中压配电网不同接线模式下的供电能力
姚福生1，杨江2，王天华3
（1．兰溪供电局，浙江省兰溪市 321100；2．北京电研天地科技有限公司，北京市海淀区 100193；
3．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192）
Power Supply Capacity of Mid-Voltage Distribution Networks Under Different Connection Modes
YAO Fu-shen1，YANG Jiang2，WANG Tian-hua3
（1．Lanxi Power Supply Bureau，Lanxi 321100，Zhejiang Province，China；2．Beijing T&D Research World Co. Ltd，Haidian District，Beijing 100193，China；3．China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）
摘要：介绍了几种典型的10 kV中压配电网接线模式。通过经济传输功率的优化计算公式，分别对架空和电缆系统的馈线进行计算，得出了馈线在经济运行下负荷、配变容量和网损等的对应关系。分析了各接线模式的线路在满足供电安全的情况下，馈线的最大供电能力，即馈线最优配变装设容量的变化情况，并提出了如何提高馈线经济供电能力。
关键词：中压配电网；接线模式；经济传输功率；供电能力0 引言
配电网是电力系统的重要组成部分，覆盖面广，并且直接面向用户，其网架结构将决定供电质量和供电效益。从全国的损耗理论计算与分析中发现，中低压配电网的损耗约占整个电网损耗的一半以上，损耗率远高于输电网，其原因之一就是配电网的网架不合理，因此有必要对其进行科学合理的规划[1]。
以往针对配电网接线模式可靠性和经济性的研究很多，文献[2]分析了各接线方式的优缺点、技术经济评价和可靠性分析，文中涉及的不同接线模式的组网原则具有较强的借鉴意义；文献[3]从经济性和可靠性两方面对110kV高压配电网和10kV中压配电网的城市组合电网进行了接线模式的分析比较，得出了不同负荷密度和可靠性要求的区域，采用何种模式的结论；文献[4]则对各种接线模式进行了经济性和可靠性计算分析，研究在考虑最优分段情况下不同接线模式随负荷密度和变电所容量变化的趋势，以及在相同条件下不同接线模式之间的区别。以上文章均未考虑各接线模式的线路在满足N−1原则下，同时满足经济运行的最优配变装设容量的问题。
在配电网的实际运行和规划评估工作中，单纯的以馈线装接容量超过8000kV A或10000kV A等来判定其装接容量过大，影响经济性和可靠性的做法并不合理。馈线最优装接容量的大小受不同用电性质的用户负荷和接线模式的不同而变化。本文通过经济传输功率的优化计算公式，在分别对架空和电缆系统的经济传输功率分析的基础上，分析出不同接线模式下，居民和商业负荷性质的线路在满足N−1原则下馈线的最大供电能力，即馈线最优配变装设容量的大小，并提出如何提高馈线经济供电能力的方法。
1 配电网接线模式
配电网接线模式从结构上可分为辐射、环网、网络和多回路平行4种。辐射网由于缺乏故障后转供能力，可靠性较差，在配电网规划中基本不采用，环网结构和网络结构[5-6]是2种主要采用的中压电网结构。配电网网络结构体系如图1所示。常见的配电网接线模式有辐射、双射、单环、双环、#字形、平行直供、两供一备、4×6网络，如图2~8所示。
辐射
环网
网络
多回路平行
双射
双环网
单环网
#字形
4×6
双回路平行直供
两供一备
网络结构
图1配电网网络结构体系
图2电缆线路单环网94 姚福生等：中压配电网不同接线模式下的供电能力 V ol. 32 Supplement 2
图4双环网接线模式
2c 2
T3
T4
11c
2a
3a
1b
3c
4c
4b3b
2b
4a
1a
图6 4×6网络接线
245202
201
4号5号
进
线
二
进
线
一
图7双回路平行供电(终端开关站)
201 203
246
进
线
二
进
线
一
进
线
三
202
5号
6号
4号
图8两供一备接线模式供电(终端开关站)
2 经济传输功率基本概念
当线路的损耗与配变的负载损耗之和等于配
变的空载损耗时，馈线输送的功率是最经济的。为
说明经济传输功率的计算过程，采用图9所示的馈
线简化模型，假定负荷是均匀分布的。
图9 住宅小区配电系统典型结构
假设图中馈线接入n个负荷，馈线出线电流为
I，每个负荷的电流为
/
I n。馈线的线路损耗为
222
00
2
22
3
1
3[()()]/1000
3[12]
1000
I
R n
I I
n n n
I R
n
n
−
+++=
+++
"
"
简化后得到
22
3(1)(21)6000
I R n n n
++
馈线的负载损耗为
2
k
/
()
n
n
n P
S
整理后得到
2
22
3003(1)(21)
6000
k
n
P R n n
I
nS n
⎡⎤
++
+=
⎢⎥
⎣⎦
2
3/1000
I R′
经济传输电流为
I==
3 经济传输功率分析
每一条馈线都存在一个经济传输功率，馈线实
际运行功率若在经济传输功率的范围则是经济的。组
