城市电网电压等级序列优化研究_迟福建.pdf

城市电网电压等级序列优化研究迟福建（国网天津市电力公司）摘要：电压等级序列是电力系统输变、配用各环节设计、建设、设备及运维的重要规范，极差合理、数量适当的电压等级序列能够有效降低电力系统建设投资和运维成本。由于历史的原因，目前国内各地区电压等级序列设定总体科学但各有差别。本文分析了国内外主要先进城市电压等级序列配置情况，针对部分大型城市高压配电网存在 和 两个电压等级进行了深入分析，提出大型城市特别是超大型城市优化电压等级序列的必要性和可行性，并以某典型城市为例研究了电压等级序列优化的基本原则和实施路径。关键词：城市电网；电压等级序列；优化配置；升压改造 引言建国以来国家不断推进电压等级序列科学化、标准化，目前已形成了 、（）、（）、（）、（）、标准电压等级配置规范，对我国电力事业发展做出了重要贡献。但是受历史因素、地理条件影响，各地区、各城市之间的电压等级配置还是存在一定的差异。特别是部分城市在 和 作为同一级别高压配电网电压等级，经历了 为主、和 并重、逐步向 电压等级发展的过程 -。从国内外城市电网发展历程来看，电压等级序列的发展和演变都是一个长期的、动态的过程，我国电压等级序列发展尤为复杂。合理选择、简化配置电压等级序列不仅可以提升城市电网的整体供电能力，提高电网对不同性质及不同报装容量负荷的适应性，同时也可以降低网络损耗，节约有限的空间资源，减少电网建设和运行成本。本文通过对国内外主要先进城市电压等级序列现状分析入手，并结合国内某特大型城市电网发展遇到的电压配置瓶颈问题，研究了 电压等级向 电压等级升压改造的必要性和可行性，并提出了升级改造原则和实施路径，以供国内大型城市电网规划建设参考 -。国内外主要城市电压等级配置情况随着城市供电范围和负荷密度不断增大，为满足容量输送需求，各级电压逐步提高和简化，级数接近的电压等级逐渐被合并或取消，整个城市逐步形成级差合理、容量匹配、结构协调的输配电压等级序列。经调研了解到，目前国内外主要先进城市已基本上形成极差合理、数量适当的电压等级序列。.国内外部分城市电压等级配置情况一般认为电压等级序列合理配置原则是：有利于提升供电能力和供电可靠性，有利于降低电网整体投资和运维费用，有利节约站址和通道资源，有利于降低电网运行损耗，便于远近结合和电网装备标准化。基于以上原则，对纽约、巴黎、伦敦、东京、新加坡等国外发达城市（国家），国内北京、上海、雄安、深圳、香港等城市（特别行政区）电压等级序列进行了调研。被调研城市（国家、特别行政区）电压等级配置情况详见表 、表 。表 国外部分城市电网电压等级配置情况统计表国家城市电压等级序列 美国纽约 （）.法国巴黎 .英国伦敦 （）.德国柏林 （、）.日本东京 .（）.（.）韩国首尔 .意大利罗马 （）.新加坡 （.）.注：括号内电压等级为局部地区采用的非标准序列（下同）电气技术与经济 研究与开发 表 国内部分城市（特别行政区）电网电压等级配置情况统计表电网公司城市电压等级序列 国网公司北京 （）.雄安 .上海 （）.沈阳 .青岛 .西安 （）.南网公司深圳 （）.广州 .中华电力香港电灯香港 .（）.可供参考或借鉴的主要经验电压等级序列配置的主要趋势是尽可能简化电压等级层次，高压配电网深入城市中心，在输电网最低电压等级与中压配电网电压等级之间只保留一个高压配电电压等级。（）国内外先进城市电压等级采用简化配置。从国外看，纽约、巴黎、罗马等城市电压等级简化到个，伦敦、柏林、东京、首尔、新加坡等城市简化到 个；从国内看，北京、雄安、沈阳、青岛、西安等城市电压等级简化到 个。（）高压配电网一般采用 电压等级。从国外看，纽约的 、伦敦的 、东京 、首尔的 、罗马的 （）其作用相当于国内的 电压等级；从国内看，北京、雄安、深圳、广州等城市高压配电网采用 电压等级。.国内大部分城市电压等级配置现状及问题与国内外的先进城市电网相比，国内大部分城市电压等级序列偏多。