（1.贵州电网有限责任公司电网规划研究中心 贵州贵阳 550000; 2.天津天大求实电力新技术股份有限公司 天津 300384）
摘要：我国各地区地形地貌及负荷分布差异巨大，因此，针对不同地区的地形地貌与负荷分布特征构建适合我国各地区特点的目标网架以指导配电网的规划和改造，具有重要的现实意义。本文首先分析了国际先进地区的典型目标网架结构——也即世界一流配电网网架结构，并就六盘水电网能否参考、借鉴、应用这些网架结构给予了实际分析，对国内外网架结构进行了对比。
关键词：配电网；目标网架；本土化
0 引言
我国各地区地形地貌及负荷分布差异巨大，因此，针对不同地区的地形地貌与负荷分布特征构建适合我国各地区特点的目标网架以指导配电网的规划和改造，具有重要的现实意义。
为此，本文首先分析了国际先进地区的典型目标网架结构——也即实际一流配电网网架结构，并就六盘水电网能否参考、借鉴、应用这些网架结构给予了实际分析，对先进电网网架结构的本土化应用前景进行了解析。
1 世界一流城市配电网
1.1 法国巴黎
巴黎电网呈“哑铃”形结构，强化两端、简化中间。400kV电网环网运行，20kV建设成环（三个同心圆状的主干电网）、开环运行，225kV变电站布点在巴黎市区周边以放射方式接入。
巴黎电网电压等级主要分为4级，为400/225/20/0.4kV。中压配电网是20kV，大致分为“三双”、单环网、辐射型三种结构，三双结构用于核心地区，单环网用于一般地区，辐射型结构用于郊区和农村地区。
“三双”结构（双侧电源、双主干线、双路接入）用于核心区域，中压主干线采用双环或三环结构，单个配变通过两路“双T”接入中压主干线，配电室装有备自投。当一条环网出现故障时，备自投直接投切到另一路环网。该结构相比普通双环网的特点是单配变采用双路电源接入，供电可靠性更高，同时对配电自动化要求较低，但造价较高。
单环网结构适用于中等负荷密度城市，中压主干线采用单环链式结构，配变破口接入。目前，ERDF约有1.1万条中压馈线采用链式结构，线路长度6.3万公里，每条馈线设3-4个遥控开关，设故障指示器，停电时间小于30分钟。
辐射结构适用于农村地区，中压主干线采用单环结构，配变“单T”接入树枝状支线，主干线一般采用电缆，支线采用架空线。目前，ERDF有1.2万条中压馈线采用这种接线结构，线路长度50.4万公里，每条馈线设2-3个遥控开关，停电时间小于2小时。
1.2 英国伦敦
高压配网主要是指电压等级为132~22kV的输电网，对应于国内的110kV~35kV的配网，其中132kV电网一般始于从输电网受电，电压变比为400(275)/132kV的供电变电站。
66kV、33kV通常采用线变组馈供形式，由典型的配置是四回进线、四台15MVA、电压变比为66(33)kV/11kV的主变。
66（33）kV变电站低压侧设计思想同132kV变电站，也是采用了低压侧母线分段环形设计，当任一主变故障时，母线分段开关自动动作，将故障主变的负荷转移到剩余3台主变上，从而保证了主变N-1后的不间断供电。
主要特点：英国高压配电网结构较为简单，采用大量的线路“T”接和线变组接线方式（不设断路器）。132千伏和33千伏变电站采用主变低压并列运行方式，有效提高了供电可靠性。
1.3 新加坡
新加坡电网电压等级主要分为5级或6级，为400/230/66/22/0.4kV或400/230/66/22/6.6/0.4kV。中压配电网主要是22kV电压等级，变电站每两回22kV馈线构成环网，形成花瓣结构，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。
为了满足运行需求，22kV线路站点上都配置断路器和光纤纵差保护。当22kV线路任一段发生故障时，其两端站点的光纤纵差保护动作瞬时切开故障区域，非故障区域不受影响。该结构特点是22kV合环运行，依靠全站点配置断路器和光纤纵差保证电网安全稳定运行，供电可靠性非常高，但投资也非常高。
2 六盘水饱和电网介绍
六盘水中心城区规划面积为703平方公里，远景年负荷约为2680MW。远景年220kV变电站共11座，变电总容量为4470MVA，220kV网架以双回链式结构为主； 110kV变电站共34座，110kV网架以双侧电源完全双链及双侧电源不完全双链为主； 10kV公用线路共有682回，10kV网架以双环网、单环网及多分段适度联络为主。
六盘水中心城区供电能力充裕、网架结构清晰、运行灵活可靠、绿色节能环保。高压电网饱和网架如下图所示。
图17 六盘水中心城区高压电网饱和网架（部分）
3 六盘水电网与世界一流网架的结构差异
在了解了六盘水电网与世界其他地区城市电网现状情况的后，发现六盘水电网与世界一流城市供电网在电压层级上、网架结构上、供电可靠性评价标准上均存在差异，在比较相应差异的同时分析得到六盘水现状供电网跟其他城市差异与不足。
