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城市中压配电网高可靠性供电模式与应用

时间:2024-05-24 来源:乌哈旅游
维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年4月 电力设备 Apr.2008 第9卷第4期 Electrical Equipment VO1.9 NO.4 城市中压配电网高可靠性供电模式与应用 史摘永,郝志刚 (北京电力公司城区供电公司,北京市100037) 要:文章介绍了国内外部分大城市中压配电网的典型供电模式,同时对这些典型供电模式进行了优缺点分析。北京 电力公司参考这些典型供电模式,并结合实际,对北京城区金融街地区的中压配电网进行了改造,提高了供电可靠性,收 到了良好的效果。 关键词:中压配电网;可靠性;供电模式;应用分析;金融街 中图分类号:TM727.2;TM732 为了提高城市中压配电网的供电可靠性,需要对 大中城市的中压配电网的现状进行研究和评估,总结 经验,找出差距与不足,并提出进一步建设和改造的 技术条件与方案,做到即使发生小概率极端事故时, 仍能快速恢复电力用户一回以上的电力供应。 1大城市典型供电模式 1.1 新加坡 新加坡新能源电网公司2005年平均每户年停电 时间为30 s,供电可靠率达99.999 9%。新能源电网 公司配网管理和运行的特点是: ・ (1)以用户需求为驱动的柔性配网规划。配网 规划以用户需求为驱动,根据负荷情况和周边配网现 状确定接入方案及新环网的建设。规划人员通过数 据采集和监视控制(SCADA)密切监视负荷的增长、 网络容量的发展,并适度超前建设。 75MVA 75M、rA (2)配电网的主要接线方式。22 kV配网采用环 网结构闭环运行的接线方式[同一个双电源变压器并 联运行的变电站(66/22 kV)的每两回馈线构成一环 网],如图1所示。不同电源变电站的每两个环网中 间又相互联络,开环运行,通常两个环网之间的联络 处为该环网的最重要的负荷。 图1新加坡配电网接线方式 理。新能源电网公司信息系统主要包括:财务与物流信 息系统、客户管理系统、配网规划与建设信息系统、项目 跟踪与信息系统、网络管理与客户服务系统、地理信息系 统、SCADA系统等系统。 1.2 日本东京 日本东京电力公司2005年平均每个用户的年停 电时间7 rain,供电可靠率达99.998%以上。东京电 力公司配电网管理和运行的特点是: (1)配电网接线方式。配电网中9r7%为6 kV不 (3)配电网的主设备选型。配电网的中压开关 设备采用西门子、ABB、阿尔斯通、MEIDEN等国际知 名品牌的气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)。中 压电缆规格选型标准化,中压主电缆截面均选用 300 mm 铜芯电缆。变压器全部为无油枕的全密封 油浸变压器,变压器高低压套管为全封闭式。 (4)配电网运行维护。通过采用先进的网络管 理与客户服务系统、配网状态监测系统、电缆防外力 破坏管理,实现运行维护。 (5)配网自动化、信息化集成管理。以配网设备实 施自动化监控为基础,以SCADA系统和地理信息系统 接地电网,3%为20 kV小电阻接地电网。6 kV架空网 供电方式采用3分段4联络、6分段3联络的方式, 6 kV电缆网采用环网供电方式;都市负荷密集区20 kV 电缆网采用NW供电方式(即通过设置在各回路的 NetWork变压器,把二次侧用NetWork母线并联的受 电方式)、主备方式、闭环方式。日本SNW模式接线 方式如图2所示。 (GIS)为核心,并通过SCADA和GIS进行信息化集成管 (2)设备选择。