山区电网规划设计方案的探讨

2022-09-10

山区的电网建设一直以来投资少, 规模小, 设备落后, 供电可靠性差, 电压合格率低;随着中央加大社会主义新农村建设力度和加大投资拉动内需, 山区电网建设迎来了历史上最好的机遇。文章对山区电网的现状进行深入分析, 提出了山区电网建设的规划设计方案, 并对设备选型进行探索。

1 山区电网一般特点

一般来说, 山区电网供电地域范围大, 总供电负荷较小, 电网结构薄弱, 主变满足N-1比例低, 容载比高, 可靠性差, 10kV线路过长, 轻载率高, 电压合格率低。110kV及以上变电站较少, 35kV变电站仍然存在并作为重要站点。但随着社会的进步, 建设社会主义新农村需要, 对供电服务水平要求越来越高。特别是广东电网公司创建国际先进供电企业, 要求要以客户为中心, 以可靠率为总抓手, 对山区的电网规划建设提出了更高的要求。目前, 山区电网运行指标, 如可靠性、环网率、“N-1”满足程度等离社会主义新农村的需求和先进企业的要求还有相当一段差距。

2 云浮市郁南县电网现状分析

云浮市郁南县位于广东省西部, 以丘陵山地为主, 土地总面积1966.15平方公里, 全县辖15个镇, 户籍总人口48.7万。2007年郁南全县GDP为46.92亿元, 一二三产业的比重为33.6∶32.8∶33.6。郁南县经济比较落后。目前, 郁南电网共有110kV、35kV、10kV和400V四个电压等级, 全县无220kV及以上电压等级的变电站, 电网结构薄弱。

从表1中的数据分析可知, 目前共有8座35kV以上变电站, 110kV变电总容量为177.5MVA, 35kV变电总容量为16.3MVA。根据云浮市2008年高峰负荷分析, 2008年郁南最大负荷为49.3MW, 容载比为3.6。按照规范, 郁南县容载比和负载率均满足要求, 原因是山区大工业少、负荷普遍较轻, 这是山区电网的一个显著的特点。从容载比和负荷率分析, 未有必要新建和扩建变电站。但郁南电网存在严重的结构性问题, 8座35kV以上变电站中大部分只有一台主变, 不满足“N-1”的供电安全准则。只有都城站与南江口站为2台主变, 其余的6座变电站均为单台主变构成, 供电可靠性差, 变电站布点少, 每个变电站管辖地域范围大, 结构非常脆弱, 一旦唯一的主变停运将会导致全站停电, 影响地域很广。

至2008年底, 郁南全县变电站共有72个10kV出线间隔, 已用44个, 剩余28个, 出线间隔利用率为61.1%。总体来说, 郁南县剩余出线间隔数量仍比较充裕, 尚有较大的供电潜力。郁南县共有10kV供电线路39回 (小水电上网线路不统计, 下同) , 线路主干总长度为457.42km, 其中电缆线路为8.324km, 架空裸导线为447.196km, 电缆化率、绝缘化率分别为1.82%和2.24%, 10kV中压电网仍然存在不少问题。

(1) 网架结构存在弱点、环网率低、转供能力差。大部分10kV线路采用辐射方式接线, 出现故障时无法进行负荷转供。据统计, 郁南10kV线路中共有辐射线路33回, 占总数的84.62%。单辐射接线线路缺点很明显, 无法满足“N-1”, 结构薄弱故障影响范围较大, 供电可靠性差。此外, 现有的少数联络线路的主干上基本都没有装设分段开关, 缺少主干线路故障分段隔离能力。一旦主干线路故障, 无法转供非故障段负荷, 不能发挥环网应有的作用。可以说郁南县中压电网的网络结构还相当薄弱, 供电可靠性有待改善, 这将影响到整个系统的供电可靠性。

(2) 10kV线路供电半径长, 导致电能质量较差。据统计, 郁南全县10kV供电线路主干的平均长度为11.73km;其中县城供电线路主干平均长度为7.92km;非县城的乡镇地区10kV线路主干平均长度为13.23km。这些数据表明, 郁南县10kV线路的主干相对偏长。这主要是由于郁南地域面积大、站与站之间及变电站和负荷之间的距离较远, 从而使得变电站的供电半径过大。

(3) 主干导线截面种类多, 主干线截面不符合要求。郁南县l0kV架空导线主要为钢芯铝绞线, 主干线共有6种不同主干截面, 分别为150mm2、120mm2、95mm2、70mm2、50mm2、35mm2。郁南县的10kV线路多以架空导线为主, 电缆线路采用甚少, 只少量采用于县城的线路中。总体来说, 郁南县现状配电网中的10kV线路主干导线的截面种类繁多, 主干导线截面偏小, 给电网的运行和管理带来不便。其中主干截面偏小的问题较为严重, 其中供县城的线路中有63.48%的架空线路仍沿用70mm2的架空导线, 而乡镇线路中更存在大量截面为50mm2, 甚至为35mm2的架空导线。不少线路的导线截面存在两头宽, 中间窄的问题, 限制其转负荷能力。

