隨筆之三--電力系統網架結構

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高壓電網的網架結構和配電網接線方式應該是對應的。

網架結構在電力系統設計中，應該屬於比較頂層的設計了，一直缺少系統的梳理，都是憑著經驗、思路或者是計算合理，所以值得好好總結下，不過稍微有點偏專業。

首先特高壓，個人認為，沒有組網的必要，就不寫了，500kV開始。

一、500kV網架結構

1）國內大城市500kV電網布局和結構

北京500kV電網

北京500kV網架將形成由昌平-順義-通州-安定-房山-門頭溝-昌平6個變電站組成的500kV環網，城北、海淀、城南、朝陽4個500kV變電站作為負荷變電站。

為了限制短路電流，十二五期間北京將實現分區供電，形成以相鄰的500kV變電站的220kV母線為供電中心的雙環網結構。

上海500kV電網

類似北京，500kV外半環主幹網架和建設深入市中心的500 千伏終端站。

2）500kV電網結構及靈活性

環型結構和網格型結構為500kV電網普遍採用的結構型式，有其合理性和必然性：

環型結構：環網結構的特點是環網上變電站間相互支援能力強；便於從多個方向受入電力；便於採取解環或擴大環網的方式調整結構。

網格型結構：網格型結構的特點是線路短、相互支援能力更強、網架堅固；便於多點受入電力；缺點是短路電流難以控制；難以通過採取解列電網的措施控制事故範圍。

環型結構在形態上可分為單環網、C（U）環網（半環網）和雙環網，分別對應城市電網發展的不同階段，單環網和半環網可以很容易地過渡到雙環網。

網格結構從形態上可分為日字型、目字型、田字型和網路型，由圍繞城市多個中心區或多個城市的500kV環網疊加而成。日字型、目字型、田字型和網路型對應城市擴展的不同階段，過渡方式為雙環網-日字型-目字型-田字型-網路型。

二、220kV網架結構

220kV電網，一直是各級電網裡面比較值得研究的。因為220kV電網分區規劃和運行不僅能夠分解系統，而且對於降低短路電流、控制潮流等方面具有重要現實意義。

一般來講，當最高電壓等級（如500kV）環網運行且網架堅強，為確保電網結構優化，低一電壓等級（如220kV）電網應分區規劃和運行，分區間保持合理聯絡和支援。此時，城市高壓配電網（如110kV）應採用環網結構、輻射運行，環網結構宜優先在同一220kV分區電網內形成，盡量減少不同220kV分區間的110kV環網結構。

1）220kV電網分區原則

分層分區是指打開電磁環網，按電網的電壓等級將電網分成若干結構層次，按供電能力劃分出若干包含不同結構層次的供電區域，在各區域內根據電力負荷安排相應的電力供應，形成區域內電力供需大致平衡。分區應遵循如下原則：

獨立原則：合理的分區應當盡量使區內的負荷與裝機基本平衡。
聯絡原則：保持分區之間保持適度聯絡。區與區之間界面要清晰。
可靠原則：電網結構的簡化使得熱備用線路減少可能會導致可靠性降低。

2）220kV電網分區類型

根據供區內500kV變電站個數和運行方式的不同，220kV電網可分為獨立分區和互聯分區兩種模式。

獨立分區：以一座500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點，運行時只有一座500kV變電站作為與大網的聯絡點，一般呈圍繞500kV變電站220kV母線的放射網或自環網結構。

互聯分區：互聯分區以兩座及以上500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點。運行時有兩座及以上500kV變電站作為與大網的聯絡點，一般呈日字形、目字型、田字形或網路等網格結構。各分區之間在正常方式下相對獨立, 事故情況相互支援。

3）220kV電網結構模型

獨立分區電網結構

獨立分區存在一個500kV變電站作為分區電網的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區電網的電源支撐。根據220kV電網分區的可靠性原則，為保證220kV電網的運行可靠性，獨立分區內部宜採用環網運行。

據此推薦獨立分區三種電網結構，雙放射結構、雙鏈結構和自環網結構。

雙放射結構中任一220kV變電站均有兩回線路供電。

雙鏈結構中任一220kV變電站均有四回線路供電。

雙放射結構中任一220kV變電站（不含終端站或電廠連接變電站）均有四回線供電。

網格結構中任一220kV變電站（不含終端站或負荷站）均有四回及以上線路供電。

互聯分區電網結構

互聯分區存在兩個及以上500kV變電站作為分區電網的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區電網的電源支撐。根據220kV電網分區的可靠性原則，為保證220kV電網的運行可靠性，互聯分區內部宜採用環網運行。