配电设备采用小型、环保、智能、 维普资讯 http://www.cqvip.com 电力设备 第9卷第4期 的供电可靠性较高,统计数据显示2005年平均事故停 电0.147次/(户・年),施工停电0.109次/(户・年)。 1.4香港地区 香港电灯有限公司(港灯)的供电可靠性自1997 22 kW 年起,每年均维持在99.999%的高水平。该公司为提 供和维持稳定可靠的电力服务,发电、输电及配电系 NW 统都做了适当的设计及制定了应变方案;系统控制中 心每天24 h利用计算机系统遥控、监测各发电、输电 及配电系统,确保电力系统可靠运作。港灯11 kV开 环接线方式如图3所示。 输入线缆输入线缆 输入线缆 输入线缆 输入线缆输入线缆 甲一乙一 丙一 丁一 甲二乙二 图2日本SNW模式接线方式 可靠、免维护、一体化高可靠设备。 (3)全面实施带电作业。使用带电作业车进行 6.6 kV带电作业,减少预安排停电时间。  ,(4)配网自动化。通过配电自动化实现状态监 视,及时进行事故处理和负荷自动转供及优化,进一 步提高可靠性。 1.3中国台湾地区 中国台湾地区配电系统电压有11.4 kV和 22.8 kV 2个电压等级,架空网接线方式采用放射联络 缆线组合一 缆线组合二 型接线,电缆网采用环网接线。中国台湾地区配电网 图3港灯11 kV开环接线方式 表1 典型供电模式优缺点分析 项目 港舢 V开环模式 路 茎 日本sNw模式 上级电 对电源母线可靠性要求较高, 对电源母线的可靠性要求一 对电源母线可靠性要求一般, 对电源母线可靠性要求最高, 源要求 在母线停电情况下可以通过其般,在母线停电情况下可以通过在母线停电情况下可以通过其变电站必需设旁路母线,在母线 他联络线进行转带 其他联络线进行转带 他联络线进行转带 停电或检修时进行转带 可靠性 单一线路发生事故时系统不 单一线路发生事故时,瞬时停 单一线路发生事故时,瞬时停 单一线路发生事故时系统不停 停电,母线事故或同一环两条线 电,通过配网自动化系统合线路电,通过备用线自动恢复供电; 电;母线发生事故时需通过旁路 事故时,瞬时停电,通过线路联 联络开关,由备用线恢复供电 双路都发生故障时可通过手拉 母线进行转带;两条线路都发生 络开关恢复供电 手线路恢复供电 故障时,受变压器容量限制 经济性 线路开关全采用断路器,线路 线路开关可采用负荷开关,线 线路利用率低于50%(4条线 进线采用隔离开关替代断路 利用率在50%以内 路利用率低于75%(4条线路组组成主备网情况下) 器,线路利用率低于67% 合情况下) 实用性 单一线路发生故障时能够自 单一线路发生故障时由自动 单一线路发生故障时自动处 单一线路发生故障时自动处 动处理。计划停送电时需进行 化系统处理。计划停送电时需 理。计划停送电时需人工切换 理;计划停送电时自动处理 线路解列,并闭锁或退出保护, 人工进行操作 方式(也可自动切换),或恢复 送电时需人工操作恢复 方式 主要特 系统通过差动保护自动进行故 运行方式灵活,线路切改方 线路发生故障时,通过瞬时停 在母线可靠情况下,供电可靠 点 障处理,不停电,可靠性较高;通 便;低压用户供电方式多且灵活 电能够自动切换;线路配置简 性最高;系统故障隔离、恢复供电 过各闭环间的联络,保证在母线 单,自动化程度较高 全部自动完成 停电情况下,线路快速恢复供电 不足 线路开关全部采用断路器,成 线路故障时有短时停电;系统 线路发生故障时有短时停电; 对负荷平衡要求较高;对变电 本较高;线路负荷超过50%以后,故障的处理需靠自动化完成 在计划停电时,须通知用户切换站母线可靠性要求很高 系统扩展比较困难;对保护设备 运行方式;用户配变发生故障时 及通信的可靠性有一定的依赖 需停电 小结下套 情况的 詈 受欢迎台荟 鬻 萎对蠡冀喜曩翥 靠 荷的平衡度要求较高 维普资讯 http://www.cqvip.com 可靠性技术 史永等:城市中压配电网高可靠性供电模式与应用 85 接线方式中10 kV系统运行灵活,操作简单。