陕西城镇中低压配电网供电模型的研究

摘要：通过对“巴黎、新加坡特色鲜明的配电网结构” 的分析，总结了国外发达城市中压配电网供电模型及特点。本文提出了陕西城镇中低压配电网供电模型的一些问题，对这些问题进行了研究分析。

关键词：城镇中低压电网；供电模型；低压配电网通信；配电自动化；问题及对策分析

中图分类号：U223 文献标识码： A

一、引言

长期以来，国内对中低压电网网架结构的研究和实践主要集中在接线模式方面，而接线模式仅仅体现了本级线路间的联络关系，无法体现电网中不同地形地貌和不同负荷密度条件下的变电站供电结构。目前，很多发达国家已不再只考虑应用接线模式指导远景目标网架的建设，而是采用标准化的供电模型来构筑高水平的中低压配电网[1]。

陕西各地区地形地貌及负荷分布差异很大，因此，针对不同地区的地形地貌与负荷分布特征构建适合陕西各地区特点的供电模型以指导中低压配电网的规划和改造，具有重要的现实意义[17]。

中低压配电网供电模型是指城镇供电系统对用户持续供电的能力，它是以高压变电站为源、中低压馈线为网的供电网络单元；中低压配电网供电构架是指作为中压配电网电源的高压变电站的互联结构。根据地形特点和负荷密度的不同，供电构架可分为点状供电架构、链式供电架构和块状供电架构[2]。

中低压配电网的接线由一系列中压馈线单元连接着配电变压器，低压馈线连接着用户构成，是由点、线、面组成的有机整体，供电模型可以直观反映变电站、中低压馈线、配电变压器和用户的连接方式，对配电网供电方式的理论分析与实际构建等工作均有重要指导意义。城镇供电中断，不但会造成较大的经济损失，而且会影响人民的生活和社会的安定。随着经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，用户对城镇配电系统供电可靠性的要求也越来越高。城镇配电系统供电可靠性高既是电力用户的需要，也是供电企业自身发展的目标[3]。

二、目前中低压配电网的现状

电力系统可靠性的研究主要侧重于发输电系统，配电系统的可靠性还未得到应有的重视，表现在网络混乱、装备陈旧、自动化水平低、维护工作量大、供电可靠性低等方面。实际上中低压配电系统对用户供电的可靠性影响最大，据不完全统计80%以上的用户停电缘于中低压配电系统故障。国内对配电系统的可靠性进行了较为深入的研究主要集中在可靠性评估算法方面，也研究了电力系统可靠性，但涉及建立中低压配电系统的典型模型研究较少[4]。

三、完成建立西部中低压典型配电模型存在的主要问题

1、如何确立西部城镇中低压电网的供电模型和标准？如何提高中低压网络的供电能力，减少用户的停电几率？

2、如何搞好负荷预测工作？如何满足和确保城镇中低压电网的供电质量？

3、如何设计配电通信网络？

4、如何提高设备的故障判断能力，自动隔离故障、恢复非故障线路的供电能力？

四、采取的措施

1、通过分析国外中低压配网的典型供电模型，结合陕西电网实际，制定符合陕西电网发展要求的供电模型。

电源点规划方面：

供电网络结构是配电网规划设计的主体，而变电站的选址则直接影响网架结构的优劣，对中低压配电网的经济性、可靠性、灵活性和电能质量有着直接的影响。随着城镇化建设的不断深入，城镇人口逐渐密集，用电负荷密度不断提高，而留给电力设施建设的空间却越来越小，尤其是变电站的选址和线路的走廊。所以中低压配电网的发展必须与市政规划部门保持同步，做好前期负荷预测，满足N-1的可靠性准则要求，主要采用环式接线方式，预留足够的电力线路走廊、合理的电源位置和用地空间，为将来的电力建设创造有利条件。

中压方面：

一般地区中压35kV配电网宜采用双电源或环网接线方式。10kV主干线宜采用环网建设，开环或闭环运行方式。每条线路的载荷值控制中50%以下，便于线路故障时负荷转移[11]。

例如分析巴黎、新加坡特色鲜明的配电网结构 ，总结国外发达城镇中低压配电网供电模型及特点，提出由典型供电模型组成简单、统一 、合理的中压配网设计理念，本文根据陕南、陕北和关中的不同地形地貌、不同城镇发展模式和不同用电负荷结构进行归类，制定符合陕西实际的中压电网典型供电模型，模型包括对用户用电信息的采集、配套自动化的建设、继电保护的配置、导线的选型等，积极应用新技术、新设备，不断提高城镇配电网的供电能力，并坚持因地制宜的原则，努力推广中压典型供电模型。

