配电自动化4-接线模式.ppt

1、配电网络接线模式及用户供电可靠性分析,华北电力大学.输配电技术研究所 2007年1月,高压配网接线模式分析 10kV配电网接线模式分析 用户的供电模式及可靠性分析 国外电网接线方式,内 容 配电网络接线模式及用户供电可靠性分析,(一）高压配网接线模式分析,220kV高压输电网接线模式,220kV高压输电网络一般以500kV变电站和系统大电厂为核心划分为几个区域，实现分片供电。各分区间正常方式下相对独立,各区之间具备事故情况下相互支援的能力。若规划区中心负荷密度较大，可采用220kV变电站深入负荷中心的供电方式。 220kV变电站一般可分为中心站、中间站和终端站三类，通常采用的接线模式有两种：环

2、网接线模式和中心站加终端站接线模式。,220kV高压输电网接线模式,（1）环网接线模式 220kV变电站占地面积较大，一般沿城市外围形成环网供电，在环网的适当地点设置中心站，由中心站向中间站或终端站供电。深入规划区中心的220kV变电站作为终端站，其电源也可取自环网的中间站。,220kV高压输电网接线模式,220kV输电网络一般采用双环网供电，如图1所示。考虑到规划区供电可靠性要求较高时可采用三环网。在图1中，500kV变电站主变一般为3台或4台，220kV变电站主变一般为3台。,220kV高压输电网接线模式,(2)中心站加终端站接线模式 在中心站加终端站的接线模式中，原则上由500kV变电站

3、和发电厂提供电源，经过220kV大截面的架空（电缆）线路，向220kV中心变电站送电，再从220kV中心站（发电厂）经 220kV大截面的电缆（架空）线路，向 220kV终端变电站供电。 根据220kV终端站之间是否有联络又可将中心站加终端站的接线模式分为两种。,220kV高压输电网接线模式,A. 220kV终端站之间有联络 在两座500kV变电站之间，以双回电源线路连接4（5）座220kV变电站，组成链式结构。其中，自每座500kV变电站引出双回大容量架空（电缆）线路分别至其相邻的220kV中心变电站，再自这两座220kV中心变电站引出2（3）回220kV电源线路分别至规划区内的2（3）座2

4、20kV终端变电站。在规划区内的2（3）座终端变电站之间，敷设2（3）回220kV联络线路，如图2所示。正常方式下，变电站自一个方向供电，开链运行。,220kV高压输电网接线模式,B. 220kV终端站之间没有联络 在这种接线模式中，中心站一般采用双母线三（四）分段接线，终端站一般不设220kV母线，采用线路（电缆）变压器组接线，终端站之间没有联络。为了节省220kV中心站出线仓位及线路走廊（电缆通道），220kV终端站可采用 “T”型接线，实现双侧电源供电，但不宜多级串供。,220kV高压输电网典型接线模式举例,220kV及以上电网接线示意图,500kV侧采用一个半断路器接线，500kV母线

5、可分段，新建500kV变电站主变接入断路器串内,220kV中心站直接从500kV变电站或220kV主力电厂受电并向其他220kV变电站转供电力,220kV终端站可采用T型接线，并实现双侧电源供电,220kV及以下城网接线示意图,35/110kV变电站最终规模三台主变，可采用线路变压器组接线或T型接线方式,10kV侧可采用单母线四分段两台分段断路器接线，或采用单母线六分段三台分段断路器接线,220/110/35kV自耦变或三卷变线变组接线,双侧电源不同母线辐射接线,其中两回进线来自同一变电站的不同母线，另外一回进线来自不同变电站，同时具备了同电源不同母线辐射接线与双侧电源辐射接线的优点,220/

6、110/35kV自耦变或三卷变T型接线模式A,由于35、110kV侧均采用单母线三分段接线，为在某主变停运时均匀分配负荷，35kV侧进行换线,由于35kV侧采用单母线六分段(环形)接线，某主变停运时能实现均匀分配负荷，35、110kV侧均不换线,双侧电源不同母线辐射接线。,直接在线路上T接,220/110/35kV自耦变或三卷变T型接线模式B（电缆）,电缆线路环进环出,220/110/35kV自耦变或三卷变T型接线模式C（电缆）,35kV侧采用单母三分段接线并进行换线,110kV侧采用单母线三分段接线,220/35kV两卷变，同杆双回架空线T型接线模式D,35kV侧采用单母线六分段三台分段断路

