关键词：电网规划；负荷预测；配电网；中压
1 引言
城市电网是电力系统的重要组成部分，又是其主要负荷中心，具有用电量大，负荷密度高，安全可靠和供电质量要求高等特点。城市电网的各项建设和改造项目必须与城市发展规划相互配合，同步实施，并且与环境协调。但是目前城市电网建设不能适应城市经济社会发展的需要，其原因是城市经济增长迅速，城市化建设步伐快；而城市电网发展缓慢，主要表现在设备陈旧，供电容量不足，电网结构不合理，可靠性差，电能质量低。这里包含资金和技术两方面的问题，以技术而言，没有长远的城网建设规划是城网建设自身存在问题的症结。因此，要用新的观念和超前意识制定的电网规划来改变城市电网的现状，用规划来指导城网建设，同时规划要体现以安全为基础，以效益为中心的建网指导思想，不断采用新科技。
如上所述，电网规划十分重要，我们要提高规划的水平和质量，提高电网的可靠性、经济效益和适应能力。本文根据实际的10 kV配电网络规划总结出一套实用的方法，对于指导当前10 kV电网规划具有一定的实际意义。
2 规划方法
2.1负荷预测
电力负荷预测是配电网规划的基础性工作。在进行负荷预测之前收集所需数据的工作是巨大的，比如规划年的地块发展规划，历史年的电量和负荷数据，居民的用电状况，GDP数据，工业企业的MD值等都是必要的数据。一般来说，根据收集到的数据来选择适当负荷预测方法。目前，负荷预测的方法很多，选择合适的方法是负荷预测的关键。在这里特别强调负荷密度法的实用性，所谓负荷密度指标法，是根据规划区各地块的用地性质，采用与其它地区类比的方式确定规划地块单位建筑面积的负荷指标，进而对规划区负荷加以预测。其关键是选择合适的负荷密度。
2.2变电站的选择及站址确定
变电站是电网中变换电压、汇集、分配电能的设施，主要包括不同电压等级的配电装置、电力变压器、控制设备、保护和自动装置、通信设施和补偿装置等。对于城市变电站而言，要求容量大，占地少，可靠性高，外型美观，噪音小和建设费用适当。这些都要求从简化接线，优化变电站容量，提高设备运行率以及选择变电站的布置和设备等方面来实现。
变电站站址确定的理论依据是：最小准则原理，即变电站安放的最优位置应在某个用户群中心，当然可以按实际情况作相应的调整。可以用如下的表达式来表示：
式中：i＝1，2，……，n，n终端用户数；di为各终端用户中心到用户群中心的g距离；ui为各用户的预定需求容量。
根据提出的方案，并结合负荷预测的结果，经计算分析后可划分出各个时期每座变电站的供电区域。由于很多情况下变电站土地的使用要和政府规划部门协商，同时变电站要和周围环境相协调，所以计算出的变电站位置要根据实际情况进行调整。
2.3中压配电系统规划
中压配电网是由10 kV架空线路、电缆、配电站、开关站和变压器等组成分布面广的公用电网，其功能是将电能安全、可靠、经济、合理地分配并输送到用户。配电系统规划方案是要建立在负荷预测基础之上的。
规划地块现有的配电网络对10 kV电网的规划具有很大的影响，需要规划人员在做规划时考虑到。在提出配电网络规划方案之前，首先要考虑的是对整个规划区采用环网方式供电，不设开关站；还是设置几座开关站，采用环网与开关站相结合的供电方式。
1）开关站规划。对于开关站的设置，需要遵循靠近负荷中心，便于维护管理，有利于减少配电电缆长度敷设方案和节约投资。配电网开关站一般采用单母线分段接线，两回进线。开关站接线形式如图1所示：
2）配电变压器的选择。用各地块中期负荷预测的结果，考虑到变压器的利用率和功率因数（0.9），在考虑原有配变的基础上，可确定各地块中对应布置的变压器的容量。在确定变压器容量时，对于居民生活区内的配电变压器，其容量一般统一规范为250、400、630、800 kVA。对于大容量用户，其配电变压器的具体位置可作适当调整，为了提高供电的可靠性，变压器台数至少选定为两台，以满足N－1原则。
3）架空线和电缆的选择。它的选择决定着整个配电系统是否能安全、经济、可靠地运行。区内10 kV架空线路采用绝缘导线，对线路截面选用参照当地供电公司的技术规定。一般来说，35kV电缆选YJV－3×400 mm2；10 kV架空线选JKLYJ－120 mm2；10 kV电缆选YJV－3×240mm2。
