浅谈城市中压环网供电方式

摘要：本文对中压环网供电方式进行了技术方面分析，以优化中压配电网线路分段的管理。

关键词：城市中压环网；开闭所配置；结构优化

1.环网分段、联络开关的选择

1．1 架空线路杆上开关的选择

线路分段、联络开关宜选用负荷开关，因为环网接线开关大部分要求带负荷分、合线路。不选择具有切除线路故障的断路器配置过流速断保护，主要是从保护主设备的角度出发，变电站出线应保留瞬间切除近区故障的保护，这时柱上开关配置过流速断保护将与变电站过流速断保护在时间级差上难以配合，存在励磁涌流，容易造成开关误动作、越级跳闸现象；并且变电站主变10kV绕组要多承受每次因分级配合时间带来的短路故障动热稳定电流，其累积效应对主变绝缘是有损害的，因此，主干线路上的分段开关，一般不配置二次保护，并取消过流脱扣保护。考虑到分段开关如果采用断路器，仅起到负荷开关的功能作用，所以宜选用负荷开关。但是，目前可供选择的负荷开关比断路器少，且价格较高，因此，实施中当价格相近质量相同时，应优选断路器。当线路过长，位于线路末端及线路分支处，经计算，变电站10kV过流保护灵敏度不足的，分段开关可配置断路器，设置过流脱扣保护；对受雷击或其用户故障越级跳闸停电事故率较高的，可选择加装重合器或选择需要依赖于变电站10kV出线断路器分、合故障电流的负荷分界智能开关以及电压判据型智能开关等，这类开关不需配置通信设施，造价低，运行维护方便，能起到自动隔离故障，减少停电范围的作用。

1．2 电缆线路开闭所的选择

开闭所从结线方式角度可分为单母线不分段结线和单母线两分段(带或不带分段开关)结线。从保护功能角度大致可分为由断路器配置二次保护和由负荷开关配置熔断器保护(或单独由负荷开关构成)两类。断路器配置二次保护类开闭所通常由HXGN一12等系列的真空断路器柜、内配置电动操作机构、保护测控装置，Tv和TA直流系统或交流操作控制电源及等构成。开关柜单元的尺寸一般在980mm×625mm×1850mm以内，8～12单元配置。采用过流、速断保护来分断故障电流，其过流时间设置为0．2～0．3S，速断时间设置为0 S，上级变电站出线配合过流定值时间设置为0．4～0．5S，速断保护定值设置为0．3S。开关柜的综合单价为8～10万元／单元(含二次保护)。在已有电力调度光纤通信网的城市，为提高保护灵敏度、缩短10kv配电设备在短路故障时承受动稳定和热稳定电流的时间，可配置纵差动等高级保护。负荷开关配置熔断器保护(或单独负荷开关)构成的开闭所不配置二次保护装置，当线路故障时，由熔断器或上一级变电站出线断路器切除故障。通常由空气绝缘负荷开关柜和SF6充气绝缘柜组成开闭所设备，SF6充气绝缘柜的体积小，尺寸一般在860mm×375mm×1600mm以内，5―6单元小型化配置，其单价比空气绝缘柜高，比断路器配二次保护柜低，因此，推荐使用该类开闭所设备。采用负荷开关配置的小型化开闭所便于负荷就近接入，减少出线电缆长度和主干网与分支线网层数，技术性和经济性比较好。

2.环网接线方式与开闭所的组合

2．1 “2减l”单环网接线开闭所的配置

负荷发展早期，新增负荷在配网边沿，市区内负荷密度不高的区域、城市郊区、城镇和工商业较发达区，一般采用电缆“2减1”环网接线模式，也称“手拉手”接线模式(图1)。

图1 “2减1”环网接线

这种接线方式要求正常情况下，每回馈线的最高负荷应控制在该电缆安全载流量的50％以下，电缆线路利用率较低。因此，环网内配置的开闭所数不宜过多，开闭所设计容量不宜过大，进出线单元不宜过多。以衡阳市主干环网进线电源电缆选择YJV一3×300型为例，经计算埋在土壤中的载流量为580A，功率因数取0．9，则一个“手拉手”环网所带最大有功负荷为：√3×10×580×0．9×0．5×2=9 041 kW；串接的开闭所数量原则上不超过7座(含联络所)，开闭所设计容量W(装置容量W1×负荷利用系数k2×同时系数KT，下同)不宜大于1500kV・A，采用单母不分段接线，进出线单元不宜超过6个，其中2个手拉手进出线，2～3条馈线，至少1条备用，随负荷密度的增长可衍生改组成“N供1备”或“双电源双辐射”接线方式，可节省或延缓新建联络开闭所。

2．2 “2供1备”单环网接线开闭所的配置

当负荷增长，在“手拉手”环网接线内无法接人时，优先采用新出电源线路重组环网，是指通过在主干环网线路插入1回新电源，形成“2供1备”接线(图2)或将“手拉手”接线在联络点分开，分别接入两个电源，形成两个“手拉手”接线等方案(图5)。采用这种接线，多数情况是在新增负荷处于发展中期，变电站出线间隔及电缆管道紧张时，采用从变电站出一回T接到一个“手拉手”联络开闭所，形成“2供1备”接线比新建一环“手拉手”回路要节省一个变电站出线间隔和一条环网线路，线路负载率可提高到67％。因此，开闭所设计容量可以增大到2 100 kV・A，采用单母不分段接线，6单元配置，在环网端部应设置专用联络开闭所，便于“1备”联络线的接入。当负荷进一步增长时，衍生改组形成“3供1备”环网结线方式，避免改组环网结构时影响面过大，停电时间长，同时为节省投资、加快衍生网架结构建设打下基础。

