（电气工程专业论文）包头市中压配网网架优化的研究.pdf

声明尸明 i u lll li lll ll ll lli ii il 17 8 5 8 8 7 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文包头市中压配网网架优化的 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签塑 日期： 2 扩多 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：密篮 导师签名： 日期： ， k 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 中文摘要 随着国民经济的快速发展，包头地区对供电要求逐步提高，为适应客观形势的 要求，近几年包头供电局通过配电网络的改造，取得了长足的进步。但由于配电网 架结构长期积累的问题较多，因此，配电网络的结构优化、设备优化、管理优化势 在必行。 论文主要阐述了包头地区配电网可以通过三分段四连接的优化方法，把供电可 靠性和成本问题之间的矛盾缩减到最小。并且在分析 城市电力网规划设计导则 容载比公式的基础上，结合变电站扩建的各种经济因素，确定一个数学模型，并找 出最优的扩建方案及储备年限，从而确定储备系数及容载比。 关键词：中压配网，多分段多连接，容载比 a bs t r a c t t h ep o w e rc o n s u m p t i o no fb a o t o ui si n c r e a s i n gr a p i d l yb e c a u s eo fn a t i o n a l e c o n o m ys p e e d yd e v e l o p m e n t i no r d e rt oa d a p tt ot h es i t u a t i o n ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t r a n s f o r m a t i o no fb a o t o ue l e c t r i cp o w e rs u p p l yb u r e a uh a sb e e ns u c c e s s f u li nr e c e n t y e a r s b u td i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sb e g i n n i n gt oh a v em a n yp r o b l e m s ，i ti si m p e r a t i v et o o p t i m u ms t r u c t u r a l 、e q u i p m e n ta n dm a n a g e m e n to fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h et h e s i sd i s c u s s e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fb a o t o uc a nb ec o n n e c t e dt h r o u g ha t h r e e s e c t i o na n df o u r o p t i m i z a t i o nm e t h o d ，r e d u c ec o s t sa n de n s u r er e l i a b i l i t y b a s e d o nt h ef o r m u l ao fc a p a c i t y l o a dr a t i ow h i c hi sg i v e nb y ( t h eg u i d eo fu r b a np o w e r n e t w o r k p l a n n i n g ) a n dt h e f u n d sr e q u i r e dt oe x t e n ds u b s t a t i o n ，w ec a nh a v ea n m a t h e m a t i c a lm o d e l 、p l a nf o r e x t e n d a t i o na n dt h en u m b e ro fy e a r ss e tf o rr e s e r v e t h e n w ec a nd e f i n er e s e r v ec o e f f i c i e n ta n dc a p a c i t y l o a dr a d i o k e yw o r d s ：m e d i u m v o l t a g e m u l t i - o p t i m i z a t i o n ，c a p a c i t y - l o a dr a d i o d