3 现代山区电网建设要求

随着中央加大对农村的扶持, 建设社会主义新农村, 家电下乡, 对农村电网的建设和供电服务要求越来越高。广东电网公司以创建国际先进企业为目标, 加快电网建设, 提高电网可靠性和供电电压合格率, 提高供电服务水平也是企业内在要求;随着广梧高速、南广铁路通车, 郁南县建材, 电池, 林产化工等工业也迎来历史最好的发展机遇, 对电力的需求也快速增长, 也要求我们要建设一个安全、可靠、适当超前的山区电网。

4 山区电网规划建设方案的探讨

山区电网主要的问题是结构薄弱, 负荷较低、可靠性差, 所以山区电网的规划建设从布点、构建网架、提高可靠性以下几方面着手。

4.1 提升电压等级, 增加变电站布点, 优化电网结构

山区电网结构薄弱, 电网建设首先要满足变电站布点要求, 完善电网结构, 提高可靠性;目前山区变电站电压等级较多, 高等级变电站缺乏, 要以220kV为中心站, 多种电压等级并存, 暂时不能取消35kV变电站, 以利于现有电网的运行。根据地区负荷情况、地域范围、运行管理的需要划分成若干个分区供电网, 分区电网应有明确的供电范围, 合理分配负荷;同时在各分区电网合理增加变电站布点;变电站合适布点并合理地划分各变电站的供电范围, 缩短其供电半径, 以降低线损。

目前郁南全县还没有220kV变电站, 应尽快建设220kV变电站, 提升电压等级, 方便110kV变电站接入系统, 提供网络的可靠性。“十一五”规划末期新建110kV平台站、110kV罗旁站;“十二五”规划初期, 随着负荷增长, 逐步将原35kV建城站等变电站升级为110kV变电站;对部分负荷增长较快地区的主变台数不足的变电站, 在适当时候扩建第二台 (或第三台) 主变, 满足主变故障时的“N-1”要求。譬如, 郁南县城主要的电源点为110kV都城站, 由于县城负荷发展较快, 无法满足县城新增负荷的供电需要, 可以考虑在“十二五”的初期对都城站进行扩建, 新增第三台主变。

4.2 变电站配置方式

山区变电站的选型以敞开式常规变电站为主, 只有在城区等负荷集中, 用地困难地域才考虑GIS或PASS变电站。

220kV变电站配置:主变容量一般配置180MVA×3台, 首期先上一台180MVA主变;变电站220kV出线一般按照最终6回考虑;110kV出线可以按照12回考虑。10kV按照30回考虑, 首期10回。此外, 220kV变电站目前对山区来说还是最重要的中心站, 220kV、110kV母线接线方式按双母线接线装设专用母联断路器考虑, 有利于检修运行操作。

110kV变电站配置:主变按照40MVA×2～3台布置, 首期一般先上1台40MVA主变, 对于负荷特别低的个别镇可以考虑现上1台20MVA;变电站110kV出线一般按照最终3回考虑;同时考虑到35kV变电站较多, 新建110kV变电站预留35kV间隔4个。10kV按照3×12回考虑, 首期12回, 个别负荷特别低地区考虑2×10回, 现上10回。110kV采用单母线隔离开关 (断路器) 分段接线、35kV单母线开关分段接线;10kV 12回单母线最终24回单母分段。

4.3 优化中压配电网络规划

(1) 针对郁南配网线路以辐射线路为主, 负荷转供能力十分有限, 供电区域交叉重叠, 明确划分中压线路供电区域的规划思路, 逐步达到中压线路明确分区分片供电的效果。中压架空配电网由树型放射状结构, 逐步向“2-1”接线形式过渡, 有条件时可形成多分段多联络 (如三分段三联络) 的网架结构。中压架空线路的主干线和较大的分支线应装设分段开关, 增强线路的故障分段隔离能力, 保证环网线路能发挥其应有作用, 应尽可能构建环网供电, 提高线路供电可靠性。同时, 简化了环网接线模式并重点考虑增加不同变电站间线路的联络, 使得郁南县城的配电网逐渐形成了一张联系紧密的网络。

(2) 线路的主干长度过长, 主要原因是由于郁南县面积较大, 变电站布点不足, 部分区域供电半径过长造成的。该问题在短时间内无法解决。加快新变电站建设, 缩短供电半径, 进而对主干线过长的线路进行切改, 由较近的变电站供电。