10 kV 系统有2个电源,互为备用,是一种高可靠性的接线 方式。 (4)双环网接线方式。该接线方式采用开环运 行方式,具有很高的运行灵活性和供电可靠性,能最 大限度地确保向用户连续供电,满足重要用户双电源 供电要求。 2.2提高配电设备质量 高质量的配电设备是提高供电可靠性的物质保 障,配电设备的装备水平直接影响着设备的检修周 期。配电设备规范化、统一化,便于管理;应尽量采用 全封闭、免维护的高质量的元件,减少因设备原因造 成的停电次数和停电区域。 (1)10 kV架空线路实施绝缘化、电缆化。对易 遭受雷击地段应采取可靠的防雷措施。 (2)10 kV柱上开关应优先采用负荷开关,应选 用整体结构全部密封在充有低气压SF 绝缘气体箱 体中的产品,从而保证满足国家电网公司提出的柱上 开关10年免检修的要求。 (3)杆上配电变压器的跌落式熔断器的故障率 较高:应选用复合绝缘单向下排气的产品。配电变压 器的避雷器可选用带自动脱落装置或可更换式的产 品,以减少预防性试验的工作量。 (4)电缆线路可选用冷缩电缆头或进口肘型电 缆接头,以降低电缆头的故障率。 (5)环网柜应优先选用全封闭、全绝缘结构的 B变 产品。 2.3实施配网自动化 配网自动化是利用现代电子技术、计算机、通信 技术、软件技术及网络技术,将配电网在线数据和离 线数据、电网结构数据进行信息集成,构成完整的区 域自动化系统,实现配电网及其设备正常运行和事故 状态下的监测、保护、控制以及用电和配电管理的自 动化,最终实现以大幅度提高供电可靠性、改善电能 质量为目标的配电系统在线、实时闭环控制。 配网自动化的功能主要包括配电网数据采集与 控制(SCADA)、故障检测及分析处理(DA,即故障的 定位、隔离,非故障区段的供电恢复)、地理信息系统 (GIS)、应用分析、负荷管理、设备管理等。 (1)实时数据采集与控制(SCADA)。SCADA是 配网自动化系统的基础平台,通过终端设备和通信系 统将配电网的实时状态传送到主站,在主站对配电网 络进行远方监视和控制。包括配电开关的状态、保护 动作信息和运行数据等。其主要功能包括:数据采集 和处理、控制和调节、事件顺序记录(SOE)、事故追 图5不同母线的单环网接线方式 忆、报警处理、历史数据管理、报表管理、人机联系、系 (3)双放射接线方式。该接线方式的电源可来 统时钟、与其他计算机系统通信、支持远方工作站等。 自不同变电站,也可来自同一变电站的不同母线。该 实时监视和分析配电网的运行状况,实现对配电网络 维普资讯 http://www.cqvip.com 86 电力设备 第9卷第4期 的安全、经济运行管理;同时为各级生产管理人员提 供决策依据。 (2)故障检测分析处理(OA)。主站根据各测控 用户16户;酒店、高档写字楼等商业用户37户。 金融街全面投入使用后,预计地区负荷将达到 120~140 MW。 终端上报的故障报警信息,结合变电站、开闭所的继 电保护信号、开关跳闸等故障信息,启动故障处理程 序,确定故障类型和发生位置。在自动推出的配网单 线图上,通过网络动态拓扑着色的方式明确示出故障 区段,并根据需要可提供事故隔离和恢复供电的操作 预案,或直接进行遥控操作,达到快速隔离故障和恢 复供电的目的。 3.3金融街地区配电网现状 目前,为金融街地区供电的变电站包括220 kV 的长椿街站、西直门站,110 kV的复兴门站、白塔寺 站和月坛站。其中复兴门站和白塔寺站供金融街地 区70%以上负荷。 金融街地区10 kV、中压配电网主要采用电缆双 射网供电。电缆网双回线路同时运行,互为备用;每 ‘(3)地理信息管理(GIS)。以地理图为背景的对 配电设备、配电网络进行分层管理,包括查询、统计等。 (4)应用分析。