江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式调查研究20131108.doc
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1、江苏省电力公司 2013 年 调查研究报告之 江苏示范区配电网供电安全标准江苏示范区配电网供电安全标准 及典型接线模式研究及典型接线模式研究 (2013 年年 11 月)月) 发展策划部发展策划部 内容摘要:内容摘要: 项目研究首先调研了国内外发达城市的配电网接线模式及 供电安全标准,并与江苏省现状进行对比分析。然后分别从线 路分段情况、A 负荷组用户数、导线型号、导线长度、负荷密 度、负荷分布,共 6 个角度详细分析影响供电可靠性与供电安 全标准的因素及影响程度。提出各种接线模式与载荷能力关系 对照表,确定满足供电安全标准的边界条件。最后结合供电安 全标准、供电可靠性水平与投资经济性,提出差
2、异化接线模式 优选方法,从而满足在不同需求与可靠性目标下的接线模式选 择方案,主要包括:确定投资规模条件下的接线模式选择、在 确定可靠性水平条件下的接线模式选择、综合考虑供电可靠性 与投资经济性最优下的接线模式选择。 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 1 目录目录 第一章 项目背景.1 1.1 项目背景、意义 .1 1.2 配电网接线模式研究现状2 1.3 架结构不合理带来的主要问题3 1.4 理论研究基础4 1.5 主要影响因素6 第二章 国内外典型接线模式调研.9 2.1 国外配电网网架结构概况 .9 2.1.1 巴黎配电网网结结构9 2.1.2 新加坡配电网网结结构13 2
3、.1.3 东京配电网网结结构17 2.2 国内配电网网架结构概况 .20 2.2.1 北京配电网网架结构20 2.2.2 上海配电网网架结构23 2.3 国内配电网典型接线模式 .24 2.3.1 架空线路接线模式24 2.3.2 电缆线路接线模式.28 2.4 本章小结 .31 第三章 供电安全标准调研.33 3.1 供电安全标准的定义: .33 3.2 研究范围与内容 .33 3.2.1 国内外安全标准对比.33 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 2 3.2.2 供电安全标准差异化定量分析.34 3.3 现有供电安全标准 .34 3.3.1 英国 P2/6 标准34 3.3.
4、2 国家电网公司 Q/GDW 1738-2012 供电标准.37 3.3.3 扬州地区供电安全示范标准.39 3.4 安全标准对比 .41 第四章 供电可靠性影响因素分析.44 4.1 分析条件 .44 4.1.1 接线模式选择44 4.1.2 接线模式选择44 4.2 分段情况对供电可靠性的影响 .45 4.2.1 计算条件45 4.2.2 各种接线模式不同分段情况可靠性分析45 4.2.3 线路最优分段情况优选47 4.2.4 分段灵敏度分析50 4.3 用户数对供电可靠性的影响 .52 4.3.1 计算条件52 4.3.2 各种接线模式装接用户数可靠性分析53 4.3.3 考虑配出负荷故
5、障时装接不同用户数可靠性分析54 4.3.4 用户接入系统的位置对可靠性分析56 4.4 负荷密度对供电可靠性的影响 .59 4.5 不同负荷密度地区供电可靠性水平 .61 4.5.1 计算条件62 4.5.2 可靠性评估结果62 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 3 4.6 本章小结 .64 第五章 供电安全性影响因素分析.67 5.1 分析条件67 5.2 电缆单环网67 5.2.1 基本分析67 5.2.2 分析结论68 5.3 电缆双环网68 5.3.1 基本分析68 5.3.2 电缆双环网接线 2+2 分段69 5.3.3 电缆双环网接线 2+3 分段70 5.3.4
6、电缆双环网接线 3+3 分段71 5.3.5 电缆双环网接线分段分析结论72 5.3.6 负荷分布对电缆双环网接线安全性的影响分析结论72 5.4 架空线单联络接线73 5.4.1 基本分析73 5.4.2 分析结论74 5.5 架空线两联络接线74 5.5.1 基本分析74 5.5.2 架空线两联络接线分段74 5.5.3 架空线两联络接线分段分析结论75 5.5.4 负荷分布对架空线两联络接线安全性的影响分析结论76 5.6 架空线网格接线76 5.6.1 基本分析76 5.6.2 架空线网格接线分段分析77 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 4 5.7 分析结论78 第六章