7、器（环形）接线,直接在线路T接,220/35kV两卷变，电缆T型接线模式E,电缆环进环出,110kV、35kV高压配电网接线模式,（1）同电源不同母线辐射接线（变电所设二台变） 这种接线简单实用，正常运行时变电所母线上的断路器开关断开，两条线路分别带50%负荷。当其中一条线路发生故障时，这条线路退出运行，合上变电所母线上的断路器，由剩下的一条正常线路带两台变压器。在这种接线模式中，断路器的故障率通常很小，影响系统可靠性指标的元件主要是线路的故障率和开关的操作时间，因而这种接线模式的可靠性较高。,（2）不同电源双T接线（变电所设二台变） 这种模式接线采用变压器母线组的形式，所需的变电站设备投资较

8、少，并且对实施自动化特别有利。这种模式可靠性比第一种接线模式低，当有一条线路发生故障时，所带的变压器必须停电，变压器所带的负荷只能通过低压备用转带，若没有低压备用，则负荷就要停电。,（3）同电源不同母线双T接线（变电所设二台变压器） 这种接线的主要优点是简单，投资省，有较高的可靠性。变压器高压侧为线路变压器组接线，线路和变压器之间可以用断路器或隔离开关。这种模式可靠性与接线模式（2）相近，它们的差别在于：在具体的网络中，高压线路的长度可能不一样。,（4）双侧电源不同母线双T接线（变电所设二台变） 这种接线模式又可称为双接线，接线模式稍显复杂，设备投资较大，但是灵活性较好，可靠性较高。正常运行时

9、联络线两侧的开关断开，当有一条线路发生故障时，相应的联络线投入从而不会造成长时间断电，停电的时间主要是由倒闸操作时间决定。由于增设了联络线，它的故障率也是影响系统可靠性的因素之一，从而其可靠性比接线模式（1）要低一些。,（5）同电源不同母线并设联络线接线（变电所设三台变） 这种接线模式的原理与接线模式（1）基本上相同，不同的是接线模式（1）为变电所设两台变而接线模式（5）为变电所设三台变，并且模式(5)设有联络线。正常运行时L1带一台变压器T1，另一条线路L2带其余的两台变压器T2和T3，联络线L3断开，断路器D1断开。当L2发生故障时,联络线L3投入。当L1发生故障时，断路器D1合上运行。,

10、(6)不同电源双T接线（变电所设三台变压器） 这种接线模式接线原理跟接线模式(2)类似。接线模式(2)是两台变压器，而这种模式是三台变压器。10kV变电所的三条进路分别来自两个不同的高压变电站的三段母线，10kV变电所站内是变压器母线组接线。当有一条线路发生故障时，该线路所带的变压器必须停电，变压器所带的负荷只能通过低压备用转带，若没有低压备用，则负荷就要停电。,(7)同电源不同母线双T接线（变电所设三台变压器） 这种接线模式特点同接线模式(3)类似。10kV变电所的三条进路来自同一高压变电站的三段不同母线。站内接成变压器母线组的形式。运行简单、可靠。,(8)双侧电源不同母线双T接线（变电所设

11、三台变压器） 这种接线模式的特点同接线模式(4)。,(9)同电源不同母线辐射接线（进线侧不设开关） 这种接线模式与接线模式(1)相比，最大的特点是在变电站进线侧没有开关。线路平常都带满负荷，当其中的一条线路发生故障,其相应的变压器必须停电，因而其可靠性比接线模式(1)要低。,(10)双侧电源辐射接线（变电所采用内桥接线） 这种接线模式与模式(1)和模式(2)都有类似之处。它与模式(1)的区别在于变电所的两条进线来自不同电源，因而其线路长度较长，可靠性比模式(1)要低。与模式(2)相比，模式(10)的变电所采用内桥接线，可靠性比模式(2)高。因此这种接线模式的可靠性处于模式(1)和模式(2)之间

