何春林
(杭州市电力局,浙江杭州310009)介绍了杭州市电力局现行配电网的网架结构,着重就环网方式、分段原则以及低压配电网的布置进行了分析,提出了配电网设计的基本原则。
关键词:配电网;环网;结构快速增长的用电需求,给供电企业带来快速发展的机遇,也对供电企业提出越来越高的要求。至2001年末,杭州电网拥有500kV变电所2座,变电容量275万kVA。220kV变电所12座,变电容量318万kVA,110kV变电所49座,变电容量261.4万kVA。35kV变电所57座,变电容量83.75万kVA,全局220~35kV变电总容量938.15万kVA。杭州市区公用配电变压器为4079台容量161.381万kVA。10kV配电线路544条,环网化率达到89.57%,10kV线路总长度为2853.642km,其中架空绝缘线长度为1372.972km,电缆和架空绝缘线之和占全部10kV线路长度的81.72%,市区10kV电缆线路总长度为1039.94km,占10kV配电线路总长度的36.44%,拥有开闭所559座,2001年全年供电可靠率99.9604%。低压线路2829.715km,其中绝缘线2124.914km,电缆759.354km,低压绝缘化率92.22%,电缆化率26.8%。目前杭州配电网已基本形成设备先进,设计合理、运行灵活的市区配电网网架结构。
1配网绝缘化改造
杭州配电网绝缘化改造开始于1989年,杭州作为风景旅游城市,树木绿化率较高,树线矛盾十分突出。1988年8月的强台风造成杭州大部分区域停电,持续时间长达十多天,其中线路停电主要原因是树木倒在架空线上,引起断线、接地等。当时限于投资,主要是以绝缘化方式,减少线路接地和提高配网抗灾能力。1999年初开始,市区配电网10kV架空线路不再采用裸线,目前市区10kV配网的绝缘化率达到70%以上,其中电缆化率达到35%以上的水平,0.4kV网绝缘化率达到85%(其中电缆化率约30%)。
在中压系统中,10kV架空线选用铝芯绝缘线,主干线截面选用185mm2,大分支线截面选用120mm2,小分支线选用70mm2;10kV电缆线路采用铜芯电缆,主干线截面选用300mm2,郊区及农村地区选用240mm2,特大型10kV供电用户进户电缆及备用电缆,可选用400mm2或2×240mm2,大分支电缆截面选用240mm2或120mm2,小分支电缆120mm2或70mm2,至变压器回路的电缆选用截面≥35mm2。
2配电网环网化、分段化
为提高供电可靠性,配电网络必须运行灵活,在网络规划中应考虑充分的裕度。为使配电网处于经济运行状态,杭州市电力局配电网的设计技术原则中提出了一下要求:中压配电网重点发展环网结线、开环运行,10kV主干线路的环网,可以在不同变电所的不同线路之间环网,也可以在同一变电所的不同母线的线路之间环网。主干线路设置分段开关,每条10kV线路宜以3分段或4分段设置分段开关,分段原则以每段用户数小于10户,或用户总容量小于2500kVA。每条10kV干线支接变压器总容量宜小于10000kVA。
在环网原则下,考虑线路的经济运行,10kV主干线的负荷控制在200A以内,事故检修等异常运行方式下,一般控制在350A以内。
环网、分段原则不仅适用在主干线路的环网,对于分支线路、同电源的供电也相应考虑同电源的环网,以提高供电可靠性,详见图1~图4示意。
图1所示为10kV架空网典型结构,一般而言配电网线路利用率和可靠性较高的为格式网,但在目前城市改造中难以按格式网的形势布置线路,同时对于一个发展中的电网,变电所的布点需要一个漫长的过程,格式网的布局难以实现,图中所示的主要突出主干线需进行环网、分段的原则,其目的是减少10kV供电半径,提高供电可靠率。图2所示为大分路的环网,由于旧城改造和电网建设相对滞后等原因,城市中经常存在大部分负载集中在分路,而主干线路负载较少的情况,分路用户的重要性并不低于连接在主干线上的用户,为避免分支线停电损失大量的时户数,在大分支间进行同电源或不同电源的环网,配合线路分段有较高的效益。
图3为电缆双环网结线,主要是针对10kV大用户供电,由于10kV用户对供电比一般居民有更高的要求,要求用电稳定,有较高的可靠率,电缆双环网中可以较好的解决双路供电的需求,在网络布置时也可按负载情况出线,电缆双环网一般不枝接其它电源,用户增加后优先考虑新建环网,这样配网规划建设可以按长期设计。由于小区变的用电性质大都为三类负荷,小区变的供电从投资经济出发,仅考虑小区变或分支电缆故障时能通过接线转移,恢复非故障区域供电,故图4中小区变的环网为同电源的环网,这样结线主干网投资经济,可以满足小区供电的要求。需要注意的是:小区配变接入分支中,从投资角度讲联通小区变的线路可以选用较小截面,同时由于熔断器保护可适用于100MVA短路容量以下区域,小区变接入分支较为合适,另一方面目前比较流行的美式变压器,其负荷开关的额定电流一般为200A,短路耐受电流小于16kA,小区变不宜直接环入主干网中。
3小区配电网布置
3.1负荷分级及配电方式
总层数≥19层的高层住宅楼,其消防电气及应急照明为一级负荷,电梯、生活给水泵、楼道照明、地下室照明等为二级负荷,住宅内部的用电设备为三级负荷;总层数8~18层的高层住宅楼,其消防电气、应急照明、电梯、生活给水泵、楼道照明、地下室照明等公用用电设备为二级负荷,住宅内部的用电设备为三级负荷;多层住宅楼内的用电设备(含楼道照明、住宅内部的用电设备)为三级负荷,部分高级多层公寓楼,配有电梯、生活给水泵,其电梯及水泵等为二级负荷;别墅楼内用电设备一般为三级负荷,部分涉外高级别墅楼内用电设备也可作为二级负荷供电。