法国中压配电网典型结构主要为“三双”结构、链式结构和“单环+树枝”结构三种，简单清晰，其中，中压电缆网多采用“T”接方式接入配变。法国中压主干线绝大多数实现联络，中压配电网具有联络强、裕度大的特点，能为上一级变电站提供备用和支撑。
与法国情况相比，六盘水配电网目前结构种类较多。中压架空网结构有辐射、单联络、多分段适度联络等；中压电缆网结构有辐射、（单、双）环式等。中压电缆网多采用破口方式接入配变，主干线路联络率较低，中压配电网的转供能力不高。
新加坡电网变电站每两回22kV馈线构成环网，形成花瓣结构，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。六盘水配电网与之相比在中压配网供电可靠性存在一定的差距，这一差距是由于新加坡电网这样的网架结构与相应的二次保护设备的配合造成的。新加坡电网依靠全站点配置断路器和光纤纵差保证电网安全稳定运行。与此同时还应看到，在保证供电可靠性高水准的同时，投资水平也处在很高的水平线上。
在英国的网架结构中最大特点为南部的400kV输电网络强，400kV变电站布点多，基本形成了全面覆盖的主网架结构，而275kV输电网络基本各自成片，并不是一个全面互联的网络结构（目前275kV有逐步停止发展的意图），也就是说英国输电网是“强+弱”的格局，此外，400kV直降132kV的供电方式，是英国不同于六盘水电网的一个显著特点，其内涵和影响非常值得进一步深入研究。六盘水500kV、220kV输电的网络特征都很强，全面覆盖全市所有地区，是“强+强”的格局，目前都在较快发展，由于电网密集，短路电流问题突出，各地区之间用220kV运行开断的方法实现分层分区运行，220kV片区内主要采用环网结构。
英国132kV配电网结构简化，基本上都是采用“线路T接”和“线变组接线”方式，向同一变电站供电的不同线路基本上合环运行，注重与上下级电网的支撑互补；六盘水110kV配电网，网络接线形式和电气接线形式较多，110kV电网所有变压器和线路全部开环运行，也注重与上下级电网的支撑互补，但是自动运行方面相对保守，备自投等装置运行限制较多。
同与这些国家的比较可以看出，六盘水在未来的电网网架规划中还有很大的提升空间，在学习借鉴国内外先进经验技术的基础上，结合本地电网现状与发展建设目标要求，构建目标网架并分年分阶段提出建设目标。六盘水电网在南方电网公司相应导则基础上提出的，高压配网采用双链构建，中压配电网采用双环网构建的目标接线方式也已成为目前电网发展较为发达国家的普遍接线模式，构建环网接线不仅符合公司发展目标也符合电网实际发展步伐的要求，具有一定的指导意义。
3.1 中英比较
英国的ER P2/6从分类上来讲属于确定性标准，但是其实质上来源于大量的概率性、经济性分析。作为电网安全标准的基础性文件，其核心思想为：以最终客户的供电可靠性作为规划目标，将系统安全性与客户负荷大小相关联，按照负荷组大小划分级别，用“N-1”和“N-1-1”法则作为衡量手段，给出了各级电网所应达到的不同的安全和可靠水平。
英国和六盘水输电网安全标准比较总体上来讲是各具特色、各有利弊。与英国配电网标准ERP2/6相比，我们的标准在突出防欠投资和过投资作用、进一步量化和精确化、结构进一步协调等方面与其存在差距。通过比较我们可借鉴英国标准的可取之处，为进一步完善我们的标准，进而为提高本地电网规划运行水平提供帮助。具体比较如下：
1）英国强调最低限度标准，六盘水则较少提到最低限度，而更多提到“充分、足够”等要求，是一个较理想化的标准；
2）若偏离标准，英国强调经济评价和效益分析，六盘水电网较少强调此类要求；
3）英国标准的量化准则较多，例如负荷组、恢复时间、损失多少负荷等概念提出，而我们标准以“高压”、“中压”、“低压”为划分对电网故障后的供电及恢复提出要求，相对模糊且不利于定量分析。我们标准中使用“部分负荷”、“规定时间”等描述，相关量化标准较少，可能带来随意性和不确定性；
4）英国标准区别了大小负荷组，提出了下级转供负荷的具体要求，从实质上对电网结构层次进行了规划，促进了下级电网支撑上级电网。我们的标准结构性并不太明显；
5）英国标准通过对负荷恢复时间相关要求的精确描述，从实质上对二次系统的功能目标和适用场合都提出了框架要求。我们的标准没有相关的量化规定，对二次系统的要求不够明确；
6）英国标准使用有条件的“N-1”准则，负荷越大要求越严。我们则参照输电网标准提出了层层“N-1”要求，可能导致整体规划建设标准和投资上升；
7）英国标准不使用容载比指标，我们则使用容载比指标对整体变电容量进行宏观描述。容载比指标一般适用于经济高速增长期，是用作描述变电站布点和变电容量总量及帮助控制投资的宏观指标。容载比不是生产运行指标，不能用来决策具体方案。
