【精彩论文】钻石型配电网升级改造研究与实践

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阮前途，谢伟，张征，祝瑞金，

石方迪，李亦农

国网上海市电力公司

引文信息

阮前途, 谢伟, 张征, 等. 钻石型配电网升级改造研究与实践[J]. 中国电力, 2020, 53(6): 1-7, 63.

RUAN Qiantu, XIE Wei, ZHANG Zheng, et al. Research and practice on the upgrading for diamond distribution network[J]. Electric Power, 2020, 53(6): 1-7, 63.

研究背景

自国家能源局配电网建设改造行动计划（2015-2020年）发布以来，中国开展了新一轮城市配电网升级改造，满足了负荷增长和城市发展的需求，但部分城市中压配电网仍然面临一些问题与挑战，主要体现在：

（1）以单侧电源供电为主，故障情况下变电站间负荷转供能力不足，降低了供电安全性。

（2）正常运行方式下变电站间负荷平衡能力不足，局部地区变电站轻载和重载现象并存。

（3）变电站直送用户线路较多，且部分用户装接容量较小，出线间隔利用率不高。

论文所解决的问题及意义

城市配电网是电能供应链中联系电网企业和终端用户的关键环节，是确保城市能源供应安全、实现经济效益、彰显电网企业社会责任与优质服务水平的重要载体。一流的城市需要一流电网，为了满足城市配电网高供电安全性和可靠性要求，针对目前变电站间负荷转供能力和平衡能力不足、变电站直送用户线路利用率不高等问题，本文提出钻石型配电网发展思路，阐述其结构、技术经济特征和主要技术要求等，意在有效推进城市配电网升级改造，实现配电网高质量发展。

论文重点内容

国内外在中压配电网接线模式方面已经开展大量研究实践。东京点网式接线T接用户数多、线路利用率高，且并列运行供电可靠性较高，但在站间负荷转供能力方面有所欠缺。

图1  东京电网式接线

新加坡单花瓣接线全线开关站配置、闭环运行，且站间存在联络，但调整站间负荷须打破花瓣闭环运行，站间负荷转供灵活性不足。

图2  新加坡单花瓣接线

国内部分城市采用常规双环式接线配合配电自动化的方式，站间负荷转供能力强，但故障情况下停电范围大、供电恢复时间长，且负荷开关配置难以满足大容量用户和分布式电源的接入需求。

图3  国内常规双环网接线

国内外城市从各自发展需求和配电网建设改造条件出发，形成各具特色的适合本城市的配电网发展策略，但在解决中国城市配电网面临的问题与挑战时仍存在不足。因此，本文在综合单花瓣接线全断路器、常规双环式接线站间联络优点、开关站（环网站）单环网接线的基础上，统筹考虑技术经济效益，提出了钻石型配电网的发展思路。

10kV钻石型配电网是指以开关站为核心节点、双侧电源供电、双环式连接、开环运行、配置自愈的电缆主干网，具有“全电缆、全断路器、全互联、全自愈”的特征，如图4所示。

图4  钻石型配电网示意

钻石型配电网采用分层分级的结构，分为10kV主干网和10kV次干网两个层级，不同层级的电网采用差异化的接线模式和二次系统配置，在保证供电可靠性的同时兼顾投资经济性，其主要技术经济特征如下。

（1）友好的新能源与用户接纳能力

钻石型配电网中开关站进出线配置全断路器和全纵差保护，可避免分布式电源和微电网接入引起的故障电流变化对现有继电保护的影响，可以更好地接纳分布式电源和微电网接入配电网。

在电缆化率较高的城市配电网，变电站10kV侧主要采用小电阻接地方式，钻石型配电网中开关站进出线配置全断路器，可解决800kVA装接容量以上用户接入点熔断器的熔断曲线与零序电流保护整定值难以配合的问题，满足大容量用户的接入需求。

（2）强大的负荷转供及平衡能力

钻石型配电网中10kV主干网站间联络率达到100%，站间负荷转供能力达到100%，除满足本级电网检修方式下“N-1”安全供电外，可支撑上级变电站满足检修方式下“N-1”安全供电。

在正常运行方式下，钻石型配电网可通过灵活调节变电站所供的开关站数量，在不降低配电网供电可靠性的前提下，实现上级电源变电站负载的有效平衡，非常适用于大容量主变、小容量主变交叉供电的区域以及变电站负载率不均衡的区域。

图5  钻石型配电网站间负荷平衡示意图

（3）高可靠的供电能力

钻石型配电网全线配置自愈系统，10kV开关站按母线段设置自愈保护控制装置，具备每个间隔的遥测、遥信、遥控功能，就地完成信息采集，远方自动执行自愈策略，实现故障情况下非故障区域秒级供电恢复功能。

以某城市地区配电网供电可靠性参数为计算依据，计算四种典型主干网接线供电可靠率。钻石型接线供电可靠率最高，为99.999612%，年户均停电时间122.3秒，比开关站单环网接线少3.4秒，比单花瓣接线少3.2秒，比常规双环式接线少11.8秒，达到世界一流水平。

（4）兼顾经济性与可实施性

通过在标准化网格中建立典型网架的拓扑结构，计算得到新建钻石型配电网的综合造价，与单花瓣配电网基本持平，比常规双环式接线增加约22%，比单侧电源开关站单环网接线增加约7.7%，经济性适中。

对于现状为开关站单环网的电缆网络，可有效利用原单环网中的开关站和进出线，在基本保留已建电缆网的基础上，通过站内线路拼接、已建线路开断改接、线路加绑等方式即可完成钻石型配电网改造，可实施性好。

研究结论

本文提出的钻石型配电网发展思路，有效利用现状电缆单环网、常规双环式接线的站址和进出线，增加较小的投资，较大程度地提高安全性、可靠性等配电网技术指标。

钻石型配电网适用于把开关站定位为配电网主要节点或以环网站为节点的常规双环式接线且供电安全性和可靠性要求高的地区，例如大型城市的中心城区。

主要作者介绍

第一作者：阮前途(1965—)，男，高级工程师（教授级），博士，从事电网规划、电网调度、安全运行、科技创新、国际业务等研究和管理工作。

E-mail：[e-mail]。

第二作者：谢伟(1968—)，男，高级工程师，硕士，从事电网运行、科技创新、智能电网、配用电技术等研究和管理工作。

第三作者：张征(1978—)，男，高级工程师，硕士，从事电网规划、智能电网等研究和管理工作。

第四作者：祝瑞金(1967—)，男，高级工程师，硕士，从事电网规划等研究和管理工作。

第五作者：石方迪(1977—)，通信作者，男，高级工程师，硕士，从事配电网规划等研究和管理工作。

E-mail：[e-mail]。

第六作者：李亦农(1968—)，男，高级工程师，从事配电网规划、系统分析等研究和管理工作。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：蒋东方

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