7、 基于可靠性经济性的接线模式差异化优选.80 6.1 经济性优化条件 .80 6.1.1 设备综合造价80 6.1.2 经济性条件81 6.2 接线模式差异化优选方法 .83 6.2.1 可靠性与经济性相协调理论83 6.2.2 可靠性经济性评估方法84 6.2.3 中压配电网投资模型.87 6.3 基于可靠性经济性的接线模式差异化优选 .90 6.3.1 确定投资条件下的接线模式优选90 6.3.2 确定供电可靠性目标下的接线模式优选93 6.3.3 可靠性经济性协调的接线模式优选94 6.4 案例分析 .101 6.4.1 架空线多分段单联络接线模式102 6.4.2 架空线多分段两联络接
8、线模式103 6.4.3 架空线网格式结构接线模式104 6.4.4 电缆线单环网接线模式105 6.4.5 电缆线双环网接线模式106 6.4.6 不同母线接线接开闭所模式106 6.4.7 负荷密度为 6MW/km2 下各种典型接线模式优选.107 第七章 供电安全标准综合分析.111 7.1 接线模式和载荷能力关系表111 7.2 接线模式与供电可靠性关表112 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 5 7.3 接线模式与投资关系表113 7.3.1 接线模式与投资关系计算表113 7.3.2 接线模式与投资简化表115 7.4 供电安全标准综合案例118 7.4.1 供电安全
9、标准校核118 第八章 主要结论.120 8.1 项目研究目标120 8.2 供电安全标准与接线模式调研120 8.2.1 接线模式调研120 8.2.2 供电安全标准校核121 8.3 供电安全标准与接线模式影响因素121 8.4 供电安全标准校核123 8.5 接线模式差异化优选124 8.5.1 确定投资条件下的接线模式优选124 8.5.2 确定供电可靠性目标下的接线模式优选125 8.5.3 可靠性经济性协调的接线模式优选125 8.6 供电安全标准及接线模式差异化优选方法126 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 1 第一章第一章 项目背景项目背景 1.11.1 项目背
10、景、意义项目背景、意义 电力网络是电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分, 包括变电、输电、配电 3 个环节,可以简单地描述电源与负荷 的连接关系。电力网络中,要考虑不同电压等级电网拓扑以及 相互间的配合关系,这就是网架结构问题。 在现有的电力网络中网架结构不能很好地满足国民经济和 用电负荷快速发展的需要,需要构建适应经济发展和面向未来 的电力网络。向下,电力网络直面负荷,与负荷密度、负荷大 小和负荷的可靠性需求密切相关;向上,电力网络承接电源, 与电能传输及运行安全性紧密关联。因此,应该从电力网络的 全局出发,综合全面地、相互关联地协调合理的优化电网网架 结构。 配网规划工作中,接线模式的
11、选择不仅牵涉到电网建设的 经济性和可靠性,而且对于整个电力工业的发展和用户的发展 有重要的影响,对提高规划水平和质量、提高电网可靠性和适 应能力十分重要。尤其是在地区负荷增长迅速的地区,此外新 建开发区的负荷密度饱和值可能会与周边地区的现状负荷密度 存在较大差异,因此相对应的现阶段接线模式也可能有所不同, 需要充分考虑接线模式的过渡方案。随着对电网供电可靠性需 求的不断提高,配电网接线模式选择的重要性和必要性日益突 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 2 出,但在当前配网规划过程中,由于规划人员的精力限制,配 网接线模式通常按照规划区域周边电网情况选取,很少进行相 关的论证,配电网
12、接线模式的合理选择并未得到应有重视。同 时近年来,随着我国城市经济的快速发展和城市建设、电力用 户对电力供应的数量和质量的要求也日益提高。而目前我国大 部分地区配电网接线模式的选择不能与经济发展和城市建设相 适应,阻碍了配电网的发展,使我国配电网普遍比较薄弱,这 些问题随着城市负荷的快速增长变得日益突出,不仅给电力部 力部门和众多的电力用户造成了巨大的经济损失,而且影响了 人民的生活质量。 因此,对目前我国配网中的各种网络接线模式的定量经济 技术比较计算,从而得出一些规律性的结论非常必要,并且意 义重大。 1.21.2 配电网接线模式研究现状配电网接线模式研究现状 目前国内外有关配电网的供电模