对SCADA系统采集的运行数据 回电缆正常运行时带50%负荷;当一回电源发生故 障时,其所带负荷用户可以切换到另一回电源上继续 供电,供电可靠性相对较高。 随着金融街地区的不断发展,将会有更多的银 行、金融证券、信托投资等用户人驻,因而对该地区的 供电可靠性也将越来越高。目前,金融街大多数用户 由电缆网双回线路供电,双回电源来自同一变电站的 不同母线,且多采用同沟敷设方式。在检修方式下, 当一路电源线路停电检修时,将导致单电源运行,运 行风险加大,可靠性降低;在事故情况下,当发生电源 站全停事故或电力管沟遭到破坏等极端事故时,将会 导致用户配电室全停。 进行分析计算,为调度员提供辅助决策,包括网络拓扑、 状态估计、潮流计算、网络重构、无功优化、仿真培训等。 2.4加强管理和维护 供电可靠性是一个供电企业技术装备水平和管 理水平的综合体现,供电可靠率的高低不仅直接关系 到供电企业的经济效益,更代表着供电企业的服务水 平,是供电企业自身发展的需要,也是追求的目标,因 此,供电企业应不断创新、提高管理水平。 加强配电网的技术管理,对设备缺陷加强技术分 析,做好设备状态检测和故障诊断工作。同时,增加 3.4金融街示范区规划目标和技术原则 (1)规划目标:供电可靠率达到99.999%以上。 (2)网络结构:采用双环网接线开环运行模式, 正常运行时联络开关断开,处于热备用状态。 (3)配网自动化:环网设备按“三遥”(遥控、遥 测、遥信)原则配置。现阶段采用人工交互方式,即当 需要遥控操作时,由调度人员参与控制操作。待自动 化系统及电网管理水平达到相应高度时,可采用系统 自动隔离故障、自动恢复非故障区域供电的方式,减 少人工参与时间,可更进一步减少停电时间。 设备故障检测仪器的配置,使设备检修由定期检修向 状态检修过渡,预防设备故障的发生,避免因设备故 障造成的用户停电;推行配网带电作业,减少线路停 电时间和次数。 3典型供电模式对金融街地区供电模式的 启发 3.1金融街地区简介 金融街位于北京市西二环内,南到复兴门内大街, 北至阜成门内大街,东到太平桥大街,西到西二环,南 北长约1 700 m,东西宽约6OO m,占地1.04 km ,规划总 建筑面积34O多万m 。 3.5金融街配电网建设方案 (1)双环网接线方案。由于金融街地区用户对供电 可靠性的要求较高,故可在现有电缆双射网的基础上实 现双环网接线的供电方式,以进一步提高供电可靠性。 双环网所带配电变压器容量为40 ooo~50 ooo kV・A,正 目前,入驻金融街的大型金融机构和企业总部已 达6OO多家。管理的金融资产总额已达162 ooo亿元, 占全国金融资产总额的60%,控制着全国90%以上 常运行时,开环联络开关设在负荷均衡点,处于热备 用状态.并在开环点两侧的用户分界室内增加联络。 该地区双环网接线示意图如图6所示;环网方案示意 的信贷资金、65%的保费资金,每天的资金流量近 10 ooo亿元,相关金融交易系统24 h不间断运行。 按照规划目标,金融街全部建成后,将有1 000多家 国内外金融机构及知名公司,近10万人在此办公。 图如图7所示。该接线方案可以实现以下功能:①正 常运行时可满足Ⅳ一2运行要求,同时可根据实际运 3.2金融街地区负荷预测 金融街地区负荷呈现密度大、用户集中、负荷点 密集、用电同时率高等特点。 2OO7年6月统计数据显示,金融街地区负荷密度 达到73 MW/km ,现该区域10 kV中压用户共有53 行需求调整运行方式,有足够的灵活性。当一个变电 站的主变压器负荷率过高时,可通过联络开关的拉合 向另一变电站均负荷。②当任一回电源设备停电检 修时,可通过闭合联络开关1或2向双环网内所有用 户提供持续的双回电源供电,仍能满足N一1运行的 户,其中学校、政府机关、银行等非普工业、非居民照明 要求。③当任意一回电源发生故障而失电后,可通过 维普资讯 http://www.cqvip.com

