李文博 童 辉 李明源 刘 阳
(中国电建集团河南省电力勘测设计院)
1 河南地区110kV电网结构历史演变
在河南电网发展的初期阶段,110kV网架结构多以链式、辐射式结构为主,其中110kV站内主接线采用双母线、双母线带旁母、单母线分段、单母线分段带旁母等多种主接线形式,种类繁多、标准不一。
在1998年城网改造期间,全国电力系统讨论110kV电网网架结构问题,提出“安全、可靠、经济”原则和T接网架结构。当时郑州公司内部对完全采用T接方式持有不同意见,综合考虑各方意见后,确定了郑州110kV电网采用Tπ混合结构,即两座220kV变电站之间串3座110kV变电站,两侧的110kV变电站网架结构采用T接方式,110kV站内主接线采用线变组接线;中间的110kV变电站网架结构采用π接方式,110kV站内主接线采用双母线接线,如图1所示。
图1 110kV站内双母线接线形式
2002~2004年,城网改造期间建设的变电站陆续投运后,调度部门反映,此类110kV电网结构调度方式不太灵活,建议优化。郑州公司通过研究,2005年开始优化Tπ混合结构,将两侧的110kV变电站网架结构调整为Tπ混合方式,站内110kV主接线调整为内桥+线变组接线;中间的110kV变电站网架结构仍沿用π接方式,110kV站内主接线调整为单母线分段接线,如图2所示。
图2 110kV站内单母线分段接线形式
至2010年,为实现电网标准化,逐步优化110kV网架结构及接线形式,河南省电力公司编制了《河南电网发展技术及装备原则》。提出各地市可根据自身网架结构,选取链式π接或链式Tπ混合接线两种网架结构,如图3所示。郑州公司根据自身电网结构特点,决定选择建设链式Tπ混合方式的电网结构,其中110kV站内主接线采用内桥+线变组接线,并延续至今,如图4所示。
图3 链式Tπ混合结构
图4 内桥+线变组接线
2 国内外发达城市110kV目标网架研究
2.1 国外发达城市网架结构
国外高压配电网如巴黎、东京多采用链式、环网结构,变电站主接线多采用线变组接线。国外主要城市高压配网电网结构和站内主接线情况,见表1。
表1 国外主要城市高压配网电网结构和站内主接线情况
综上,国外发达城市网架结构可借鉴之处主要有以下几点:
巴黎电网接线模式清晰、简化、统一、规范,各电压等级均采用环网接线,变电站主接线种类较少、统一清晰,便于运行维护,但其电压序列、运行方式、容量配置均与郑州电网实际区别较大,可借鉴性不强,但配电自动化每条线路均有三遥终端,配置较高,值得借鉴。
东京66 kV高压配网全部采用链式环入环出简洁的组网模式,运行灵活可靠。郑州110 kV组网模式以链式πT混合为主(占比64%),其中部分为不完全链式、复杂链式等不规范接线(占比近约10%),带来运维量大、调度繁琐等问题,网架结构宜统一规范。
2.2 国内发达城市网架结构
国内110kV电网主要采用链式π接(如图5所示)、链式T接、Tπ混合三种网架结构,站内主接线方式主要以单母分段接线(如图6所示)、线变组接线、内桥+线变组接线为主。
图5 链式π接结构
图6 单母线分段接线
其中主要发达城市110kV电网结构主要采用两种模式,一种是以武汉为代表的链式π接结构,110kV站内主接线采用单母线分段接线;一种是以杭州为代表的链式Tπ混合结构,110kV站内主接线采用内桥+线变组接线。“武汉模式”和“杭州模式”两种网架结构及接线形式在各自供电区域内均作为110kV目标网架广泛应用。综上,国内发达城市网架结构可借鉴之处主要有以下几点:
1)采用“强-简-强”结构,保证电网经济可靠运行。
2)110kV电网结构采用双链、三链π接,如北京、深圳,接线简洁规范、供电可靠性高。
3)110kV电网结构采用双链π接,变电站主接线为单母分段,运行灵活、安全可靠,并能较好的满足110 kV大用户接入需求,缓解220 kV变电站出线压力。国内主要城市110kV电网结构和站内主接线情况,见表2。
表2 国内主要城市110kV电网结构和站内主接线情况
2.3 省内城市网架结构
省内其他主要城市110kV电网结构结合地区发展实际大多以双链π接、双环网、Tπ混合为主,单链、双辐射为辅。其中开封、洛阳、南阳、商丘、信阳等城市以双链π接为主,许昌、安阳、周口等城市以Tπ混合为主。省内主要城市110kV电网结构和站内主接线情况,见表3。
表3 省内主要城市110kV电网结构和站内主接线情况
3 网架结构及接线模式对比分析
从可靠性、灵活性、经济性三个方面对链式π接和链式Tπ混合两种网架结构进行对比分析。
3.1 可靠性
两种网架结构均可确保线路“N-1”故障时的转移负荷的能力。
其中链式π接结构线路故障需停运检修时,仅涉及两座变电站的倒闸操作,简化调度、运维人员操作的同时,缩短了停电的时间。
链式Tπ混合结构线路故障需停电检修时,由于T接线的存在,需涉及三座变电站的倒闸操作,增加了操作次数,调度、运维人员操作更加复杂,延长了停电的时间。