12、。,（11） T混合接线 这种接线模式为两座220kV变电站间串入三座高压配电变电站，其中两侧的配电变电站采用T接方式，而中间的配电变电站采用接方式。该接线模式可靠性较高。,(二）10kV配电网接线模式分析,10kV中压配电网由高压变电所的10kV配电装置，开关站、配电房和架空线路或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到用户。一般城市的网络由架空线和电缆线混合组成。在研究一个特定的供电区域内的10kV配电网的网络结构时，我们采取架空线路和电缆线路分开进行分析研究的方法，这样也不失一般性。,1 架空线路 1.1 单电源线辐射接线模式,单电源线辐射接线模式,这种模式适用于

13、城市非重要负荷架空线和郊区季节性用户。干线可以分段，其原则是：一般主干线分为2-3段，负荷较密集地区1km分1段，远郊区和农村地区按所接配电变压器容量每2-3MVA分1段，以缩小事故和检修停电范围。 单电源线辐射接线的优点就是比较经济，配电线路和高压开关柜数量少、投资小，新增负荷也比较方便。但其缺点也很明显，主要是故障影响范围较大，供电可靠性较差。当线路故障时，部分线路段或全线将停电；当电源故障时，将导致整条线路停电。 对于这种简单的接线模式，由于不存在线路故障后的负荷转移，可以不考虑线路的备用容量，即每条出线（主干线）均可以满载运行。,1.2 不同母线出线的环式接线模式,不同母线出线的环式接

14、线模式,不同母线的环式接线模式（单联络）有两个电源（可以取自同一变电所的不同母线段或不同变电所）。它适用于负荷密度较大且供电可靠率要求高的城区供电，运行方式一般采用开环。 这种接线的最大优点是可靠性比单电源线辐射接线模式大大提高，接线清晰、运行比较灵活。线路故障或电源故障时，在线路负荷允许的条件下，通过切换操作可以使非故障段恢复供电。但由于考虑了线路的备用容量，线路投资将比单电源线辐射接线有所增加。 在这种接线模式中，线路的备用容量为50%，即正常运行时，每条线路最大负荷只能达到该架空线允许载流量的1/2。若系统中一条线路的电源出现故障时，可将联络开关闭合，从另一条线路送电，使相应供电线路达到

15、满载运行。,1.3 不同母线三回馈线的环式接线模式,不同母线三回馈线的环式接线模式,网络中有三个电源（可以取自同一变电所的2段母线和不同变电所）。正常运行时联络开关都是打开的，当线路1出现故障时，联络开关1闭合，由线路2送电；当线路2出现故障时，或联络开关1闭合由线路1送电，或联络开关2闭合由线路3送电；当线路3出现故障时，联络开关2闭合，由线路2送电。可见，在正常运行时，每条线路均应留有50%的裕量。所以，单从经济角度分析时，这种接线模式和不同母线出线的环式接线一样。,1.4 分段联络接线模式,分段联络接线模式,两分段两联络接线模式,这种接线模式，通过在干线上加装分段断路器把每条线路分段，并

16、且每一分段都有联络线与其他线路相连接，当任何一段出现故障时，均不影响另一段正常供电，这样使每条线路的故障范围缩小，提高可靠性。 这种接线每条线路应留有1/3或1/4的备用容量。与不同母线出线的环式接线模式和不同母线三回馈线的环式接线模式相比，两分段两联络的接线模式提高了架空线的利用率（由1/2到2/3），但由于需要在线路间建立联络线，加大了线路投资。 这种接线模式可应用于城网大部分地区，联络线可以就近引接，但须注意要不同变电站配出线或同一变电站的不同母线出线间建立联络。,2 电缆线路,在研究供电区域内的电缆线路的接线模式时，考虑到实际可行性，我们研究了若干类具有代表性的接线模式，如单电源线辐射

17、接线、不同母线出线的环式接线、不同母线出线连接开闭所接线、不同母线环网接线（三座开闭所）和主备接线模式。,2.1 单电源线辐射接线模式,单电源线辐射接线模式,和架空线的单电源线辐射接线一样，电缆线路的单电源线辐射接线的优点就是比较经济，配电线路较短，投资小，新增负荷时连接也比较方便。 缺点也很明显，主要是电缆故障多为永久性故障，故障影响时间长、范围较大，供电可靠性较差。当线路故障时会导致全线停电；当电源故障时也将导致全线瘫痪。 对于这种简单的接线模式，不考虑线路的备用容量，即每条出线（主干线）均是满载运行。,2.2 不同母线出线的环式接线模式,不同母线出线的环式接线模式,与架空线的不同母线的环