可靠性技术 史永等:城市中压配电网高可靠性供电模式与应用 87 A变电站 B变电站 荷开关进行远方拉合操作。环网设备按“三遥”(遥 控、遥测、遥信)原则实现功能。 (3)双环网供电实施方案示例。以通泰大厦、长 话大楼双环网环供电方案为例,其供电接线图如图8 所示。正常运行时,长椿街变电站双回10 kV电源带 长话大楼、人民银行等用户;复兴门变电站双回10 kV 电源带通泰大厦、国企大厦等用户;百盛大厦分界室 联络开关断开热备用;人民银行、国企大厦分界室联 络开关断开热备用。目前,该双环网系统已接入容量 39 960 kVA。 3.6实施效果分析 以城区范围内已有供电可靠性统计数据作参考, 对金融街地区的供电可靠性进行改造方案实施前后 图6金融街地区双环网接线示意图 对比分析见表2。 莲花池草桥八里庄 草桥 知春里 八里庄 知春里 西 直 门 站 复 兴 门 站 长话大楼 人民银行 百盛大厦 国企大厦 通泰大厦 图7金融街地区环网方案示意图 图8通泰大厦、长话大楼等双环网供电接线图 闭合联络开关1或2使双环网内所有用户始终保持 由表2可知,金融街地区在实施双环网及配网自 双回电源供电;当出现一个变电站全停的极端事故 动化后,供电可靠性可达到99.999 55%,户均年停电 时,亦可通过闭合联络开关将该变电站的用户转移到 时问为2.3 min。 其他变电站继续供电,同时可反带停电变电站的站内 基于金融街地区用户的重要性与集中程度,按照 母线,以便向该变电站提供应急电源;当双环网出现 原北京市市长王岐山对于电网安全供电的重要批示: 一环线路两端电源同时失电的小概率事件时(如A2、 “即使是‘小概率’事件亦应有所措施加以避免,确保 B2断路器同时失电),可通过闭合联络开关3、2带所 奥运会电网的绝对安全,做好电网风险的控制。”对实 有用户的负荷。 施效果初步分析的结果表明:该地区所实施的供电可 (2)双环网配网自动化实施方案。环网设备配 靠性改造方案能满足要求。 置自动化测控终端装置,采集开关电流量及开关位置 金融街地区实施供电可靠性改造方案后,在系统 信号,并通过测控终端交流采样电流互感器的方式进 故障、母线故障、双缆故障、单缆故障、用户故障5个 行故障判断,通过光纤通道将采集数据及信号上传至 方面的供电恢复时间都有了较大提高,其中对“小概 配网自动化主站系统,同时执行主站的遥控命令对负 率”情况下的全站停电故障与双缆故障的供电恢复时 维普资讯 http://www.cqvip.com

88 电力设备 第9卷第4期 表2改造方案实施前后供电可靠性对比分析 实施方案前(双射网) 实施双环网后 实施自动化后(双环+自动化) 可靠性参数 故障停电 故障影响用户停电时 故障停电 故障影响用户停电时 故障停电 故障影响用户停电时 小时数/h用户数/户户壹 时・户 , 时 h甩卢数/卢卢数/时・卢 , 时 h甩卢数/卢卢 时・卢 全站停电(概率为0.1)’ 8.O 27 21.6O 2.5 27 6.75 O.1O 27 0.270 单母线故障(概率为0.15) O.1 12 O.18 O.1 12 O.18 O.O3 12 0.054 双路电缆故障(概率为0.33) 4.0 3.5 4.62 1.2 3.5 1.39 O.03 3.5 0.035 单路电缆故障(概率为2)’ O.1 3.5 0.70 0.1 3.5 0.70 O.O3 3.5 0.210 用户内部故障(概率为1) 1.6 1 1.6o 1.6 1 1.6O 1.5O 1 1.500 用户停电总时户数/时・户 28.70 1O.62 2.07 每个用户年停电小时/h 0.54 O.2O 0.04 每个用户年停电分钟/rain 32.5O 12.00 2.3O 用户供电可靠率/% 99.993 82 99.997 71 99.999 55 表中概率的单位为户/(地区・年)。 