i s t r i b u t i o n n e t w o r k m u l t i - s e c t i o n a n d g u op e n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s p r o f z h a os h u - t a o ， 一 j 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 课题研究的时代背景1 1 2 课题研究的意义l 1 3 国内外研究动态2 1 4 课题研究主要内容3 第二章中压配网优化设计的技术原则4 2 1 电压等级序列4 2 2 供电可靠性5 2 3 变压器容载比5 2 4 中压配电网的网络结构j 5 2 5 供电设施：一6 第三章包头地区中压配网网架结构的优化9 3 1 包头地区中压配电网的建设9 3 1 1 包头地区主电网概况9 3 1 2 包头地区中压配电网规模9 3 1 3 中压配电网分析9 3 1 4 配电网存在的主要问题1 4 3 1 5 配电网改造的意义1 5 3 2 包头地区中压配电网网架结构优化研究1 5 3 2 1 中压配网网架结构优化问题的提出1 5 3 2 1 1l o k v 配电网的特点1 6 3 2 1 2 配电网网络结构的优化1 6 3 3 优化的约束条件1 7 3 3 1 电压降1 7 3 3 2 线损1 8 3 3 3 用电可靠性：1 8 华北电力大学工程硕士学位论文目录 3 4 中压配电网优化的意见1 9 3 4 1 中压配电网设备优化的意见1 9 3 4 2 中压配电网技术优化的意见2 0 第四章中压配电网优化进一步研究2 2 4 1 关于多分段、多连接技术的分析2 2 4 1 1 包头地区中压配网改造分析3 0 4 2 中压配网变电容载比优化方法研究3 l 4 2 1 容载比计算公式3 2 4 2 2 储备系数的确定3 2 4 2 2 1 变电站扩建容量3 3 4 2 2 2 经济成本数学模型3 4 4 2 3 包头地区ll o k v 变电站容载比分析结果3 6 第五章结论3 8 参考文献3 9 致谢4 l 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 2 h 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 课题研究的时代背景 第一章引言弗一早ji园 改革开放以来，我国经济进入高速发展阶段，而经济的增长有赖于国家城市化 战略的顺利实施，配电网是城市的基础设施，其发展必须适应我国高速发展的要求。 我国配电网经过多年的建设和改造，供电能力有了明显的提高，目前已基本能够满 足我国社会经济发展的需要，但是在未来的经济发展中，居民和商业用电量比例还 将逐步增大，中压用户的可靠性要求也将越来越高，因此配电网的供电可靠性和质 量必须随之逐步升级。配电网的建设发展需要考虑的因素远比输电网多，除了许多 相互制约的技术因素外，还需要考虑外部的不确定因素，因此配电网的发展不仅要 适应负荷的发展，更需要适应如城市环境、产业结构、空间资源、能源政策等多种 外界条件，由此可见，中压配网网架优化在城市建设中的积极作用。 包头市地处我国北疆，位于内蒙古自治区西部，包头市的经济建设正呈现快速 健康发展的良好态势，是我国西部财政收入过百亿的城市之一，g d p 增长速度已连 续两年居全国城市经济发展排行榜之首，并且进入全球城市经济增长前2 0 名首位。 包头电网位于蒙西电网中部，是蒙西电网中最大的区域性电网，向南与达旗电厂相 连，向西与巴盟地区电网相连，向东与呼市电网相连，与蒙西电网连接密切。近年 来，包头市人口增长迅速，城市用电量日益增大，因此对包头市配网的优化及改革 迫在眉睫，改变电网结构，高起点建设“高电压、大容量、高技术 的主干电网， 合理布局中压配网，才能从根本上解决地方经济快速发展和电网建设滞后的矛盾。 1 2 课题研究的意义 包头供电企业逐步加强了配电网络的建设，特别是这几年来城网改造，中压配 网都取得了长足的进步。包头配网网络网架结构的强化，电源的布置逐步趋于合理， 设备健康水平有所提升。特别是地区中压配电网的绝缘化、电缆化和线路互带能力 有了较为明显的改善，中压网络系统水平的提高集中表现在中压配电网供电可靠性 指标逐提高，配电线路的回路的数量大幅度提高，在配网设备的改造中，包头地区 架空配电线路的绝缘化率上升很快，提高了配电架空线路在运行中的防护能力，还 有变电站设备中的断路器健康水平的完善，有效的保障动作的可靠性与供电的可靠 性。但是对于配网的优化仍然有许多不足之处。包头地区公用中压配电网以单电源 接线与“手拉手接线为主。