例如，东部某大型城市电压等级序列为 .，电压等级数量达到个，且中心城区高压配电网主要采用 供电。随着城市化进程加快和经济社会快速发展，高层建筑特别是大型金融、办公写字楼，商贸和大型住宅小区等大量出现，用电需求越来越大，负荷密度不断增加，中心城区 变电站供电容量小、出线回数少、重复降压等问题开始凸显。通过近五年来该城市 高压配电网规划建设及运行经验分析，电压等级主要存在以下问题：（）变电站供电能力不足。随着城市建筑向高层、超高层发展，电力负荷密度越来越大，变电站供电能力已难以满足用电需求。终期规模主变容量为 ，部分 变电站建成后负载率就能够达到设计运行水平，很容易出现主变重载及变电站不满足 -问题，从而需要规划新建 变电站。年度夏季大负荷期间，某大型城市 及 变电站出现重载或不满足 -情况共 个，其中 变电站有 个，占比达到 。（）电压等级站点、线路较多，增加选址选线等建设工作难度。电网土地资源、通道的利用率相对较低，远景规划变电站总数偏多，在土地资源稀缺的中心城区落点困难，难以适应中心城区高负荷密度发展需求。（）重复降压增加损耗。截至 年底某大型城市共有 变电站 座，变电站 座，占比 .，重复降压情况较多。根据国内外运行经验，增加一次重复降压情况电网损耗将增加 。（）对 变电站负荷转移能力不足。电压等级输电线路输送容量仅有 电压等级的四分之一，因此 网架结构主要为辐射式接线，对 变电站中低压侧负荷转移支援能力不够，无法作为 变电站负荷转移通道。电压等级序列优化必要性及可行性分析综合国内外电压等级序列调研分析，结合国内大型城市电网目标网架结构和电压等级序列优化研究成果，综合考虑电网发展历程和电网基础条件，对现状国内大部分城市由 和 两个电压等级并存向 电压等级为主，逐步简化 电压等级的必要性、可行性和经济性进行了深入分析。.电压等级序列优化的必要性分析（）随着城市负荷密度不断增大高压配电网选择 电压等级是发展趋势。国外纽约、伦敦、柏林、东京、首 尔、罗 马 已 采 用 （或 相 当 于 ）作为高压配电网电压等级，国内北京、雄安、深圳、广州等城市采用 电压等级。（）变电站能够显著提高配电网供电能力。变电站和 变电站终期规模分别是 （.）和 ，座 变电站变电容量是 座 变电站的 .倍。（）简化 电压等级可以降低电网运行损耗。优化 变电采用 三卷变配置模式，变电站直接降压为 ，避免 变电站为 变电站供电的再次降压情况，能够有效降低电网运行损耗。.电压等级序列优化的可行性分析（）部分 变电站已经重建或已到达改造年电气技术与经济 研究与开发 限。大部分城市变电站电压等级是随着技术进步和经济实力提高逐步升高的，改革开放前城市变电站主要以 电压等级为主，到目前已经基本达到或超过 年的设计使用年限。且随着城市化进程加快，现状 变电站周边负荷增长较快，满足升压改造为 变电站条件。（）上级电源能够满足部分变电站升压改造需求。随着高压配电网电压等级的提高，变电站的电压等级配置也发生了重大的变化，从起步阶段的 为主，逐步过渡为 为主，增加了 电压等级配置，可以满足 变电站升压为 变电站的电源需求。（）部分 变电站占地面积满足原址升压改造条件。运行年限 年以上的 变电站主要以室外站为主，或虽然采用室内站建设模式但是占地面积较大，能够满足新建 变电站建设需求。如东部某大型城市现状 座 变电站中，占地面积在 以上、可采用典设原址升压的有 座，占比.；占地面积在 、可采用原址紧凑型设计的有 座，占比 .；以下的可采用典设异地升压改造。.变电站升压改造的经济性分析根据某省电网公司 输变电工程造价水平及趋势研究报告（年版），统计 年建成投产的输变电工程造价水平为：变电站占地面积是 变电站的 .倍，变电容量是 变电站的.倍，单位占地面积的供电能力是 变电站的.倍，变电站本体工程造价是 变电站的 .倍。单位变电容量造价是 变电站的 .倍。架空线路工程单位容量长度造价是 架空线路的 .倍，电缆线路工程单位容量长度造价是 电缆线路的 .倍。