间效果更为明显,解决了全站停电带来的地区大范围 地区发展的中压配电网供电模式。 停电问题与双缆长时间停电问题,进一步提高了该地 区的供电可靠性。 5参考文献 同时,在计划检修与单路电缆故障情况下,该方案 [1] 国家电网公司.城市电力网规划设计导则[国家电网科(2006) 实施后确保了其他用户的双电源供电,控制了电网的供 1202号文].2006. 电风险;在一些“小概率”故障发生的情况下,还能保证 [2] 北京电力公司.北京电网建设“首都标准”[S].2005. 双方向电源供电的及时恢复,提高了该地区的供电安全。 [3]北京电力公司.北京电网规划设计技术原则.2005. [4]GB/50293--1999城市电力规划规范[S].北京:中国电力出版 4结束语 社,2007. 参考大城市典型供电模式,并结合实际,北京金—— 融街地区中压配电网实施供电可靠性改造后,供电可 收稿日期:2008—02—13 靠性有了提高,收到了良好的效果。 作者简介: 因各地区特点不同,负荷密度和原有中压配电网 史永(1976‘),男,工程师,从事配网运行管理工作; 情况也不尽相同,因此在参考典型供电模式时,各地 郝志刚(1977‘),男,工程师,从事配网规划管理工作。 区应针对各典型供电模式的优缺点制定出适合于本 (责任编辑罗翠兰) Power Supply Mode with lIigh Reliability forⅢUrban Distribution Network and Its Application SHI Yong,HAO Zhi—gang (Beijing Electric Power Company,8eijing 100037,China) Abstract:The paper introduced the typical power supply modes of domestic and intern ̄ionM MV urban distribution network,and naalyzed the advantages and shortcomings for these typical power supply modes.Combined with the practice and reference to these typical power supply modes,the MV distirbution network ni area ofB蜘jl玛Finance Street was rterofittde by B蜘jl玛Electirc Power Co.,which raised the reliability ofpower supply and received effects. Keywords:MV distribution network;reliability;power supply mode;application and anatysis;Finance Street ・综合信息・ 德国能源巨头E.ON计划在中国组装大部分火力发电厂设备 据报道,德国最大的能源公司E.ON计划将其在 德国环保协会和北威州绿党发言人对此提出批 德国Datteln新建的火力发电厂的大部分设备运往中 评,他们认为如此长途来回运输庞大的锅炉是非常不 国装配。仅锅炉设备就有2 000 t材料由杜伊斯堡港 理智且不环保的行为。但E.ON集团发言人则表示 口运往上海,另外2 000 t货物则从日本直接发往上 欧洲锅炉制造商已所剩无几,而中国在这一领域已经 海,运费总计高达4 000万欧元。 取得了近乎垄断的优势。 

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