巴黎模型图：

巴黎城市电网具有鲜明的环状结构，由外环、中环和内环，三环又将其分割成若干个分区，各个变电站就处于分区之间，每个环内的变电站向两侧的分区供电，当负荷增加时"可在分区之间增加一变电站，将分区再一分为二，显示了良好的可扩展性[10]。

新加坡模型图：

新加坡在城市各分区内，变电站每两回馈线构成环网，形成花瓣结构，称之为“梅花状供电模型”。不同电源变电站的每两个环网中间又相互连接，组成花瓣式相切的形状，其网络接线实际上是由变电站间单联络和变电站内单联络组合而成。站间联络部分开环运行，站内联络部分闭环运行，而两个环网之间的联络处为最重要的负荷所在，由一个变电站的一段母线引出的一条出线环接多个配电站后，再回到本站的另一条母线，由此构成一个花瓣多条出线，通过花瓣间相切的方式，满足故障时的负荷转供，显示了良好的可扩展性[9]。

预想县城/开发区/特镇供电模型图：

预想县城/开发区/特镇供电模型扩展图：

预想县城/开发区/特镇供电模型在城镇各分区内，相邻变电站之间通过开闭所将每条馈线构成环网，形成十字结构，称之为“十字状供电模型”。不同电源变电站通过十字中心变电站或开闭所相互连接，其网络接线实际上是由变电站间全联络和变电站内全联络组合而成。站间和站内联络通过开闭所均采用开环运行，而十字中心变电站/开闭所位于负荷集中地。由一个变电站引出的每条出线可以通过开闭所与本站的任意一条出线环接，也可以通过开闭所与对侧变电站的任意一条出线环接，负荷转供能力和可扩展性大大增强[6]。

预想一般乡镇供电模型图

预想一般乡镇供电模型扩展图

预想一般乡镇供电模型参照新加坡 “梅花状供电模型”。由于一般乡镇没有大的用电企业，主要是居民照明和农业生产用电，供电可靠性要求相对低。目前，陕西对经济落后的偏远乡镇都采用单电源辐射状供电。预想一般乡镇供电模型采用变电站内单联络组合而成。站内每两条出线首尾相连，开环运行，每条出线根据线路长度和负荷密度，分别安装相应数量的线路开关，当线路发生故障时，有选择的切除故障段线路，合上联络开关，保证非故障段线路正常供电。预想一般乡镇供电模型可以满足故障时的负荷转供，缩小停电范围[8]。

低压方面：

0.4KV配网是电力系统最终面向用户的供电网络，它的运行情况直接决定了整个低压电网的性能。县城、乡镇0.4KV主干线、支线和0.2KV支线供电半径不超过500米，支线采用放射方式接线[16]。 （10KV有载调容变压器，10KV电力变压器）

变压器建议使用可调容变压器，平时运行容量控制在50%以内，把相邻的0.4KV主干线环接起来，开环运行，当相邻变压器出现故障需要停电检修时，将未出现故障的可调容变压器容量调至足以满足故障变压器所带负荷后，合上线路联络开关，转移故障配变负荷，保证配变检修期间线路不停电，继续向用户供电；当相邻线路出现故障时，可以将耐张段过桥拆开，将故障隔离后，合上线路联络开关，继续向非故障段线路供电，从而大大提高了低压供电的可靠性。有载调容变压器同时具备以下优点：1、解决了10kV配电网季节性负荷变化幅度比较大而造成变压器损耗大的问题，适用于农村电网配电台区；2、适用于一些昼夜负荷变化显著的城市商业区、开发区、工业区等配电台区；3、具有大小两种额定容量且两种额定容量运行方式可以自动转换的功能；4、在不需要停电的状态下，自动完成变压器容量调节过程[12]。

在一些发达国家，低压配电网自动化系统受到了广泛的重视，已经形成了集变电站自动化、馈线分段开关测控、电容器调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS）。针对0.4KV配网的特点，通过PAC智能监控系统对低压电网参数进行实时监控，并能在出现异常时做出实时决策，如自动断路等。同时，PAC具有良好的交互性，可借助其功能强大的上位机软件对电网运行参数进行远程调节，实现低压“四遥”功能。通信方面采用光纤通信，能够达到对低压电网监控的实时性和可靠性要求，所收集的用电信息不仅可以使低压电网安全运行得到保障，而且能对低压电网运行状态调整起到积极的指导作用[13]。

低压配电网通信系统构成[19]：

低压配电网通信系统前端监控器构成[20]：

2、通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电） 、实时负荷预测和节约用电成本等目的。建立全面的用户用电信息采集系统需要建设系统主站、传输信道、采集设备以及电子式电能表（即智能电表） 。目前陕西电网公司用电信息采集覆盖率为 4.5%。