雙鏈結構中任一220kV變電站均有四回線路供電。

球拍型結構中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

啞鈴型結構中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

網格結構中任一220kV變電站（不含終端站或負荷站）均有四回及以上線路供電。

4）220kV電網結構過渡過程

三、110kV網架結構

110kV屬於高壓配網，主要是目前適合城市高壓變電站中的配電網路結構模型，以及各種網路結構的可靠性、經濟性和靈活性。

1）110kV變電站結構

110kV變電站結構的研究對象為變電站主接線形式。常用的形式有：內橋、線路變壓器組、內橋+線變組、單母線分段和單元接線等。

2）110kV電網結構

110kV電網採用環網布置，開環運行的方式，目的是避免與220kV電網形成電磁環網，從而形成以220kV變電站為獨立電源點的110kV電網。

由於110kV電網網路接線形式繁多，以下主要根據變電站最終規模的不同，結合各種接線模式與主變台數、變電站主接線的合理搭配，介紹幾種常用的電網接線形式。

兩台主變模式

三台主變模式

3）110kV電網結構的可靠性

城市電力網的供電安全採用N-1準則。

主變N-1負載率

主變N-1負載率是指滿足N-1原則的主變負載率。

電網結構N-1分析

4）110kV電網結構的供電能力

在滿足主變N-1原則下，110kV電網結構的供電能力如下。

電網供電能力

線路供電能力

110kV線路中，一般來說，環境空氣溫度選擇40℃，110kV架空線路選取鋼芯鋁絞線（LGJ），110kV電纜線路選取交聯聚乙烯電力電纜（YJV）。

導線選型

5）110kV電網結構的過渡方案

兩台主變模式的網架過渡

情景一：兩線一變（單電源）→三線兩變→四線兩變→四線三變

情景二：兩線一變（雙電源）→兩線兩變（雙電源）→四線兩變→四線三變

三台主變模式的網架過渡

1）鏈式結構網架過渡

情景一：完全與不完全雙鏈網架的過渡；

情景二：三鏈網架的過渡。

2）「三T」結構網架過渡

情景一：六線兩變向六線三變過渡；

情景二：四線兩變向四線三變過渡。

3）四線兩變向四線三變過渡

情景一：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座三台主變規模的變電站；

情景二：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座兩台主變規模的變電站。

組合模式

組合模式接線方式較為靈活，任何兩個或三個典型接線模式，組合在一起只要能夠滿足可靠性要求即可。組合結構的優點是節約了線路通道，在滿足可靠性的前提下提高了電網建設的經濟性，也在一定程度上簡化了典型模式過渡到最終規模的過渡過程。典型組合模式如下：

模式C-1是由兩線一變與四線兩變組合而成，解決了兩線一變的110kV變電站主變發展到3台時的電源問題，就近節約了一側電源通道，提高了電網建設的經濟性。同時可靠性也能滿足要求，其中四線兩變部分能夠滿足線路「N-2」校驗，兩線一變部分能夠滿足線路「N-1」校驗。

6）110kV電網結構方案應用原則

四、電網電壓序列

合理的電壓序列事關電網運行的可靠性、經濟性和安全性。

發達國家城市電網的電壓等級配置一般為4-5級。各國都根據實際情況選擇了合理的高壓輸電電壓等級，並形成了堅強的輸電網架結構。

電壓等級縱向關係，之前在電網規劃裡面已經總結了一些，這裡主要說下20kV電網。

1）採用20kV對高壓變電站主變容量選擇的影響

可以看出，若變壓器的低壓側電壓不變，僅主變的高壓側電壓提高，當採用相同的阻抗電壓百分比時主變的最大容量提高不大。

經計算受短路電流和阻抗電壓百分比的限制，一般情況下110/10KV 雙繞組變壓器最大容量為50MVA，220/20kV雙繞組變壓器最大容量為120MVA，110/20kV雙繞組變壓器最大容量為100MVA。當採用三繞組變壓器時，容量可適當增加。

2）採用20kV 對高壓變電站設計的影響

目前，國內110/10kV 變電所主變容量為31.5MVA、40MVA及50MVA，少數地區也在嘗試使用63MVA主變，而目前國產10kV 大電流開關櫃最理論上僅能滿足50MVA主變要求，採用63MVA主變需購買國外產品或採取特殊接線及限制運行方式。

採用20kV 電壓等級後，設備額定電流將降低一半，因此110/20kV 可採用63MVA 甚至90MVA 主變，國內生產廠家經過技術改造均能提供相應的開關櫃。

隨著城市電網的日益密集，與20kV電壓等級相比較，110/10kV 主變需選用更高的阻抗值以滿足中壓開關櫃短路電流限額16kA 標準的要求，這樣做一方面會增加主變電能損耗，另一方面高阻抗變壓器價格要比低阻抗變壓器價格貴許多。

還有其他有點，比如中壓線路輸送功率增大，中壓間隔和線路通道減少，高壓變電站供電半徑增大，中壓線路功率損耗降低，中壓側短路電流降低一半等等，並不是鼓吹20kV網路，它也有一些缺點，只是提供一個思路：新建配網區域，同時預測負荷密度較高，確實比較適合20kV網路。

五、中性點接地方式

隨著城市電網的不斷發展，電纜在我國城市電網中的使用率越來越高，電纜線路的大量應用在提高配電網供電可靠性的同時也帶來了新的問題：電容電流的快速增長給城市電網的安全運行和中性點接地方式的選擇帶來了新的課題。

城市電網中性點接地方式分為有效接地和非有效接地兩大類。其中，有效接地包括中性點直接接地和中性點經低值阻抗接地兩種；而中性點經消弧線圈接地、經高阻抗接地和中性點不接地都屬於非有效接地方式。