单联络线路7 9 条，占全部线路5 1 9 7 ；多联络线路 华北电力大学工程硕士学位论文 3 条，占全部线路1 9 7 ；无联络线路7 0 条，占全部线路4 6 0 5 ，由于线路负荷增 长非常快，多数线路负荷很重，甚至出现满负荷、过负荷情况，造成部分线路间的 联络形同虚设，虽然“手拉手”线路达到了一定的比率，但是部分线路没有负荷转 供能力，而且单电源线路较多，事故情况下，造成对用户的停、限电，很难满足安 全可靠供电的要求，由于配电线路负荷逐年增加，包头地区配网中压线路增加分段 开关，目前对线路过负荷有所缓解，可这种规划只是治标不治本，一条线路断路器 跳闸时，另一条线路还是无法带全线的负荷，所以多分段多连接的配网改造是当务 之急。包头地区负荷不断增加，容载比取值也随之变化，容载比较大时，变电站的 容量储备较大，电网建设前期投入资金较大，容载比较小时，变电站容量储备不足， 电网适应能力较差，影响供电可靠性，因此，在包头市城网规划中选取合理的变电 容载比是规划结果满足经济合理要求的必要保证。 1 3 国内外研究动态 对于中压配网网架结构优化方面，经济发达国家的城市，强调网络结构在设计 上考虑由下一电压等级网络的互带能力和配置多台变压器来保证供电可靠性，强化 低一级电压网络的负荷转移能力。经济发达国家首先注重电网整体结构的优化发 展、强调各电压层次电网的协调配合，不要求层层“n - - 1 ”，适当考虑层与层之间 的负荷转移和相互支援；其次对于负荷密度较高的城市中压配网，采用高阻抗变压 器，使变压器能够并列运行，提高配电网的连续供电能力，满足配网的供电可靠性 要求。在研究电磁环网应解环运行，但也需要对电磁环网的解环时机进行论证，在 不影响系统的安全稳定和满足短路容量限制的条件下，允许电磁环网运行，从而加 快故障时负荷转移的速度，提高电网连续供电的能力。目前，我国的城市配电网正 在进一步向简化、完善和高可靠性方向发展，如部分变电站接线开始研究采用线路 变压器组、单母线接线等接线模式：网络结构推广采用多回线、各式环网，多分段 多连接等方式，以提高配电设备的利用率和供电安全性。研究简化配网的网络结构， 完善配电网的标准化接线模式，将各电压等级电网的短路水平控制在合理范围内。 对于包头地区配网优化方面，近几年也取得了很大的成绩，首先5 0 0 k v 变电站和 2 2 0 k v 双环网的建设投运给包头配网提供了足够的电源支撑，包头供电局绝缘化率 达到9 0 以上，变电站断路器无油化率通过改造达到了8 5 左右。随着不断开展带 电作业，用户平均停电时间比往年有了明显下降。但是同时还存在很多的问题，配 网手拉手线路仅仅达到5 0 ，而且个别线路负荷互带时，还会造成线路过负荷，需 要对用户停限电，所以互带能力比较弱。手拉手架空线路的分断开关数量已经增加， 但是分断开关与分断开关之间没有连接线路，在正常检修及故障情况下停电范围 大、停电时间长、而且调度运行方式不灵活。所以线路多分段多联络的配网改造是 2 华北电力大学工程硕士学位论文 包头配网优化的首要工作。 1 4 课题研究主要内容 随着经济的飞速发展，包头电网急需进行全面的规划。中压配电网作为城市供 电的主体，进行扩建和改造也是必然趋势，电网规划的原则是效降低网络损耗、减 少资金投入。针对目前包头中压配电网现状，为提高包头电网的供电可靠性，本文 将从以下几个方面展开研究： 1 ) 根据中压配网优化设计的技术原则，提出了包头市配电网网络结构和电力设 施的优化配置要求； 2 ) 根据包头电网实际情况，分析配电网合理分段的连接方法，优化包头配电 网的分段方式。 3 ) 在满足变电站可靠供电及建设经济性的基础上，定量计算负荷发展的储备 系数，并且找出最优的储备系数及容载比，为变电站扩建提供依据。 3 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章中压配网优化设计的技术原则 城网结构是优化设计的主体，应根据城市建设的规模，优划负荷密度以及各地 的实际情况，合理选择和具体确定电压等级，供电可靠性的要求，中压配电网的网 络结构，点线配置等技术原则。 2 1 电压等级序列 电压等级序列合理配置问题是确定配电网发展战略的重要内容之一，是一项提 高电网总体适应性的宏观决策，关系到节约土地资源，统筹规划变电站站址和通道 资源，规范城市电网结构，推进变电站标准设计，提高供电可靠性，提升供电能力， 方便运行维护，降低电网损耗，减少电网投资，增加企业经济效益等重要问题，应 当高度重视，全力推进。它的原则和标准是： 1 ) 有利于降低电网整体投资。 2 ) 有利于降低损耗。 3 ) 有利于节约站址和通道资源。 4 ) 有利于提升供电能力和供电可靠性。 5 ) 便于运行维护。 6 ) 适应性强，兼顾远近需求。 目前包头地区外围的高压环网电压等级合理，可以满足城市未来的用电需要。 在未来的几年内包头市电网规模将不断扩大，并出现新的开发区和新的建成区，应 尽快选择在新开发区和负荷密度较大的成片改造地区开展简化变电层次，提高配电 电压等级的试点工作，以降低包头地区中压配电网网损并节约城市日益稀缺的环境 空间资源。实现电压等级序列合理配置的基本结论为简化变电层次，提高中压配电 电压。 2 2 供电可靠性 供电可靠性是指电网设备停运时，对用户连续供电的可靠程度，应满足两个目 标的规定，一是电网供电安全准则；二是满足用户用电的程度。 1 包头地区中压配电网负荷转移能力必须满足n l 安全准则。 ( 1 ) 高压变电站失去任何一回进线或一台变压器而降低供电能力时，中压配电 网应具有转移这部分负荷的能力。 ( 2 ) 或者高压变电站的中压一段母线因故停运时，中压配电网应具有转移其全 4 华北电力大学工程硕士学位论文 部负荷的能力。 2 满足用户用电的程度 配电网故障造成用户停电时，允许停电的容量和恢复供电的目标时间应满足以 下原则。 ( 1 ) 两回路供电的用户，失去一条回路后，应不停电； ( 2 ) 三回路供电的用户，失去一条回路后，应不停电，再失去一条回路后，应 满足供电容量5 0 7 0 用电； ( 3 ) 一回路和多回路供电的用户电源全停时，恢复供电的目标时间为一回路故 障处理恢复的时间： ( 4 ) 在环网供电方式中对于开环网络中的用户，环网故障时的最低恢复供电要 求是需通过电网操作恢复供电的时间，其目标时间为操作所需的时间；更高要求是 通过配网自动化限制在1 分钟以内恢复完好区段的供电。 2 3 变压器容载比 容载比是某一供电区域中变电设备总容量( k v a ) 与对应的总负荷( k w ) 的比 值，也称为变电容载比。容载比是变电容量充裕度的重要技术指标，也是电网发生 故障时保障负荷顺利转移的重要宏观控制指标。合理的容载比，既可以适应负荷的 随机应变，又可以为负荷增长留出一定的空间，从而提高电网的供电安全性；另一 方面，合理的容载比与恰当的网架结构相结合，对于故障时负荷的有序转移，保障 供电安全性，也是至关重要的。 确定容载比时既要考虑负荷增长率快慢，又要考虑网络结构的联系程度等因 素。负荷增长率低，网络结构联系紧密，容载比可适当降低；负荷增长率高，网络 结构联系不强，容载比应适当提高，以满足电网供电安全性和负荷快速增长的需要。 单纯的容载比指标并不一定能够保证电网的供电安全性和供电可靠性，还需要有合 理的网架结构配合，为负荷转移留有合理的通道，才能够充分发挥变电容载比指标 在电网规划与运行中的指导作用。包头地区电网运行情况中。电网的总体容载比较 高，却因变电容量布局不合理，同时又出现变压器轻载和超载现象，于是造成电网 新、扩建的初期虽然容载比裕度很大，但电网却无法获得较高的n - - 1 供电安全水 平。 2 4 中压配电网的网络结构 包头地区主要采用1 0 k v 作为中压配电电压，繁华市区采用1 0 k v 电缆网，而其 他大部分供电区域仍是沿街道架设的1 0 k v 架空线网。正常方式下，1 0 k v 中压配电 5 ， 华北电力大学工程硕士学位论文 网基本上按供电安全性的要求构成放射式运行的环网。不论电缆线路或架空线路， 都由变电站的1 0 k v 若干出现组成独立、供电范围不交叉重复的片状分区配电网。 在负荷较密集的地区，由于变电站分布较密，各站间距离较近，供电半径较小， 为进一步提高电缆利用率也采用“三供一备 接线形式。对于较集中的负荷，通常 采用开闭站或箱式变电站的形式供电。包头地区1 0 k v 配电变压器站主接线大部分 采用单母线或单母线分段的接线形式，箱式变电站一般采用电缆分支箱的形式接入 电网。 在负荷密度较小的地区，由于供电范围较分散，架空线路距离较长，也在架空 线路上支接一些支路，形成放射型线路。对于较分散的负荷一般采用柱上变压器的 形式供电，柱上变压器通常t 接到就近的架空线路上。 2 5 供电设施 城网的供电设施应选用小型化、标准化、无油化、集成化、微机化、低能耗、 少维护、免检修或少检修的设备，噪音满足环保要求，并为实施配电自动化创造条 件。 1 柱上变压器 ( 1 ) 应采用全密封低耗损、低噪音的变压器，目前卷铁芯和非晶合金变压器都 是典型的节能型变压器。对于负荷特性平稳且变化不大的地区宜选用铜损较小的变 压器；对负荷特性昼夜变化大而一年中大部分时间负荷比较低的地区宜选用卷铁芯 变压器或非晶合金变压器，单台变压器容量宜限制在3 1 5 ( 4 0 0 ) k v a 以下。 ( 2 ) 为提高柱上变压器安全运行水平，变压器的高低压引出线宜采用绝缘导线， 引线和变压器高低压管套的链接部分宜加装绝缘护套。 2 预装式变电站( 箱变) ( 1 ) 应用场所 市区的主次干道旁边、公园广场绿地、个别建配电室有困难以及临时施工用电 都是安装预装式变电站( 箱变) 的合适场所。 ( 2 ) 容量选择 容量一般以3 1 5 5 0 0 k v a 为宜。 ( 3 ) 安装要求 预装式变电站( 箱变) 应安装在离地面0 2 0 3 米的砼基础上，基础下面应有便 于高低压电缆接入的管孔，且满足防水通风和防小动物进入预装式变电站( 箱变) 的密封要求。 ( 4 ) 美式箱变串入l o k v 主干电缆线路时应进行热稳定校验。 采用四位置开关的美式箱变，带电切换电源方便，由于在切换过程中有短暂停 6 华北电力大学工程硕士学位论文 电，故不宜把四位置开关串入1 0 k v 主干电缆线路当做环网开关使用。 3 柱上开关 作为架空配电线路分段用的开关宣选用负荷开关；而对于较长线路可采用断 路器作为重合器，其开断短路电流值应大于等于1 6 k a ，但应通过短路电流的校验。 