图2 “2供1备”接线

2．3 “3供1备”单环网接线开闭所的配置

当负荷进一步发展，大于“2供1备”接线方式馈线负载率的67％时，网架结构应优先衍生成“3供1备”(图3)或“4供1备”接线，馈线的负载率将提高到75％-80％。

图3 “3供1备”单环网接线

“N供1备”接线，母线A，B，C，D⋯ N可来自同一座变电站的两段不同母线。联络开闭所或联络开关点，应设在每条线路负荷相对均分处。N值将随着供电区域负荷密度的增高而增大，要求周边可供给的变电站电源点也越多。开闭所应配合“1备”专用电缆线路，设置专用“1备”联络点，正常运行时尽量使“1备”不带或少带负荷。因为备用线路所带的负荷越多，主供线路就不能按导线的平均利用率带满负荷，失去了备用线路的意义。在实际运行中，为了降低电缆运行最高负荷，提高电缆寿命，降低线路损耗，备用线路可以通过联络单元转带部分主供线路上的负荷，如用备用线路转供每条主供线路的最后一个开闭所，环网点设在每条主供线路最后一个开闭所进线前，达到降低主供线路负荷的目的；缺点是检修或事故处理时倒闸操作步骤相对比较麻烦。受城市地理位置及资金限制，“1备”联络开闭所则可采用单母接线负荷开关连接，也可以采用单母接线的电缆分接箱连接，便于环网接线衍生联络点或改组环网，节省投资。当电源点在地理位置上满足该片环网接线，形成大于“3供1备”单环网接线方式时，可设置不超过“4供1备”单环网接线方式。再增加“1备多供”馈线时，提高馈线利用率已不明显，一般不采纳。这时的环网结构已趋向成熟，开闭所的配置应根据配电网片区发展规划，考虑配备应具备自动化功能的一、二次设备，设计容量随馈线负载率的提高，可以增大到2500kV・A。

2．4 “3分段2联络”环网接线模式开闭所的配置

当负荷密度增长到相对饱和，且用户供电可靠性要求较高的区域，可采用互为备用的“3分段2联络”(图4)或“多分段多联络”单环网接线。对已形成“N供l备”接线的区域也可衍生改组成图4接线方式

图4 “3分段2联络”环网接线模式

图4接线方式在正常情况下，线路负载率可达到67％，这时电缆线路载流量已基本达到上限，环网结构已基本成熟，网内再新增负荷时，需新建环网，不再在旧网上衍生改组。因此，开闭所的配置应考虑配备自动化一、二次设备，设计容量应按馈线最大负载率设计，采用单母不分段接线，位于中部和端部的开闭所进出线间隔可适当增加到8单元，作为联络问隔。

2．5 “3分段3联络”环网接线模式

“3分段3联络”(图5)接线一般适用于架空线路，由3条手拉手环网线路通过加装分段开关把每

图5 “3分段3联络”接线

环线路分成3段，通过联络线及联络开关使每段均可得到2个不同电源供给点。“3分段3联络”线路构建时，所分的3段负荷应大致相等，每段负荷应不超过单条线路总输送功率的25％，当任何一段出现故障时，均可通过倒闸操作，使另外2段线路通过各自的联络线路恢复正常供电，这样使每条线路的故障范围缩小，提高了供电可靠性，线路利用率可达75％。但这种接线需要电源点较多，适用于负荷密度高的地区，由于线路较为密集，不同线路间的联络较为方便，该模式为联络线路建设投资影响较小的旧城区改造首选。

2．6 双电源双环网接线开闭所的配置

城市中心区，重要负荷密集区域及不允许中断供电的高可靠性负荷，采用双电源双环网供电方式(图6)，这是一种可靠性高、成熟的目标环网接线。无论是从“手拉手”接线衍生新的环网回路改组而成，还是一次新建而成，其电缆线路负载率都被控制在50％以内，受城市路径走廊及开闭所占地限制，增加少量的投资可以获得高的馈线负载率，最有效的方案是衍生环网支路，形成多分段多联络模式。因此，开闭所可按3000kV・A设计容量，配置8～9单元，其中4个手拉手进出线，1个母联，3～4个馈线。采用单母分段接线的开闭所，作为随负荷密度的增长可衍生分支环网，组成“N供1备”或“多分段多联络”接线方式，以减少1条联络线和开闭所1个联络间隔单元，适用于配网自动化组网，节省或延缓新建联络开闭所。

图6 双电源双环网接线

当“手拉手”单环网衍生成双电源双环网接线时，由于电缆线路负载率仍控制在50％以内，可以采用就近的2个小型5～6单元开闭所改组而成双电源双环开闭所结构，以减少新建双环网大型开闭所和过多的调整电缆进出线，有利于负荷分散接人和避免进出线过于集中造成电缆敷设困难，缺点是网架结构不够清晰。

3 结束语

加快城市电力网建设改造是形势发展的需要，是电力工业发展的必然趋势。在配网的改造过程中，一方面要引进先进的设备和技术，另一方面，要充分利

用专家人士的宝贵知识和经验，从而提高整个配网的电能质量和经济效益，促进社会经济的高速发展。

参考文献：

[1] 刘健等编著．城乡电网建设与改造指南[M]．北京：中国水利水电出版社，2001．

[2] 余贻鑫，段刚．城市电网规划的认知性质与方法[J]．电力系统自动化，2001．

[3] 杨捷．城区电网规划的研究和应用[D]．西安：西安交通

大学，2003．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。