远期城镇负荷预测有年递增率法和负荷密度分布法，一般使用负荷密度分布法预测城镇远景负荷及负荷分布情况，公式：L――总负荷； Ii――不同性质用地区块的负荷密度； Si――区块的面积（负荷密度如果是单位建筑面积负荷密度，则为建筑面积；负荷密度如果是占地负荷密度，则为占地面积）；T――为同时率（调查日负荷曲线得来，一般取0.7）[18]。

目前对城镇中低压配电网电能质量影响的主要原因是线路长，忽视负荷同时率和线路无功补偿投退时间不合理，不能自动投退，导致电压质量不稳定，负荷峰值时靠近电源侧电压正常，线路末端电压很低，负荷谷值时靠近电源侧电压很高，线路末端电压正常或仍然偏低。根据以上情况，建议城镇用户使用智能电表，搜集用户用电习惯、用电规律和用电信息，通过分析整理，制定相应的调峰、调压，调容措施来保证电能质量[15]。

3、配电通信系统以光纤和以太网为主，已有光纤通道应尽量采用，其余采取租用电信专网方式，并充分利用现已建成的网络多业务平台。通信系统采用分层结构，即分为配电通信主干层、配电通信接入层两层结构，通信节点分为通信主站、通信子站。

主站与子站间的通信结构示意图

4、配电自动化系统作为电力二次系统的重要组成部分，其安全防护方案必须符合《全国电力二次系统安全防护总体方案》的各项规定和要求，根据电力系统的特点，综合采用基于PAC的智能远程监控系统，不但可以实时监测电网的运行参数，而且可以在必要时发出远程控制命令。该系统可以满足电网监控的实时性、可靠性要求。该系统具有Internet和GPRS两种通信模式，可以在各种地区实施，具有很大的推广价值[14]。

五、结语

中低压配电网作为直接面对大多数电力客户的载体，其模型化、标准化已经受到越来越多的供电企业的关注。大中城市的配电网供电模型，已经得到了一定的研究，但对城镇配电网供电模型的研究还有待提高。目前，国外电力公司从高、中、低压网架建设研究的重心逐步向中、低压配网偏移，研究制定统一的中低压供电模型，如中压配电网方面，巴黎市采用的是“手拉手”开闭所供电模型，新加坡采用的是“梅花”供电模型。低压配电网方面，标准化、模型化设计也可大大减少规划设计部门的工作量，方便配电网扩展，利于实现自动化。基于我国城镇中低压配电网规划水平有待完善的现状，网架优化和资金的投入产出显得格外重要，通过论证中、低压配电网供电模型的合理性，实现配电网的安全、经济运行，有必要进行基于不同接线模式的配电网供电模型的研究，希望为电网的规划设计者和运行人员提供一些科学有益的参考。

六、参考文献

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[2]范明天，张祖平.《中国配电网发展战略相关问题研究》【M】.北京：中国电力出版社，2008；

[3]李天友，金文龙，徐丙垠，等.《配电技术》【M】.北京：中国电力出版社，2008；

[4]姜宁，王之伟，倪炜，等.《借鉴国际先进规划理念建设南京坚强城市电网》【J】.供用电.2007.24（5）；1-4；

[5]张功林，林韩，张榕林，等《.配网若干问题探讨》【J】.电力与电工，2009，29（4）：8-9；

[6]葛少云，张国良，申刚，等.《中压配电网各种接线模式的最优分段》【J】.电网技术，2006，30（4）：87-91；

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[9]吴涵1，2，林韩3，温步瀛2，陈彬4，张功林4，《巴黎、新加坡中低压配电网供电模型启示》【J】.电力与电工，2010，30（2）；

[10]宋云亭 张东霞 吴俊玲 彭冬 梁才浩 邱野 陈志刚 吴琼 曹静《国内外城镇配电网供电可靠性对比分析》；

[11]于建成，郝志刚，隋静，城镇小区10KV中压配电网规划《农村电力网规划设计导则（DL/T5118-2000）》；

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[14]原国家电力公司《农网自动化及通讯建设技术指导意见（试行）》；陕西省农电管理局

[15]《农村电网建设与改造技术导则》（陕农电计发[1999]76号）；

[16]《城市电力规划规范（GB50293-1999）》；

[17]《县城电网建设与改造技术导则》（国家电网农[2003]35号）；

[18]《“十三五”米脂县电网发展规划》；米脂县供电分公司；

[19]《0.4kV供电网智能监控系统研究》杨红波 周春来 牟春明 李红梅.计算机技术与发展2009年11期；

[20]李炜，卢英，张义超，等.基于GPRS无线通信的自动抄表系统【J】.计算机技术与发展，2008，18（10）：173-176。

作者简介：豆宇波；1982.3；学历：本科，现任：助工，单位：榆林供电局，现是北方工业大学在职工程硕士研究生