与 主要经济技术指标对比分析情况见表 。表 与 主要经济技术指标对比分析表对比项 对比结果典设占地面积 .变电容量 .单位占地面积供电能力（）.变电站造价 .新建变电工程单位容量造价（元 ）.架空线路工程担任容量长度造价（元 ）.电缆线路工程单位容量长度造价（元 ）.综上所述，总体上来看 电压等级电网工程经济性要更优于 电压等级。电压等级序列优化原则及实施路径电压等级序列优化是一个系统性渐进式的过程，需要统筹考虑现状城市用电负荷密度、未来 年负荷增长情况、现状 变电站运行年限，也要充分评估 变电站升压改造为 变电站可能遇到的问题和困难。需要做好电网规划与城市发展规划的衔接，提前预留 变电站站址、电源线通道等空间资源，综合考虑各方面因素后确定科学合理的实施路径。.需要解决的配套问题经过对东部某大型城市现状 变电站进行调研分析，发现该城市电压等级序列优化、将现状 变电站升压改造为 变电站主要存在以下问题。（）大部分 变电站占地面积不满足典设要求。目前，紧凑型变电站最小占地面积需要 ，中 心 城 区 变 电站 中 占 地面 积 小 于 的有 座，占比为 。需要扩大征地面积或采用小型化建设方案。（）中心城区 变电站电源点数量较少。中心城区共有 变电站 座，其中 电压序列 座，电压序列 座，新建 变电站缺乏上级电源支撑。特别是和平、河西、南开区内 变电站没有 出线。（）变电站通道需求量较大。电缆为单芯电缆，需要占用 孔排管，现状 变电站电源线通道资源已基本全部使用，新建排管或沟槽等 电缆通道非常困难，将可能成为制约 变电站升压改造的重要因素。.可遵循的原则根据上述分析，提出城市电网冗余电压等级序列优化的四项原则。（）统筹规划、有序优化。详细梳理现状 变电站运行情况，根据城市发展需求及变电站整体情电气技术与经济 研究与开发 况，优先考虑对已经达到设计运行年限、设备健康状况较差需要进行改造或重建，以及周边负荷增速较快、设备负载率较高的 变电站。（）因地制宜、合理改造。变电站升压改造以原址改造为主，差异化制定升压改造方案，根据现状 变电站占地面积分别采用典设、紧凑型或小型化建设方案，尽量降低选址、选线等前期工作难度和工作量。（）上下结合、同步发展。结合 变电站升压为 变电站对上级电源点的需求，同步做好 变电站新建或改造规划，增加中心城区 变电站布点和 出线规模。（）兼顾效益、综合利用。对于 变电站升压退运后主要设备，本着就约投资、提高效率的原则，在制定 变电站升压改造方案的同时，同步制定废旧物资利用计划，发挥设备使用效率。.实施路径（）中心城区电压等级序列优化实施路径根据对东部某大型城市中心城区内全部 变电站分析论证，提出了以下四种升压改造模式。模式一：原址按照典设升压改造。占地面积在 以上的，或占地面积略小于 ，但是能够利用周边道路作为消防通道或通过站内平米优化布置能够按照满足典设要求的，采用 变电站典设进行原址升压。模式二：原址按照紧凑型升压改造。占地面积在 ，或占地面积略小于 ，但是能够利用周边道路作为消防通道或通过站内平米优化布置能够按照满足规程、规范要求的，采用紧凑型升级进行原址升压改造。选址条件允许的地区，可选址采用异地重建模式。模式三：原址按照小型化升压改造。占地面积在 ，或占地面积略小于 ，但是能够利用周边道路作为消防通道或通过站内平米优化布置能够按照满足规程、规范要求的，采用小型化升级进行原址升压改造。选址条件允许的地区，可选址采用异地重建模式。模式四：占地面积在 以下，无法采用小型化建设的，在现状 变电站周边规 划 新 建 变电站，变电站建成后 变电站退运，原站址通过建设供电所、营业厅等方式综合利用。（）中心城区以外地区电压等级序列优化实施路径鉴于中心城区以外地区土地资源相对比较充裕，为保证 变电站站内标准设计及进出线安排，应考虑以原址典设和异地典设两种升压方式。模式一：原址按照典设升压改造。占地面积在 以上的，采用 变电站典设进行原址升压。模式二：异地按照典设升压改造。占地面积在 以下的，在现