成馈线的线路型号、配变型号不同，经济传输功率亦
不相同。若馈线一年中实际运行的平均功率在经济传
输功率的范围，则该馈线是经济的。因此馈线经济运
行的必要条件是平均负荷等于经济传输功率。
全部选取S11型配变，馈线容量控制在
10000kV A时，对架空系统配变容量分别取315、
250、125和100kV A，馈线长度取3km典型参数值，
线路型号取LGJ-240/40；电缆系统配变容量分别取
500、630、800、1000和1 250kV A，馈线长度取
2km典型参数值，电缆型号取YJLV22-3×300。其中
最大传输功率为平均负荷为最优传输功率时对应
的最高负荷，根据居民和商业典型负荷曲线的负荷第32卷增刊2 电网技术 95
率1.5计算得出。研究成果表明：架空馈线和电缆
馈线在最优运行状态下，配变综合负载率分别为
36%和43%左右是经济的；馈线最大负荷时，可取
配变综合负载率与单台配变最优负载率之比作为
配变间的同时率，架空系统为0.65，电缆系统为0.8。
4 网络结构的供电能力分析
馈线的实际负载取决于配变的装设容量和配
变负载率，两者综合决定了馈线的实际负载率。装
设容量大、负载率低；装设容量小、负载率低。为
了论证架空系统和电缆系统在不同接线模式下
的电网供电能力，分别计算馈线配变装设容量为
7000kV A、8000kV A、9000kV A、10000kV A、
11000kV A和12000kV A时，馈线运行在最优传输
功率、同时满足N−1原则时电网结构的要求。
1）架空系统。在满足N−1原则的馈线负载率
为50%的前提下，馈线安全电流控制在400A时，
架空线配变装机容量在8000kV A；安全电流
控制在500A时，架空线配变装机容量在
11000kV A；安全电流控制在600A时，架空线配变
装机容量在14000kV A。
2）电缆系统。以馈线安全电流以400A为限，
最大传输容量以7MW为限，满足N−1原则的馈线
负载率定义为：双射网、单环网、双环网和平行直
供50%，两供一备和#字形67%，4×6网络75%。
表1为电缆系统不同网络结构的供电能力。
表1电缆系统不同网络结构的供电能力
网络结构
设备
利用率/%
单回馈线装
接配变容量
网络
结构
设备
利用率/%
单回馈线装
接配变容量
单辐射10015 000#字形6710 000
双射网508 0004×6网络7511 000
单环网508 000平行直供508 000
双环网508 000两供一备6710 000研究结果表明，馈线安全电流控制在400A时，单环网、双环网、平行直供结构配电网的馈线装设容量宜控制在8000kVA，此时既能够满足N−1 的要求，也符合满足经济运行的条件；#字形、两供一备结构配电网的馈线装设容量宜控制在10000kV A；4×6网络或三供一备等高N−1负载率网络的馈线装设容量宜控制在11000kV A。辐射线路配变容量不受N−1负载率，可达15000kV A。
馈线安全电流提高到500A时，有如下结论：1）单环网和双环网接线时，馈线配变装设容量控制在10000kV A；2）#字型接线时，馈线配变装设容量控制在12000kV A；3）两供一备和4×6接线，馈线配变装设容量控制在15000kV A；4）馈线装设容量超过15000kV A时，不能满足经济性运行的要求。
5 结论
1）在最优运行状态下，电缆馈线的配变综合负载率比架空系统高；线路损耗约为总损耗的1/6，配变负载总损耗约为总损耗的1/3，配变空载总损耗为总损耗的1/2；架空系统由于接入负荷小而分散，配变间同时率较电缆系统低；配变同一序列的情况下，最优传输功率与单台配变容量关系不大。架空系统由于接入单台配变的容量小、台数多、线路长，经济传输功率比电缆系统低；最大传输功率与典型负荷曲线有关，商业和居民较高，工业较低。为维持商业和居民负荷为主的馈线经济运行，应提高高峰负荷时馈线负载率。
2）不同接线模式的线路在满足N−1原则的情况下，馈线的最大供电能力，即馈线最优配变装设容量的大小是不一样的，高N−1负载率的接线模式馈线可装接配变容量要高。
3）提高馈线的经济供电能力有两种手段：改变接线方式，采用高N−1负载率的配电网络；提高馈线的安全电流。
4）本文提出的配电网络结构的供电能力的分析对城网规划与评估工作提供了良好的借鉴，相应成果已应用于浙江省金华地区、宁波地区等多个城市的配电网规划和评估中并取得了很好的效果。
参考文献
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电会议，2006．
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[6] 汤红卫，王华，郭喜庆．一种基于地理信息系统的配电网规划方法
[J]．电网技术，2002，26(12)：79-82．
收稿日期：2008-12-10。
作者简介：
姚福生(19—)，男，工程师，从事电力生产技术及电网规划工作；
杨江(1982—)，男，工程师，研究方向为电网规划和评估；
王天华(1969—)，男，博士，研究方向为电网规划和自动化。
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