无论是负荷开关还是断路器，其操作机构应预留试点电动分合闸功能。 4 开闭站的开关 对负荷密度较大、负荷输配较重、出线回路较多的开闭站宜采用断路器方式； 对负荷密度小、地处受电端得开闭所宜采用负荷开关及负荷开关一一熔断器组合装 置方式；对于不直接开断短路电流的开闭站进线开关视运行方式、保护配置、输送 负荷量等综合平衡后可以选用负荷开关。 5 重合器 ： 重合器按灭弧介质分类有s f 6 气体绝缘和真空两种。 1 0 k v 架空配电线路较多或有支接线路，采用重合器作分段或支接开关，提高保 护的选择性。现有变电站馈线开关一时得不到改造，采用在馈线开关出口处加装重 合器代替馈线开关提高配电可靠性。 6 环网柜( 环网供电单元) ( 1 ) 环网柜按其安装地点可分为户内式和户外式两种，户外式环网柜应满足环 境温度、防水、防潮和耐腐蚀的要求。环网柜内应具备固定电缆支架。 ( 2 ) 应用场所：1 0 k v 主干电缆线路的分段或联络应采用环网柜，环网柜内的开 关为负荷开关，负荷开关应具备可手动和电动的操作机构。一般的1 0 k v 开闭站和 1 0 k v 配电所( 单台变压器容量1 2 5 0 干伏安) 内的高压配电装置可采用可扩展式 的环网柜，柜内开关为负荷开关。开闭站出线间隔和配电室内变压器高压侧采用负 荷开关一一熔断器组合装置作为变压器高压侧保护，应注意组合装置中负荷开关开 断转移电流的能力。负荷开关应具备可手动和电动的操作机构。 7 电缆分支箱 1 ( 1 ) 电缆分支箱分中压和低压电缆分支箱，根据进线的导线截面和出线的需要 确定中低压电缆分支箱的出线回路数。中压电缆分支箱一般按一进三出配置，低压 电缆分支箱一般不超过八回出线。中压电缆分支箱进线应加装带电显示装置，进出 线电缆应加装抗干扰型的短路故障指示器 ( 2 ) 应用场所：中压电缆分支箱不宜当作环网柜，串入电缆的主干线路。中压 电缆分支箱的进线来自主干电缆的环网柜的出线。分支箱可安装于广场、公园的绿 地或主次干道的旁边，分支箱应安装在离地面0 2 0 3 米的砼基础上，基础下面应 用便于电缆接入的管孔。低压电缆分支箱一般用于住宅小区的配电，其进线来自附 近1 0 k v 配电室或预装式变电站( 箱变) 的低压出线。分支箱一般应靠近受电端， 可安装于住宅小区的绿化带或建筑物的周边场地。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 8 户外跌落式熔断器 作为杆上配电变压器的主保护和中压用户的直接保护或线路的分段保护，要求 正常运行时，触头压力大，压嘴和熔丝具的接触良好，温升低，且不会自落；要求 开断短路电流值为1 2 5 k a 以上，推荐采用带负荷分断能力的跌落式熔断器。 9 线路故障指示器 为了缩短架空线路发生故障后寻找故障区段的时间，宜在线路的分段开关处和 线路的分支处装设机械式架空线故障指示器。在电缆的环网柜内宣装电缆故障传感 器，其短路或接地故障的电信号转变为发光信号或经光缆将动作信号传送到远方的 监控系统，可判明故障发生的区段。 l o 计量装置 计量装置应满足高精度、高稳定、多变比、能远传、防窃电等多种功能的要求。 8 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章包头地区中压配网网架结构的优化 3 1 包头地区中压配电网的建设 3 1 1 包头地区主电网概况 包头地区电网位于内蒙古电网中部，是内蒙古电网中最大的地区电网，主要担 负着包头市区及市属白云、石拐两个矿区和九原、土右、达茂、固阳四个旗县区的 供电任务，供电面积4 万平方公里，用电人口2 3 0 多万。 包头地区局属变电站共有5 7 座，其中5 0 0 k v 变电站2 座，2 2 0 k v 变电站1 3 座，l l o k v 变电站3 7 座，3 5 k v 变电站5 座。另外还有l o k v 以上的用户变电站5 8 座， 其中有2 5 座变电站实现了无人值守和集控管理。 伴随着包头地区用电负荷的增加和内蒙古电力公司确立的努力建设“三超一 强 现代电网公司的发展目标，包头电网已形成以5 0 0 k v 为电源支撑，2 2 0 k v 七角 双环网的供电网络，供电能力已达3 0 0 多万k w ，可满足包头市经济强劲发展的需 要和包钢、铝厂、希望铝业等一大批大电力用户的用电需求。2 0 0 8 年我局完成售电 量2 1 3 3 2 亿k w h ，最大负荷3 1 7 万k w ，占内蒙古电网售电量的3 0 以上。今年力 争完成2 4 9 亿k w h 售电量目标。 3 1 2 包头地区中压配电网规模 至2 0 0 8 年9 月，包头市区公用中压配电线路共1 5 2 条，总长8 5 4 4 8j 锄，其中 昆区分局4 4 条1 8 6 4 6l a i i ，青山分局2 5 2 7l m ，东河分局5 0 条2 9 8l a n ，高新分局1 5 条1 1 7 3 2h 。 