配電網(wǎng)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)時(shí)仍存在不足。因此，本文在綜合單花瓣接線全斷路器、常規(guī)雙環(huán)式接線站間聯(lián)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)、開(kāi)關(guān)站（環(huán)網(wǎng)站）單環(huán)網(wǎng)接線的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，提出了鉆石型配電網(wǎng)的發(fā)展思路。
10kV鉆石型配電網(wǎng)是指以開(kāi)關(guān)站為核心節(jié)點(diǎn)、雙側(cè)電源供電、雙環(huán)式連接、開(kāi)環(huán)運(yùn)行、配置自愈的電纜主干網(wǎng)，具有“全電纜、全斷路器、全互聯(lián)、全自愈”的特征，如圖4所示。
圖4 鉆石型配電網(wǎng)示意
鉆石型配電網(wǎng)采用分層分級(jí)的結(jié)構(gòu)，分為10kV主干網(wǎng)和10kV次干網(wǎng)兩個(gè)層級(jí)，不同層級(jí)的電網(wǎng)采用差異化的接線模式和二次系統(tǒng)配置，在保證供電可靠性的同時(shí)兼顧投資經(jīng)濟(jì)性，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征如下。
（1）友好的新能源與用戶接納能力
鉆石型配電網(wǎng)中開(kāi)關(guān)站進(jìn)出線配置全斷路器和全縱差保護(hù)，可避免分布式電源和微電網(wǎng)接入引起的故障電流變化對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)的影響，可以更好地接納分布式電源和微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)。
在電纜化率較高的城市配電網(wǎng)，變電站10kV側(cè)主要采用小電阻接地方式，鉆石型配電網(wǎng)中開(kāi)關(guān)站進(jìn)出線配置全斷路器，可解決800kVA裝接容量以上用戶接入點(diǎn)熔斷器的熔斷曲線與零序電流保護(hù)整定值難以配合的問(wèn)題，滿足大容量用戶的接入需求。
（2）強(qiáng)大的負(fù)荷轉(zhuǎn)供及平衡能力
鉆石型配電網(wǎng)中10kV主干網(wǎng)站間聯(lián)絡(luò)率達(dá)到100%，站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力達(dá)到100%，除滿足本級(jí)電網(wǎng)檢修方式下“N-1”安全供電外，可支撐上級(jí)變電站滿足檢修方式下“N-1”安全供電。
在正常運(yùn)行方式下，鉆石型配電網(wǎng)可通過(guò)靈活調(diào)節(jié)變電站所供的開(kāi)關(guān)站數(shù)量，在不降低配電網(wǎng)供電可靠性的前提下，實(shí)現(xiàn)上級(jí)電源變電站負(fù)載的有效平衡，非常適用于大容量主變、小容量主變交叉供電的區(qū)域以及變電站負(fù)載率不均衡的區(qū)域。
圖5 鉆石型配電網(wǎng)站間負(fù)荷平衡示意圖
（3）高可靠的供電能力
鉆石型配電網(wǎng)全線配置自愈系統(tǒng)，10kV開(kāi)關(guān)站按母線段設(shè)置自愈保護(hù)控制裝置，具備每個(gè)間隔的遙測(cè)、遙信、遙控功能，就地完成信息采集，遠(yuǎn)方自動(dòng)執(zhí)行自愈策略，實(shí)現(xiàn)故障情況下非故障區(qū)域秒級(jí)供電恢復(fù)功能。
以某城市地區(qū)配電網(wǎng)供電可靠性參數(shù)為計(jì)算依據(jù)，計(jì)算四種典型主干網(wǎng)接線供電可靠率。鉆石型接線供電可靠率最高，為99.999612%，年戶均停電時(shí)間122.3秒，比開(kāi)關(guān)站單環(huán)網(wǎng)接線少3.4秒，比單花瓣接線少3.2秒，比常規(guī)雙環(huán)式接線少11.8秒，達(dá)到世界一流水平。
（4）兼顧經(jīng)濟(jì)性與可實(shí)施性
通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)格中建立典型網(wǎng)架的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算得到新建鉆石型配電網(wǎng)的綜合造價(jià)，與單花瓣配電網(wǎng)基本持平，比常規(guī)雙環(huán)式接線增加約22%，比單側(cè)電源開(kāi)關(guān)站單環(huán)網(wǎng)接線增加約7.7%，經(jīng)濟(jì)性適中。
對(duì)于現(xiàn)狀為開(kāi)關(guān)站單環(huán)網(wǎng)的電纜網(wǎng)絡(luò)，可有效利用原單環(huán)網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)站和進(jìn)出線，在基本保留已建電纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)站內(nèi)線路拼接、已建線路開(kāi)斷改接、線路加綁等方式即可完成鉆石型配電網(wǎng)改造，可實(shí)施性好。
研究結(jié)論
本文提出的鉆石型配電網(wǎng)發(fā)展思路，有效利用現(xiàn)狀電纜單環(huán)網(wǎng)、常規(guī)雙環(huán)式接線的站址和進(jìn)出線，增加較小的投資，較大程度地提高安全性、可靠性等配電網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)。
鉆石型配電網(wǎng)適用于把開(kāi)關(guān)站定位為配電網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)或以環(huán)網(wǎng)站為節(jié)點(diǎn)的常規(guī)雙環(huán)式接線且供電安全性和可靠性要求高的地區(qū)，例如大型城市的中心城區(qū)。
主要作者介紹
第一作者：阮前途(1965—)，男，高級(jí)工程師（教授級(jí)），博士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)調(diào)度、安全運(yùn)行、科技創(chuàng)新、國(guó)際業(yè)務(wù)等研究和管理工作。
E-mail：Ruanqt@sh.sgcc.com.cn。
第二作者：謝偉(1968—)，男，高級(jí)工程師，碩士，從事電網(wǎng)運(yùn)行、科技創(chuàng)新、智能電網(wǎng)、配用電技術(shù)等研究和管理工作。
第三作者：張征(1978—)，男，高級(jí)工程師，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、智能電網(wǎng)等研究和管理工作。
第四作者：祝瑞金(1967—)，男，高級(jí)工程師，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃等研究和管理工作。
第五作者：石方迪(1977—)，通信作者，男，高級(jí)工程師，碩士，從事配電網(wǎng)規(guī)劃等研究和管理工作。
E-mail：Shifd@sh.sgcc.com.cn。
第六作者：李亦農(nóng)(1968—)，男，高級(jí)工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析等研究和管理工作。