(3) 10kV线路主干线的截面种类繁多, 主干截面偏小。郁南县配电网中的10kV线路虽然都存在主干截面偏小的问题, 但线路的线路负载率普遍都比较轻, 尤其是供向乡镇地区的线路, 大部分负载率都低于20%。可以说, 这些线路的截面情况可以满足乡镇地区的现状负荷水平, 建议对线路的截面进行改造时应以负荷的实际发展为依据, 在还能满足近期内负荷发展的前提下, 部分乡镇线路的截面改造可以适度延迟。但是对负荷的增长较为迅速的县城地区, 其供电线路的主干截面应按长远负荷发展来考虑, 对现状存在截面偏小的线路应该尽快按统一的标准进行改造。

5 电网设备选型

山区电网应有较强的适应性, 新建的主干线按长期规划发展需要的规模一次选定预留容量, 在相当长的时间内不需更换, 不再扩建。将来不满足需要时, 另新增线或按城网规划插入新的高压变电站, 而配电网的结构基本保持不变。设备应选用短路容量能满足长期发展需要、可靠性高、体积小、维护工作量少和操作简单的新型设备, 如开关、真空开关、环网柜、小型封闭式配电装置及各种新型熔断器。

(1) 变压器。

220kV主变选择220kV/110kV/10kV三卷绕组的变压器;110kV主变选择110kV/10kV两卷变压器, 或者110kV/35kV/10kV三卷变压器, 以满足山区电网接入系统。

山区负荷不集中, 电压合格率差, 为保证10kV母线电压合格, 提高运行的灵活性, 主变采用低损耗有载调压变压器。

中性点接地方式, 主变压器220kV、110kV中性点直接接地, 但运行时可能出现不接地运行方式, 主变中性点装设接地刀闸和氧化锌避雷器, 便于运行方式的选择;10kV属于非有效接地采用经接地变和消弧线圈接地运行方式。

(2) 线路。

为保证新建的主干线在相当长的时间内不需更换, 220kV线路导线采用2×300的钢芯铝绞线导线, 110kV线路导线选用240或300钢芯铝绞线, 35kV线路导线选择120的钢芯稀土铝绞线。地线采用OPGW复合地线以满足通讯需求, 根据需求灵活选择芯数, 对已经有OPGW联络的站点, 可以选取稀土钢绞线的普通地线作防雷保护使用。10kV架空线路主干线截面选择应系列化、标准化, 一般不宜超过3种, 同一分区内主干线截面应一致。10kV架空线路一般选用铝绞线或钢芯铝绞线, 主干线截面一般选择240mm2、185mm2、150mm2。

(3) 断路器。

随着科技的发展, 无油化已基本普及, 山区110kV以上电压等级的断路器设备, 一般选取SF6型, 35kV、10kV选择开关柜内配真空断路器或SF6断路器。架空线路分段、联络开关选用体积小、开断容量大、维护方便的柱上SF6或真空开关, 逐步淘汰柱上油开关。

(4) 无功补偿装置。

无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置。可采用分散与集中补偿相结合的方式。变电站的无功补偿容量按主变压器容量的20%配置集中补偿, 针对山区负荷比较少, 每台主变配置电容器组可以按照主变压器容量的20%或稍低的比例进行配置。分散补偿一般在用户低压侧装设自动投切电容器, 按照无功就地自动补偿原则设置, 自然功率因数达不到规定标准的各级电压用户应安装无功补偿设备。

(5) 综合自动化系统。

山区的变电站比较偏远, 随着技术的发展, 变电站一般按自动化无人值班站设计, 采用综合自动化一体化系统, 不设独立VQC工作站及五防工作站, 并装设一套图象监视系统。监控系统采用双以太网, 兼做保护信息网功能。主变、线路保护均保护采用国产微机保护, 其中主变主保护用二次谐波制动原理的差动保护、线路保护采用光纤差动保护装置。

6 结语

当前, 应当抓住国家加大电网投资的机遇, 加快山区 (郁南) 电网建设步伐, 加快220kV变电站建设, 提升电压等级, 合理增加110kV变电站布点, 优化电网配置。对现状存在的10kV线路过长、主干截面种类多、截面不符合要求等问题, 要以变电站供电范围的优化划分为基础, 根据负荷的发展, 通过负荷切改和新建线路, 对旧线路进行升级改造, 通过对联络线路的建设, 逐步减小辐射线路, 提高环网率, 提高互供互备的能力和供电可靠性, 逐步解决电网中存在的问题。

经过“十一五”的建设, 主网形成以220kV变电站为中心站, 110kV变电站布点合理, 配电网年平均可靠率应逐步达到99.9%, 电压合格率达到98%, 建成一个坚强、安全、可靠的山区电网。

摘要：文章以广东省云浮郁南县为案例对山区电网的结构、运行情况、设备状况进行了深入的分析, 提出了加强山区电网建设的规划设计方案, 并结合山区实际对山区电网建设的设备选型进行了探讨。

关键词：电力,电网,规划,设计,变电站