3 1 3 中压配电网分析 1 线路构成 从线路构成上讲，包头市现状中压配电线路由架空裸导线、架空绝缘线、电缆 线路构成，至2 0 0 8 年8 月共有中压配电线路8 5 4 4 8 虹，其中架空裸导线为6 7 2 8 2 l 田i ，占7 8 7 4 t 绝缘导线1 1 8 4 3l 锄，占1 3 8 6 ；电缆线路6 3 2 4h ，占7 4 。市 区绝缘化率为2 1 2 6 ，其中昆区为2 5 4 2 ，青山局为2 5 9 1 ，东河区为1 4 4 4 ， 高新局为2 1 9 5 。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 - 1 包头市区各区局中压线路构成 架空裸导线绝缘导线电缆合计 分区 ( k i n )( k m )( k i n )( k m ) 昆区1 3 9 5 7 4 5 83 6 4 4 1 9 5 41 0 9 7 5 8 81 8 6 4 6 1 0 0 青山区1 8 7 。2 3 7 4 0 93 8 5 1 5 2 42 6 9 8 1 0 6 72 5 2 7 1 1 0 0 东河区2 5 4 9 7 8 5 5 62 9 6 8 9 9 6 1 3 3 4 4 4 8 2 9 7 9 9 1 0 0 高新区9 1 5 7 7 8 0 51 3 8 1 1 1 7 71 1 9 5 1 0 1 81 1 7 3 2 1 0 0 市区合计 6 7 2 8 2 7 8 7 4 1 1 8 4 3 1 3 8 6 6 3 2 4 7 48 5 4 4 8 1 0 0 表2 - 1 可见，架空裸导线在包头市区中压线路中占绝大部分，造成包头市区中 压线路绝缘化率低( 2 1 2 6 ) ，电缆化率更低( 7 4 ) ，使得城市架空走廊拥挤，运行 管理维护不便，管理及维护费用高，影响城市环境美观与电网的安全可靠运行。 2 主干长度 由于主干线路的长度是影响整个中压电网供电可靠性，末端电压水平、网损率 等指标的重要因素。 表2 - 2 包头市区各区局中压线路干线长度分布 长度区间( k m )小于1l 一22 33 44 5大于5合计 昆线路条数5 91 48624 4 区比例 11 42 0 53 1 81 8 21 3 64 51 0 0 青线路条数 31 61 52164 3 山 比例 7 3 7 23 4 9 4 72 31 4l o o 东线路条数 4171 06585 0 河比例 83 42 01 21 01 61 0 0 高线路条数 l231261 5 新 比例 6 71 3 32 0 6 7 1 3 34 01 0 0 厶 线路条数 1 34 4 4 21 71 42 21 5 2 口 计 比例 8 6 l2 9 1 42 7 8 11 1 2 69 2 71 4 5 71 0 0 由表2 - 2 可见，在公用1 5 2 条中压线路中，有5 3 条主干长度超过3 k a n ，占3 5 1 ， 其中主干长度超过5 k m 的共2 2 条，占1 4 5 7 。各分局主干长度超过5 k m 的线路， 其中昆区2 条，青山区6 条，东河区8 条，高新区5 条。 3 导线截面 包头市中压配电线路型号复杂，多达十五、六个线型系列，其中占份额较大的 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 l j 、l g j 、j k l y j 、y j v 等系列线路、线路横截面从2 5 m r r l 2 至3 0 0 r a m 2 大小不等， 在全部线路中长度所占比例较大的7 0 m m 2 与1 2 0 r a m 2 两种截面，分别占3 1 3 9 、 2 8 6 1 ，截面在1 5 0 r a m 2 以上的导线总长度所占比例仅为8 3 3 。 表2 - 3 包头市区各区局中压线路主干截面条数分布情况 厶 口 导线截面m m 2 3 55 07 09 51 2 01 5 01 8 52 4 03 0 0 计 昆 线路条数 l03l2 ll ll5l4 4 2 22 24 7 2 21 1 2 2l o 区 比例 06 8 22 5 777 873 67o 青 线路条数 oo3l1 51 563o4 3 2 33 4 3 4 1 3 6 91 0 山 比例 0o6 9 80 38 8 8 89 580 东 线路条数 4o323 542oo5 0 1 0 河 比例 80647 084o0 o 高 线路条数 0o1o434301 5 2 6 2 6 1 0 新比例 0o6 6 702 02 00 6 76 7 o 1 5 厶 线路条数 5 o1 0 4 7 53 31 3l l l 口 2 计 3 2 2 6 4 9 2 1 8 57 2 o 6 1 0 比例 06 5 8 933 47 1546 0 从表2 - 3 中可见，主干截面为1 2 0i n l n 2 的线路共有7 5 条，占总线路条数的 4 9 3 4 ，主干截面在1 2 0 m m 2 以下的线路共1 9 条，占总线路条数的1 2 5 ，1 0 k v 线路截面普遍偏小，使得中压线路供电能力十分有限，对负荷增长的适应性不强， 正常运行时线路负载率高、线损大，线路之间不能形成有效备用，故障情况下负荷 转供能力差。