一级负荷,断电后其备用电源应快速投入,户外配电方式采用10kV双电源,双台小区变,低压双电源常供,用户内部设置低压双电源进线配电柜或配电箱,采用单母线分段,母联常断,分列常供,电气联锁,先断后通的结线方式,并在消防设备末端加置双电源自动投切;二级负荷,断电后备用电源投入时间可适当延时,户外配电采用10kV双电源,双台小区变,低压双电源常供,用户内部设置低压双电源进线配电柜或配电箱,采用单母线分段,电气联锁,先断后通,一备一用,自动投切或机械联锁,一用一备,人工投切的结线方式;三级负荷,户外配电方式采用10kV单路,单台小区变,低压单路供电。户内单路进线。
3.2住宅户外配电工程
小区供电采用环网形式,在10kV架空网中,采用辐射网结线(见图4)。在10kV电缆网内,一般在小区设10kV开闭所,经开闭所向小区供电,小区内按建筑面积设若干小区变电所,小区内每个环网内小区变总容量,近期控制≤3000kVA,远期考虑不超过4000kVA,环网电缆统一采用120mm2铜芯电缆,开环运行,三级负荷小区采用单环,有一、二级负荷的小区采用双环网。3.3用电负荷计算
小区用电负荷分近期及远期,近期指至2010年期间,远期指2010年以后期间,在实施中小区变、每户电表的容量可按近期计算负荷配置,导线及开关设备等按原其计算负荷配置。按每平方米建筑面积,普遍住宅负荷近期以30~40W,远期按40~50W计算,其中别墅近期以40~50W,远期按50~60W计算,有电梯、水泵等大楼的公用负荷不分近远期,平均以每平方米建筑面积5~10W计算,消防系统负荷不统计在内,配套小公建负荷,近期以25~30W,远期按30~40W计算。由于随着每户建筑面积的增加,户内用电同时率将有所下降,住户表计配置一般按表1配置。小区变压器经电容补偿后,其cosφ以≥0.85计,小区变最大负荷时,负载率以90%计,当负载以住宅为主,同时率按0.8~0.85计,若配套公建负载比重较大,同时率按0.65~0.70计,综合以上因素,换算到配变侧,小区每平方米建筑面积近期宜以≥40VA配置变压器,供高层住宅,近期宜以≥50VA配置变压器,供别墅住宅,近期宜以≥60VA配置变压器。
综合电压降、线损、安全运行及远期扩容可行性,在规划设计时,以架空绝缘线及柱上变压器配电的小区,每台小区变供电范围控制在6000m2左右,最大不超过8000m2;以电缆线、户内组合变或箱式器配电的小区,每台小区变供电范围控制在10000m2左右,最大不超过15000m2。小区变应尽可能深入负荷中心,单台容量近期控制小于800kVA,远期控制不超过1000kVA。
值得注意的是,小区变的供电虽然具备环网形式,但全部是同电源的环网,这样的设计是基于小区变的用电性质,充分考虑了投资经济性和供电可靠性而确定的,环网线路和截面和小区变高压设备的选择相配套,可以发挥较高的效益。
小区变低压出线采用单母线4~8回出线,一般630kVA及以下4回出线,800~1000kVA配变6~8回出线,低压出线开关的额定电流选择≥400A的开关。小区变低压出线主干线电缆采用4×150mm2铜芯电缆,架空网采用4×120mm2铝芯绝缘导线。至别墅楼采用4×16mm2铜芯电缆,至公寓楼(含多层级高层)采用4×35mm2铜芯电缆,架空网采用4×35mm2铜芯绝缘导线。一户一表的总进出线统一采用10mm2铜芯绝缘导线。
4配网自动化方案
杭州配电网的自动化目前处于起步试点阶段,初步从5方面进行配网自动化全方位的试点,具体为:
(1)进行全光纤网,全功能FTU的试点,拟在市区电缆网实施,主要目的是体现现代控制技术在配电网的应用,要求功能齐全,控制先进。
(2)进行中压电力线载波通讯方式的自动化试点,目的是探索中压载波技术在配网自动化方面的应用前景,为全面实施配网自动化中的通信通道大好基础,以减少投资。
(3)进行以开关操作控制为主要目的自动化试点,利用建简单功能的FTU,实现开关的远方控制,以便迅速地进行开关操作及负荷调配,同时兼顾故障隔离。通过这一试点的开展,寻求廉价FTU的可能性,为大规模开展配网自动化打好基础。
(4)进行无通道方式的DA试点,利用自动重合器等设备,实现故障区段的自动隔离和基本的备用电源自动投入功能。这项试点主要是用考虑郊区或农网线路中,线路较长、故障较多情况下提高供电可靠率要求,为郊区、农网配电自动化实施做好前期准备。状态,从而实现真正意义上的配网自动化。
5结束语
随着市场经济的发展,社会需求对供电部门提出了更高的要求,尤其是在优质服务和高效服务方面是电力企业面对市场的首要任务。配电网的建设一方面需要保证对用户的优质供电,同时也必须充分考虑到网架自身的安全、经济运行。因而在配电网的设计原则中必须对以下方面有足够的重视。
(1)配电网的规划必须考虑相当长时期的适用性,网架结构宜保持不变,因而对于线路运行负荷水平限制的原则必须始终贯彻,同时当用电负荷增加时网架改造工程量应最小。
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