8）英国标准把电网分为“电源接入、主网、负荷接入”三部分，分别针对其功能提出要求，导致各部分规划设计各司其职，相对独立；而六盘水标准系统思想较强，注重电网整体规划，提出“分散送端系统、加强受端系统、合理分层分区、避免电磁环网”等统一要求；
3.2 中德比较
德国电网是同样是可靠性相当高的电网，其配网自动化程度并不高，在对用户的接入技术要求中对中低压接入用户在无特殊情况下均只要求现场操作。德国电网结构在110千伏及以上均采用可靠性程度非常高的网格状结构（较昂贵方案），而中低压电网结构也存在不少网格状结构，纯辐射状无联络结构实际比例并不高。另一方面110千伏及以上变电站主接线形式也以多母线或多母线分段形式为主（较昂贵方案），中压变压器以环网接入形式为主。以上两方面昂贵方案的采用保障了德国电网的高可靠性程度。
但德国电网企业也在寻求在不降低可靠性水平的情况下较省钱的网络方案形式，而凭借德国较成熟的软件辅助技术，可以量化考察特定网络方案是否达到相对省钱的高可靠水平。
六盘水电网通过与其对比发现，在配网的可靠性水平方面有所欠缺。六盘水中压配网联络率在城市区域可以达到80%左右，在农村区域可以达到50%左右，但联络没有清晰规划思路，而是在需求引导下，就近勾连。在六盘水这样的高人口密度地方，如何提高配网可靠性水平需多方思考，寻求妥善解决方案。
根据近期的调查诊断，六盘水电网退役设备寿命绝大多数在20年以内，而比较德国输网在役设备平均寿命普遍达到或超过20年，尤以线路杆塔为甚，平均寿命甚至超过50年，反映设备管理思路及方法的差异。
德国对设备寿命的判断主要来自于两方面，一是规定的设备寿命，德国对主要设备的寿命期判断以40-50年为主；二是设备故障统计数据变化情况，在设备寿命期内，只有当设备故障数据出现异变时，才提及可能的设备更换。
在六盘水电网设备管理中，这方面的管理缺乏量化判断依据，对设备寿命也以25年折旧期为主，具有很大的提升优化空间。
3.3 中法比较
法方追求不同电压等级电网协调满足N-1，且N-1方式下校核负荷采用较低的正常温度时最大负荷，考虑主变过负荷能力25% 。在校验N-1时，法国使用极寒温度时最大负荷和正常温度时最大负荷概念 。正常方式下采用极寒温度最大负荷；N-1方式下，采用正常温度下最大负荷校核，减少了电网冗余配置。
法国制定网络方案时考虑不同时期、不同地区对配电网的具体要求，经过技术经济比较确定方案，不机械地追求电网层层满足“N-1”。此外，在校验N-1时，法国采用的是正常温度下最大负荷，避免采用极寒温度下最大负荷引起的电网过度冗余配置。
我国电网在历史发展过程中，参照输电网标准提出了层层“N-1”要求，其标准更为严格。上述措施为确保电网安全可靠性做出了巨大贡献，使得供电安全有着很大的保障，但同时也付出了电网整体规划建设标准和投资上升的代价。建议公司在配电网规划设计过程，借鉴吸收法国经验做法，考虑上、下级电网互相协调和支持，在确保大电网安全稳定性的前提下，提高面向用户的供电可靠性，避免过度强调电网各层级N-1以减少不必要的建设投资。
新加坡和巴黎中压配电网分别采用了梅花状和三双的网架结构，可以获得极高的供电可靠性，但投资相对较高，其中三双结构的技术经济性相对较好。六盘水中压配电网可靠性最高的仅是双环网结构，其标准本身相比新加坡和巴黎还有一定差距，从占比来看，六盘水双环网比例仅10.79%，明显偏低，造成六盘水电网整体可靠性偏低，同时也不利于配电自动化的建设。
4 结语
目前六盘水电网城市核心地区的中压配电网过于复杂，部分10kV线路联络数过多，存在一定的无效联络。与巴黎、新加坡相比，网架结构不清晰，造成运行复杂，投资效益不高。
总之与世界一流城市供电网相比，六盘水电网的网架结构还有一定的提升空间，需要积极学习借鉴国外的先进网架结构，提高六盘水电网的供电可靠性、安全性和经济性。
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作者简介
卢嗣斌（1985,6—），男，汉族，高级工程师，研究生学历，长期从事电网规划及分布式能源并网研究等工作。工作单位：贵州电网有限责任公司电网规划研究中心。邮编：550000；
贺墨琳（1989,9—），女，汉族，助理工程师，研究生学历，长期从事电网规划等工作。工作单位：贵州电网有限责任公司电网规划研究中心。邮编：550000；
王海龙（1990,1—），男，汉族，助理工程师，学士学历，长期从事电网规划设计等工作。工作单位：天津天大求实电力新技术股份有限公司。邮编：300384。
论文作者:卢嗣斌, 贺墨琳, 王海龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
标签：电网论文; 结构论文; 网架论文; 负荷论文; 变电站论文; 六盘论文; 英国论文; 《电力设备》2016年第4期论文;