部分线路变电站出口电缆细，主干线截面前后不匹配，卡脖子现象时 有发生。 4 线路运行年限 1 5 2 条线路中，运行年限超过2 0 年的5 3 条，其中4 8 条运行年限超过3 0 年。 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 - 4 包头市区中压配电线路投运时间分布情况 投运时间5 0 年6 0 年 7 0 年代8 0 年代9 0 年代本世纪合计 代代 昆线路条数 723 21 6 1 44 4 区比例 15 9 l4 5 56 8 24 5 53 6 3 63 1 8 21 0 0 青线路条数 44631 5114 3 山 比例 9 39 31 3 9 56 9 83 4 8 8 2 5 5 81 0 0 东线路条数 061 75l o1 2 5 0 河 比例 01 23 4 1 02 02 4 1 0 0 高线路条数 1030651 5 新 比例 6 6 702 004 03 3 3 31 0 0 线路条数 1 21 22 91 04 74 21 5 2 a 口 计 比例 7 8 9 7 8 9 1 9 0 8 6 5 8 3 0 9 22 7 6 31 0 0 从表2 - 4 可见，线路的建设年代分布情况可以看出，包头市区8 0 年代以前建 设的线路共5 3 条，占3 4 8 7 ，而运行时间超过3 0 年的线路占全部线路的3 1 5 8 ， 线路老化严重，给电网的安全运行造成很大隐患。 5 线损率与供电可靠性 至2 0 0 8 年1 0 月份，昆区、青山、东河、高新累计线损分别为7 7 2 、l o 5 9 、 7 8 6 、7 2 2 ，可以看出四区l o k v 电网的整体线损都较高。 表2 - 52 0 0 8 年( 1 1 0 月) 年包头市区l o k v 电网供电可靠性指标 可靠性指标单位昆区青山区东河区高新区 供电可靠率( r s - - 1 ) 9 9 8 0 5 3 9 9 7 5 8 69 9 8 0 0 79 9 7 4 6 7 供电可靠率( r s 一2 ) 9 9 8 0 5 79 9 7 69 9 8 0 0 79 9 7 4 6 7 供电可靠率( r s 一3 ) 9 9 8 0 5 39 9 7 5 8 69 9 8 0 0 79 9 7 4 6 7 小时 用户平均停电时间( a i h c 1 ) l1 3 5 21 4 0 7 7 2l1 6 2 2 71 4 7 7 0 8 户 小时 用户平均停电时间( a i h c 一2 ) 1 1 3 3 0 6 1 3 9 9 9 111 6 2 2 71 4 7 7 0 8 户 小时 用户平均停电时间( a i h c 一3 ) l1 3 5 21 4 0 7 7 211 6 2 2 71 4 7 7 0 8 户 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 用户平均停电次数( a i t c 一1 )妖? 产 2 4 9 33 0 6 32 8 3 83 8 1 9 用户平均停电次数( a i t c 一2 )妖7 户 2 4 8 53 0 1 22 8 3 8 3 8 1 9 用户平均停电次数( a i t c 一3 )次f 户 2 4 9 33 0 6 32 8 3 83 8 1 9 用户平均故障停电次数( a f t c )次户 1 1 2 6i 0 2 3 0 8 7 52 1 用户平均故障停电次数( a f t c )妖7 芦 i 3 6 72 0 4i 9 6 21 7 1 9 用户平均故障停电次数( a f t c 一 次7 户 1 3 6 72 0 41 9 6 21 7 1 9 3 ) 可靠性指标单位昆区青山区东河区高新区 外部影响停电率( i r e )0 1 8 90 5 5 5o0 外部影响停电率( i r e 一一3 ) 0 1 8 90 5 5 50o 从表2 - 5 数据可见，包头市地区现状中压网的三个供电可靠率指标都在两个9 以上，但距国际一流电网供电可靠率指标四个“9 的要求还有一定差距。受不同 因素影响，昆区、东河区外部影响停电率指标i r e 与i r e 3 较高，青山区相对较低。 6 线损率与供电可靠性 根据包头市区现状中压网，对其进行潮流计算，得到线路负载率的分布情况。 表2 - 6 包头市现状中压线路负载率分布情况 合 负载率区间o 一2 02 0 一4 04 0 一6 06 0 一7 07 0 一1 0 01 0 0 以上 计 线路条数 1 281 25704 4 昆区 比例 2 7 2 71 8 1 82 7 2 7l1 3 61 5 9 l01 0 0 线路条数 71 6l1l 7 l4 3 青山 比例 1 6 2 83 7 2 l2 5 5 82 3 31 6 2 82 3 31 0 0 线路条数 1 5 1 5 658l5 0 东河 比例 3 03 01 21 01 621 0 0 线路条数 6032401 5 高新 比例 4 002 01 3 3 32 6 6 701 0 0 线路条数4 0 3 93 21 32 621 5 2 合计 比例 2 6 3 22 5 6 62 1 0 58 5 51 7 1 l1 3 21 0 0 经计算包头市区现状中压线路中，共有2 8 条线路负载率高于7 0 ，其中有2 条线路过负荷运行。