13、式很多,在配电网规划、 建设及改造过程中,选择具体的配电网网架结构须考虑供电可 靠性、操作安全性、运行灵活性、节省基建投资、运行费用低、 并留有发展余地等基本要求。配电网网架结构的确定作为配电 网设计的主体,还应该根据区域的经济状况和负荷情况合理选 择并具体确定。毫无疑问,供电模式的选择与很多因素密切相 关。目前大部分的规划研究很难把网络供电模式结合进去一起 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 3 研究,有关供电模式的优劣主要是定性的分析,以及除了技术 上的因素外靠一些规划人员在经验基础上积累起来的个人偏爱 进行的供电模式的选择或是对各种接线模式进行定性分析,这 些接线模式的选择现
14、状主要是缺乏系统的基于科学计算的量化 分析比较。 1.31.3 架结构不合理带来的主要问题架结构不合理带来的主要问题 目前我国配电网网架结构不合理带来的主要问题有: (1)设备利用率低: 至 2010 年我国 10kV 供电负荷为 2.07 亿 kW;10kV 配变台 数 313.8 万台,容量 5.17 亿 kVA,配变平均负载率为 42%;有 10kV 线路条数 19.08 万条,按线路载流量 500A 计算,线路平 均负载率约为 22%。 (2)线路损耗较大: 近年来我国输配电网线路损耗呈逐年下降趋势,但仍保持 在 7%以上。而 2000 年日本输配电网线路损耗为 5.6%;2000 年
15、 德国输配电网线路损耗为 4.9%;1995 年美国输配电网线路损 耗为 5.6%。与发达国家比我国线路损耗仍有进一步下降的空间, 线路损耗中 10kV 线路损耗占整个电网损耗的 50%以上,因此通 过改善配电网结构,优化供电负荷可以有效的降低网损。 (3)供电可靠性较低: 目前我国 10kV 配电网呈辐射状电网结构,即使形成环网 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 4 也是开环运行,电网最多只能从结构上满足“N-1”的要求, 在线路故障时,供电可靠性较低。 (4)网架结构复杂 目前我国 10kV 配电网接线模式有架空线的单辐射接线、 手拉手接线、三回馈线环式接线、两分段两联络接线
16、等;电缆 线路有单辐射接线、单环网接线、两供一备接线、 “N-1”接线 和双环网接线等,接线模式众多,且形成的网架结构比较复杂, 为配电网规划、建设、改造、调度等工作都带来很大困难。 1.41.4 理论研究基础理论研究基础 本文接线模式研究的基础是可靠性与经济性相协调的理论。 可靠性与经济性相协调,研究的是电力系统可靠性水平与经济 效益之间的合理关系,以及投资与提高电力系统可靠性水平间 的关系,包括缺电和停电损失的估计、典型重大电力系统事故 调查分析、可靠性投资与可靠性效益分析等方面内容。 供电可靠性和经济性是配电网电压等级序列与网架结构优 化所要考虑的两个重要技术经济指标。可靠性和经济性具有
17、对 立性,一般来说,高可靠性需要通过高投入换来。然而,如果 考虑供电可靠性所带来的经济价值,供电可靠性与经济性又具 有统一性。因此,如何协调地合理地对供电可靠性和经济性进 行综合考虑,成为配电网电压等级及网架结构优化的基础理论 问题。 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 5 提高供电可靠性往往需要增加投资成本,而降低投资成本 也往往带来供电可靠性的下降,因此,高供电可靠性与低投资 成本是一对矛盾。有效化解这对矛盾,需要采用可靠性成本/ 效益分析(Cost/BenefitAnalysis)的优化办法,确定获得总 成本最低的电压等级序列或网架结构优化方案。 电网可靠性成本是供电企业为使
18、电网达到设计的可靠性水 平而需增加的电网建设投资和电网年运行维护费用;可靠性效 益是电网达到一定供电可靠性水平而使用户获得的效益。在成 本/效益分析法中可靠性效益用缺电成本来表示,即由于电力 供给不足或中断引起用户缺电、停电而造成的经济损失。可靠 性成本/效益分析曲线如图 1-1 所示。 成本 可靠性水平 可靠性边际 缺点成本 投资成本 总成本 Tm T1 T2 RmR1R2 D C A B 图 1-1 可靠性成本/效益分析曲线 当投资成本曲线斜率与可靠性边际缺电成本曲线斜率大小 相等、方向相反时,总成本最低,为图中的 Tm点,这时所对应 的可靠性水平 Rm为最佳可靠性水平。如果电网投资不足,