3.2 灵活性
链式π接结构,站内主接线采用单母线分段接线的变电站,每一段母线上均有两回进出线,当其中一回线故障时,可倒换另一回线路带母线运行,变压器无需受累停运,运行方式较为灵活。
链式Tπ混合结构,站内主接线采用内桥+线变组接线的变电站,当线路故障需停运时,因T接线所带主变为线变组接线,变压器需受累停运;当区内110kV变电站电源取自不同220kV分区时,站内10kV并列倒负荷受限。
3.3 经济性
链式π接结构,站内主接线采用单母线分段接线的变电站,110kV出线规模均在4回或以上,电缆多以3×5+1排管或电力隧道方式敷设,尤其老城区道路管线紧张的情况下,修建难度较大,投资较高;正常运行方式下,4回及以上进出线中2回处于备用状态,线路设备利用率较低。
链式Tπ混合结构,站内主接线采用内桥+线变组接线的变电站,110kV线路规模仅需3回,电缆多以3×4+1排管方式敷设。同时变电站站内开关设备少,变电站造价低、维护费用少;正常方式下,站内3台主变均由一条110kV线路带负荷运行,线路设备利用率高。
4 郑州地区网架结构及接线模式研究及实例分析
链式π接和链式Tπ两种网架结构均可满足供电可靠性要求,链式π接结构调度、运维操作较为灵活,链式Tπ混合结构经济性较好。在若郑州电网采用“杭州模式”,即110kV网架结构采用链式Tπ混合结构,站内主接线采用内桥+线变组模式,则目前网架结构及站内主接线方式不再调整;下一步需加大10kV配电网建设力度,满足负荷转供需求。若郑州电网采用“武汉模式”,即110kV网架结构采用链式π接结构,站内主接线采用单母线分段接线,则需将现状、在建、可研已批复的变电站110kV出线规模扩大,同时将110kV站内主接线调整为单母线分段接线。以下结合实例进行分析。
4.1 a变—b变—c变—d变—e变链式结构
网架结构方面,原规划为三链Tπ混合结构,如优化则调整为三链π接结构,取消T接方式。a变—b变—c变—d变—e变链式结构优化前后接线图,如图7所示。站、d变电站110kV出线规模均为3回,变电站出口到主干线剖接点线路均采用3×4+1位排管敷设,如优化则将上述3座110kV变电站出线规模调整为4回,将排管规模改为3×5+1位。
变电站方面,原规划110kV b变电站、c变电站、d变电站均为内桥+线变组接线方式,则需将上述3座变电站主接线改为单母分段接线。其中b变电站、d变电站为内桥+线变组接线,经核查具备改单母线分段接线的条件。c变电站变为单母线分段接线。
4.2 A变—B变—C变—D变链式结构
网架结构方面,原规划为双链Tπ混合结构,如优化则调整为双链π接结构,取消T接方式。a变—b变—c变—d变链式结构优化前后接线图,见图8。
图8 A变—B变—C变—D变链式结构接线图
线路规模方面,原规划110kV B变电站出线规模均为3回,目前现状2回出线均为架空线,在架空入地改造时可以按4回规模建设;110kV C变电站处于规划阶段,可在可研设计阶段按4回或以上出线规模设计。
线路规模方面,原规划110kV b变电站、c变电
变电站方面,B变电站目前为内桥接线,经核查站内具备改单母线分段接线的条件,可在变电站扩建第三台主变时适时改造。C变电站可在可研阶段按照单母线分段接线进行设计。
由于Tπ混合结构倒闸操作复杂、停电时间长,且站内无法扩建110kV间隔,对110kV电网整体发展的适应性较差,且郑州10kV配电网形成较为完善的10kV网络结构需较长时间。随着郑州电网规模不断扩大,对供电可靠性和运行灵活性要求不断提高,汲取上海、深圳、武汉等国内发达城市110kV电网的发展经验,建议将郑州110kV电网提升调整为链式π接结构。
4.3 优化结果分析
一是已全部建成Tπ混合接线的110kV网架结构,将继续维持Tπ混合网架结构,市区中该类网架结构共计11串。二是已部分建设Tπ混合接线,相关变电站无法改造成单母分段接线的110kV网架结构,新建变电站仍按Tπ混合接线网架结构建设,市区中该类网架结构共计34串。三是已部分建设Tπ混合接线,相关变电站具备改造成单母分段主接线条件的110kV网络结构,新建变电站按链式π接结构建设,相关已建成的变电站有序改造,市区中该类网架结构共计16串。四是规划整条链路尚未实施的110kV网架结构,按照链式π接结构规划实施,市区中该类网架结构共计33串。
调整后,郑州市区110kV电网链式π接结构共计60串,Tπ混合结构共计45串,双辐射或三辐射结构7串。
5 结束语
1)国外高压配电网多采用链式、环网结构,变电站主接线多采用线变组接线。
2)国内110kV电网主要采用链式π接、链式T接、Tπ混合三种网架结构,站内主接线方式主要以单母分段接线、线变组接线、内桥+线变组接线为主。
3)链式π接和链式Tπ两种网架结构均可满足供电可靠性要求,链式π接结构调度、运维操作较为灵活,链式Tπ混合结构经济性较好。