4）35 kV变电站电缆进线。对于35 kV变电站的电缆进线，基于经济性和方便性的原则，应合理利用电缆通道，有利于减少配电电缆长度和敷设方案，节约投资。
5）提出配电规划方案。结合规划区中期变电站布置情况，提出几种10 kV配电系统规划方案。各个方案给出规划的10 kV电缆线路和架空线路的走向和供电方式。10 kV多回出线组成若干相对独立的，供电范围不交叉重叠的片状分区配电网，宜采用多分段、多联络系统（见图2）。其接线原则是为了在事故时可转移负荷，缩短恢复供电时间。提出几种规划方案要充分发挥规划人员的创造力。
6）规划方案经济技术比较。第一步就是规划方案的潮流计算。为了确定各规划方案的线路负荷、网损及电压损失情况，需要对各个规划方案进行潮流计算，采用简化的潮流计算在项目允许的情况下可以避免繁琐的计算。计算时假定各用户均工作在最大负荷条件下，网络运行方式按正常开环运行（使每一个环上分段的负荷尽可能分配均匀）。对于双放射线路而言，为了保证在N－1的条件下线路不过负荷，正常运行方式下的线路负荷率应小于0.5。通过计算得出正常运行方式下的线路负荷水平情况及不同规划方案的网损情况。
7）可靠性分析。主要考虑开关故障和架空线对系统可靠性的影响。在进行可靠性分析时，只从35 kV变电站低压母线开始考虑，同时如果10 kV配电变压器在几种规划方案中的分布位置是相同的，是否考虑它也不影响比较结果。在架空线或开关出现故障后，影响用户停电时间的关键因素是开关倒闸操作时间。用户的概念采用评估中传统的用户概念，即一台10 kV的公用配电变压器视为10kV电压级配电系统的一个用户统计单位。一般可以从供电可靠率（ASAI）和用户停电持续时间（CAIDI）这两个可靠性指标来说明规划方案的可靠性。计算中用到的可靠性参数可以参照表1。
8）N－1校验原则。为了校验各方案是否满足N－1原则，对各方案全部进行可能的N－1校核分析。对于规划的可行方案应满足N－1原则，即系统中任何一条线路故障或高压变电站一台主变停运时，通过倒闸操作能够实现负荷转移，及时恢复供电。经过N－1状态的计算，线路的负荷率不能超过100％，而且线路的电压损失不能超过3％。
9）各方案的短路电流校验。要对各方案中的短路电流进行短路计算，所考虑的故障情况是三相对称短路。利用下面公式算出短路电流：I＝U/三相短路时，冲击电流im可按下式计算式中，Km—冲击系数。短路容量SF（MVA）定义为根据各地电网技术原则的规定，10 kV侧短路电流有一限值。
10）各方案经济性比较。根据各个电力元件的价格计算出各规划方案的电网工程费用。
11）各方案的综合分析及最终规划方案确定。
为了确定最终规划方案，将规划方案各技术经济指标进行综合比较，选择最终方案。
2.4无功补偿
网架规划时往往以最大负荷为依据，而实际运行时，负荷是变化的，功率因数也是变化的，通过线路的有功和无功功率都与规划计算时大不相同，因此，导致某些负荷点的电压“越限”（过高或过低）。为了使越限的电压恢复正常，必须采取有效措施—无功补偿。所谓补偿，就是吸收供给适度可变的无功功率，使通过线路的损耗最孝电压合格。
无功补偿设备的配置，实际包括两个方面的内容：一是确定补偿地点和补偿方式；二是补偿容量。因此，除了要研究网络本身的结构特点和无功电源的分布之外，还需要对网络的无功电力构成做出基本的分析，弄清无功潮流分布，才能进行合理布局。无功补偿装置的配置应按照“分级补偿，就地平衡”的原则进行规划，合理布局，而且要满足以下几点要求：
1）总体平衡与局部平衡相结合。首先要满足整个电网的无功电力平衡，其次要同时满足分站（变电站）、分线（配电线路）的无功电力平衡。
2）电业部门补偿与用户补偿相结合。
3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
4）降损与高压相结合，以降损为主。
根据电网技术原则的规定，在变电站高压侧电压是110 kV或35 kV时，变电站中低压侧出线功率因数cosT要在0.90～0.95，装设电容器组的容量一般为主变容量的15％～20％。在变电站高压侧电压为10 kV时，变电站中低压侧出线功率因数cosT要在0.85～0.95。无功补偿配置原则是装设电容器的容量一般为配电变压器容量的20％～30％。