19、设可 靠性成本对应于投资成本曲线上的 A 点,则相应的供电可靠性 水平为 R1,可靠性低于 Rm,结果导致缺电成本为曲线上的 B 点, 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 6 边际总成本 T1高于 Tm;若电网投资过高,设为缺电成本曲线 上的 C 点,虽然相应的供电可靠性水平 R2高于 Rm,但投资成 本的增加(D 点)导致边际总成本 T2仍然高于 Tm。 1.51.5 主要影响因素主要影响因素 1.内部影响因素 (1)负荷需求增加 负荷需求变化是影响配电网电压等级选择的重要因素,合 理的电压等级序列应能适应未来几十年甚至饱和负荷阶段的经 济社会发展需求。饱和负荷密度和未来的负荷增
20、量空间是衡量 供电区域负荷发展的主要指标,同时也是进行电压等级序列优 化和网架结构优化的主要判断依据。 按现阶段区域发展程度的不同,分为新区、建成区及混合 区。 新区一般为经济开发区、居住区和商业区。以经济开发区 为例,电力负荷发展的特殊性是:缺乏负荷发展的相关原始数 据,即使有些数据,也往往由于用地性质的变化而失去了对负 荷预测的价值;对电力供应的质量要求一般较高,要求相应的 配电网具有很高的供电可靠性。与整个城市的建设速度相比, 新区的建设往往更快。在这种情况下,配电网电压等级配置需 要按照饱和负荷密度进行配置。 建成区一般位于城市的中心区,基础设施建设完善,一般 江苏示范区配电网供电安全
21、标准及典型接线模式研究 7 不再有大规模的土建项目。建成区负荷发展处于自然增长的状 态,用地性质短期内不发生大的改变,土地走廊资源受到限制, 对供电质量要求一般较高。因此,建成区电压等级序列和网架 结构需要结合建成区负荷发展特点及城市资源限制情况进行配 置。 混合区包含了以上两种发展程度的用地,因而其电压等级 序列和网架结构配置方案既要按满足饱和水平的负荷密度进行 配置,又要考虑城市资源的限制情况。 (2)负荷用电结构变化 随着经济社会的快速发展,我国工业的国际影响力和市场 竞争力不断增强,企业规模不断扩大,三产和居民用电比例不 断上升,电网的用电结构发生很大变化。城市大型宾馆、酒店、 商场、
22、商务办公楼以及高层住宅迅速增长,报装容量不断提高; 同时大工业、商业用户等大负荷容量不断增加。对于此类用户, 若继续沿用目前配电网电压等级序列供电,将占用大量城市资 源和走廊通道资源,这种问题在我国经济发展水平较高、土地 资源稀缺的城市中心地区已经比较突出。 2.外部影响因素 (1)土地资源 随着城市化和工业化进程的加快,城市土地资源越来越紧 张,电网建设用地也愈加紧缺,尤其在经济发达、人口密度大 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 8 的中心城区,变电站站址以及输电走廊获取困难的问题越来越 突出,很大程度上制约了电网的发展,协调电压等级序列与优 化网架结构是解决该问题的有效手段。
23、 (2)政府政策 长远看来,协调电压等级序列与优化网架结构符合我国节 能降耗、建设“两型”社会的战略方针,但在电网新建和改造 过程中必将面临一些问题,例如资金筹措、土地征用、电价制 定、用户政策、标准规范等,这些都需要依靠政府制定相应的 配套政策。 (3)经济发展 从各国电网发展的实践,特别是经济发展较快的国家来看, 电网建设一般都超前于经济发展。应根据国家或地区的发展规 划,制定好电网发展规划,逐步向合理的电压等级序列和网架 结构过渡。同时电网建设、改造也应避免过于超前,造成经济 浪费。 江苏示范区配电网供电安全标准及典型接线模式研究 9 第二章第二章 国内外典型接线模式调研国内外典型接线模
24、式调研 目前国外一些大城市配电网网架结构建设多形成环状网架 结构,其中典型的有法国巴黎、新加坡等地区,均采用环状网 架结构,开环运行的方式,并增加快速切换装置。该网架结构 有效的增加了配电网互供能力、提高了供电可靠性及设备的利 用率。 目前国内配电网网架结构较为复杂,接线模式也多种多样, 如果区分电缆线路和架空线路接线模式有十几种,架空线路主 要有:单电源线辐射接线、单环网接线模式、不同母线三回馈 线的环式接线和分段联络接线。电缆接线主要有:单电源线辐 射接线、单环网接线模式、两联络双接线、不同母线出线连 接开闭所接线、不同母线环网接线(三座开闭所) 、 “4-1”主 备接线模式、 “4-1”
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