另外，有部分线路低负载运行，4 0 条线路负载率低于2 0 ，其 中包括线路负载率分别在单辐射接近1 0 0 、单联络5 0 以上和两联络6 7 以上的 华北电力大学工程硕士学位论文 线路。 3 1 4 配电网存在的主要问题 综上所述，包头地区配电网的发展状况还存在着一些普遍性的问题，可归纳为 以下几点： 1 配电网优化仍然有许多不足之处。 ( 1 ) 重设备改造，轻网络优化的倾向普遍存在，需要提升对配网优化的理念。 ( 2 ) 轻配网改造的长期性、艰巨性、复杂性，提升确立改造长期、艰巨、复杂 的理念。 ( 3 ) 在实施改造中，重单元设备改造，疏网络系统建设工作的偏向较重，需要 提升在实施改造中相互平衡的理念。 2 配电网络结构性优化认识需要提高。 统计中反映在四个方面： ( 1 ) 配网环网率低：包头供电局线路绝缘化率达到了9 0 以上，变电站出线断 路器的无油化率通过改造达到了1 0 0 ，但是线路的手拉手率仅仅达到4 0 5 0 ， 电缆环网率更低。配网的结构性问题仍然突出。 ( 2 ) 分段平均长度长：架空线路的平均分段长度大约4 3 3 公里段；线路分段 互联概念已经普及，但分段数量与可进行联络容量的比例很不匹配；线路虽有联络， 但互带能力不强。 ( 3 ) 负荷在各条线路分配不平衡率高：线路平均负荷虽然逐步趋于合理，但不 平衡率相当高；架空线路的负荷与电缆线路的负荷分配参差大；平均供电半径逐步 缩小并且趋于合理，而局部线路供电半径仍然过长；中、低压线路长度比例失调等 方面仍然比较严重； ( 4 ) 高压电网的影响不少：高压母线的n 1 的满足率在统计反映3 5 k v 电压等 级的变压器的n l 的满足率为6 9 1 、l l o k v 的变压器的满足率是8 5 2 9 ，统计 数据表明，高压电网的影响仍然有相当的比例。所以还有起码l o 1 5 是高压电网 的原因所影响。 3 包头地区现状配电网具体存在问题表现在如下： ( 1 ) 从线路构成分析，架空裸导线占主体，整个中压网线路绝缘化率低为 2 1 2 6 。 ( 2 ) 从主干长度上讲，部分线路过长，2 2 条线路主干长度超过5 k m ，占1 4 6 7 ， 其中有三条线路的主干长度均超过了l o k m 。 ( 3 ) 从线路横截面积上讲，中压线路截面在1 5 0 m m 2 以上比例仅为8 3 3 ，大 部分为7 0 r a m 2 导线，导线截面偏小。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 从线路运行年限上讲，近一半的线路投建于8 0 年代以前，4 8 条线路运行 年限超过3 0 年，经过几次改造，还有部分线路段设备老化现象严重。 ( 5 ) 从接线模式上讲，大约一半的线路采用“手拉手”接线，一半线路采用辐 射接线，且由于线路运行负载率较高，即使有联络的线路也不能完全转带负荷，所 以这个1 0 k v 电网负荷转供能力差。 ( 6 ) 从运行环境上讲，部分线路处于重污染区，绝缘老化现象严重 ( 7 ) 从单条线路变压器容量上讲，部分线路上变压器容量很大甚至超过 2 0 0 0 0 k v a ，存在小截面线路带变压器容量过大情况。 ( 8 ) 从线损率上讲，整个中压电网的线损较大。 ( 9 ) 从线路负载率上讲，有2 8 条线路负载率超过7 0 ，正常运行负载率高， 对负荷发展适应性差。 ( 1 0 ) 从线路匹配情况看，部分线路存在前段线路截面小于后段线路截面的情 况，有“卡脖子 现象出现。 3 1 5 配电网改造的意义 近几年包头供电局开展配网城网改造工程，使城市地区中压配电网络的绝缘 化、电缆化和线路互带互供能力有了较为明显的提高，由于架空线路绝缘化率上升 较快，提高了配电架空线路在运行中的防护能力。开闭站、配电室设备中的断路器 健康水平得到了普遍提高，有效地保障了保护动作的可靠性与供电的可靠性。包头 地区配网改造为包头中压配网优化奠定良好的基础，同时配网改造、建设也决定了 配网优化时技术管理的重中之重。 3 2 包头地区中压配电网网架结构优化研究 包头地区配网是由二次降压变电站低压侧直接或降压后向用户供电的网络它 由架空线或电缆配电线路、开闭站或柱上降压变台直接接入用户所构成。而包头地 区l o k v 配电网由高压变电站的l o k v 配电装置、开闭站、配电室和架空或电缆线 路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理的分配到用户。 3 2 1 中压配网网架结构优化问题的提出 1 9 9 8 年9 月，国家电力公司提出了加快城市电力网建设改造的意见，目标是提 高城市电网整体供电能力、提高电能质量，降低线损，使城市