2.5配电系统自动化
配电系统自动化是利用现代电子技术、通讯技术、计算机网络技术，将配电网在线数据和离线数据，配电网数据和用户数据，电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。其主要功能有：
1）变电站站内自动化它是调度自动化系统和配电自动化系统的接口部件，主要工作是负责变电站站内数据的采集及安全监视和控制。
2）馈线自动化其主要任务是：数据采集和监视控制；馈线故障时能及时确认故障线段，迅速隔离故障线段，及时恢复对非故障线段的供电，缩小故障停电的范围和减少对用户的停电时间，提高对用户供电的可靠性。
3）负荷管理和控制其主要功能是：调整发电与用电负荷之间的平衡。
4）用电抄表计费自动化应用微机通过电话线、无线电、电力线载波等传输媒介在线遥测用户电量数据，进行动态管理。
5）配电网地理信息管理系统它主要是对配电网的变、配电站内的设备，以及配电线路上的设备进行计算机辅助综合管理。
配电系统自动化工作涉及的面广，量大，投资高，因此必须根据各个地区的不同特点，社会用电需求，配网结构，设备状况和可靠性要求等方面综合考虑，制定规划开展试点工作。
3 实例
本方法应用于上海松江仓桥工业区的10 kV配电网络的规划，取得了良好的效果。松江区仓桥工业区面积7.7 km2，是一个发展技术密集型，高起到了举足轻重的作用。
仓桥工业区2010年的预测负荷为68829 kW。根据变电站站址确定的最小准则原理以及和当地供电部门的协商确定了35 kV变电站的站址—中期2005年35 kV变电站的规划只有一号变电站S1，远期2010年规划的二号变电站S2投运。35 kV变电站的最终容量为3×20 MVA。传统的规划方法作出的35 kV站的站址正好位于地块的中央，变电站进出线的布置不方便，因此本方法具有较大的灵活性。
对仓桥工业区10 kV的配电系统提出了三种规划方案，对每种规划方案进行网络潮流计算，可靠性分析，N－1校验，短路电流校验和经济性分析确定了最终的规划方案。为了确定最优的无功补偿容量，对补偿容量为配电变压器容量的20％、25％和30％的情况下的网络潮流进行了计算，在25％补偿时，三种规划方案的网损率都最低，根据经济性原则，选25％的补偿容量。配电自动化系统设置服从上海市南供电公司自动化的总体规划及要求。传统的规划方法通过繁琐的计算得出的结果也跟上述结果一致，因此本方法具有更大的实用性。
4 结论
本文提出的10 kV配电网规划方法在目前的10 kV电力网络的规划中具有普遍的实用性，对于指导10 kV配电网规划具有一定的实用价值。本方法跟传统的规划方法的比较如下：
1）本方法的基础是负荷预测，采用负荷密度法不仅能预测出未来负荷量的变化规律，而且对未来的负荷地理分布情况也作出了相应的预测，为网架结构和布线打下了良好的基矗而传统的规划方法忽略了预测负荷地理分布的重要性，而只重视负荷总量预测。
2）本方法在变电站站址的选择上采取最小准则原理进行初步的计算得出负荷中心，然后根据地块实际情况进行调整，具有很大的灵活性。而传统的规划方法只根据程序计算结果确定变电站站址。在很多情况下，由于要和周围环境协调，程序算出的站址往往要变动，所以本方法在变电站选址方面具有更大的实用性。
3）本方法对于配电系统规划的论述具有较强的可操作性。采用开关站和环网相结合的网架结构，使得网架的规划更加实际可行。使用简化的潮流计算在实际项目中更加简洁方便，减少了繁琐的计算，同时也满足了项目的数据精度要求。而传统方法往往拘泥于计算精度，使得计算工作量较大。综上所述，本方法的主要特点是：
4）符合遵循各地电网的技术原则；
5）提出了可靠性分析评估，以满足各地电网的可靠性指标；
6）在规划阶段考虑无功补偿，对规划网络进行最优的无功补偿；
7）配电自动化系统的设置服从于各级电网自动化的总体规划及要求。
参考文献
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