《Q/GDW 156-2006 城市電力網規劃設計導則》中對配網中性點運行方式規定如下：

20kV、10kV不接地或經消弧線圈接地，或經小電阻接地。
對於20kV和10kV電壓等級的中性點不接地系統，在發生單相接地故障時，若單相接地電流在 10A 以上，宜採用經消弧線圈接地方式，宜將接地電流控制在10A以內，並允許單相接地運行2小時。
對於20kV、10kV 電壓等級的非有效接地系統，當單相接地故障電流達到150A以上的水平時，宜改為小電阻接地系統。
對於35kV、20kV、10 kV電壓等級的中性點經小電阻接地系統，在發生單相接地故障時，20kV，10kV接地電流宜控制在150～500A範圍內，35kV接地電流為1000A，應考慮跳閘停運，並注意與重合閘的配合。

目前，國內大部分省市和地區仍採用中性點不接地或經消弧線圈接地方式；上海市區供電公司、廣州、深圳、蘇州等供電公司近幾年先後改用經小電阻接地。然而對於城市中壓配電網，尤其是實際電網中最常見的電纜架空線混合系統，究竟哪種接地方式更為適用，這一問題在工程界和理論界都存在著分歧。

配電網中性點接地方式的選擇是一個綜合性的經濟技術問題，既要考慮配電系統設備投資和運行的經濟性，又要考慮電網供電可靠性、安全性、過電壓水平、系統絕緣水平、繼電保護及安全自動裝置、對通訊線路的干擾以及系統穩定等方面的技術問題。

對一些城市和地區電網的10kV系統的中性點經電阻接地方式和經消弧線圈接地方式進行了了解和總結，具體情況介紹如下。

1）上海地區

上海電網對中性點接地方式的選擇有如下規定：主城區部分，35 kV、10 kV系統由於電纜出線日益增多，電纜在發生單相接地故障後，如不及時切除，易擴大事故，因此，新建變電站應採用電阻接地方式。邊緣地區新建35 kV、10 kV系統宜採用電阻接地方式。郊區農村地區35 kV和10 kV架空配電線路宜採用消弧線圈接地方式。

2）大連地區

大連供電公司按照電容電流在10~200A之間採用消弧線圈接地，大於200A採用小電阻接地。

3）北京地區

北京地區明確規定，城區四環以內、奧運規劃地區及經濟開發區的配電網中性點可採用經小電阻接地方式。由中性點經消弧線圈接地改為電阻接地之後，要求用戶的保護增加零序保護，零序電流互感器採用100/5A或50/1A。

在中性點經電阻接地系統中，電纜仍按不接地系統選擇。

4）廣州地區

郊區以架空出線為主的變電站，按單台變壓器變低運行方式,當單相接地電容電流不超過20A時，可以採用不接地系統運行，當超過20A時,採用低電阻接地方式運行；城區以電纜出線為主的變電站，按全站變低最大運行方式，即考慮10kV母線並列運行時，當單相接地電容電流不超過30A時，可以採用不接地系統運行，當超過30A時，採用低電阻接地方式運行；對不接地運行的變電站，隨著饋線增加、運行方式變化進行單相接地電容電流計算和測量，以確定是否接地運行。

5）各單位配電系統運行中的一些情況及意見

上海市區供電局認為在中性點經電阻接地系統中，發生單相接地時，另外兩相電壓也會升高，因此，電纜仍應按不接地系統選擇。
珠海供電局採用中性點經電阻接地方式，單相接地電流較大，容易發生針式瓷瓶爆裂。
廣州供電局在中性點經電阻接地系統中，曾發生過單相接地不跳閘，原因是安裝變電站的零序電流互感器時，沒有將電纜的鎧裝外護套剝掉，一起穿過零序電流互感器。當發生單相接地時，電纜和鎧裝分流，導致零序保護拒動。
各地區在改為中性點經電阻接地後，沒有發生過因導線斷落對行人造成傷害，也沒有發生過因跨步電壓、接觸電壓或反擊造成人員或設備事故。
有些地區的供電局都認為中性點不接地或經消弧線圈接地發生單相接地時，過電壓倍數過高，可達7-8倍。而中性點經電阻(電抗)接地系統過電壓倍數較低。
上海曾發生過在中性點經消弧線圈接地系統中，因線路單相接地產生過電壓導致變電站母線故障全站失電事故。北京10kV配電系統也發生過幾起單相接地過電壓事故，均擴大了事故範圍。雖然上述事故的擴大是由於多種因素造成的，但也不能排除中性點不接地或經消弧線圈接地方式的影響。

6）採用中性點經小電阻接地方式，應考慮的問題

單相接地時線路應考慮跳閘，為了保證供電可靠性要求，應考慮負荷轉移問題；
單相接地時的接地電流應限制在對音頻電纜的通信線路干擾的允許範圍之內；
單相接地時的線路的繼電保護應有足夠的靈敏度和選擇性。

以上。

之前很多隨筆，都需要完善，慢慢完善。