18、式接线一样，电缆线路的这一接线形式中有两个电源（可以取自同一变电所的2段母线或不同变电所），正常情况下，一般采用开环运行方式，其供电可靠性较高，运行比较灵活。 在实际应用中，正常运行时，每条线路均留有50%的裕量。 在供电可靠性要求较高的地区均可采用. 可以在双电源用户较多的地区采用双环网提高供电可靠性。,2.3 双电源双辐射接线（电缆）,双电源双辐射接线（电缆）,特点：适于向对供电可靠性有较高要求的用户供电。这种接线模式可以使客户同时得到两个方向的电源，满足从上一级10kV线路到客户侧10kV配电变压器的整个网络的N-1要求，供电可靠性很高。 适用场合：适用于对供电可靠性要求很高的供电区域，

19、如城市核心区，重要负荷密集区域等。,2.4 两联络双接线模式（电缆）,两联络双接线模式（电缆）,特点：类似于架空线路的分段联络接线模式，当其中一条线路故障时，整条线路可以划分为若干部分被其余线路转供，供电可靠性较高，运行较为灵活。 适用场合：它适用于城市核心区、繁华地区，负荷密度发展到相对较高水平的区域。,2.5 不同母线出线连接开闭所接线模式,不同母线出线连接开闭所接线模式,这种接线模式实际上就是从同一变电所的不同母线或不同变电所引出主干线连接至开闭所，再从开闭所引出电缆线路带负荷（一般从开闭所出线的电缆型号比主干线电缆型号小一些）。在这里每个开闭所具有两回进线，开闭所出线采用辐射状接线方式

20、供电。开闭所出线间也可以形成小环网，进一步提高可靠性。 为了满足N1准则，当开闭所两回进线中的一回进线出现故障时，另一回进线应能带起全部负荷，这样正常运行时，每回进线应有50%的备用容量。开闭所的容量可按一回进线的安全允许容量来选择。在开闭所出线为放射状时，开闭所的出线均可满载运行。 用于负荷中心距电源较远，或出线仓位、线路走廊困难时。,2.6 不同母线环网接线（三座开闭所）模式,不同母线环网接线（三座开闭所）模式,这种接线形式是指来自同一变电所不同母线或不同变电所的三条主干线，分别连接三个开闭所，每个开闭所之间均设有联络线。正常运行时，开闭所的母联均断开运行。 为了提高可靠性，每条主干线留有

21、1/3的备用容量。当一条主干线出现故障时，将其所供开闭所的两个母联都闭合，使故障线路所带的负荷平均分配到另外两条主干线。 易知开闭所的容量为每条主干线容量的2/3。开闭所出线可采用辐射状接线或环网接线方式。,2.7 “N-1”主备接线模式,所谓“N-1”主备接线模式，就是指N条电缆线路连成电缆环网，其中有1条线路作为公共的备用线路正常时空载运行，其它线路都可以满载运行，若有某1条运行线路出现故障，则可以通过线路切换把备用线路投入运行。,“3-1”主备接线模式,“4-1”主备接线模式,“N-1”主备接线模式,该种模式随着“N”值的不同，其接线的运行灵活性、可靠性和线路的平均负载率均有所不同，一般

22、以“3-1”和“4-1”模式比较理想，总的线路利用率分别为67%和75%，“5-1”以上的模式接线比较复杂，操作也比较繁琐，同时联络线的长度较长，投资较大，线路载流量的利用率提高已不明显。 “N-1”主备接线模式的优点是供电可靠性较高，线路的理论利用率也较高。该方式适用于负荷发展已经饱和、网络按最终规模一次规划建成的地区。,末端环网“3-1”环网接线模式,末端环网“3-1”环网接线模式,此种接线模式正常运行时每条线路各承担2/3线路负荷，并将3条线路中的1条（如线路B）按负荷均匀地分为甲、乙两段，并与其余2条线路在末端进行环网，在各联络开关房分别设立环网开环点。 本接线的特点在于通过合理调整环

23、网网架，每条线路都无需走回头路进行环网，而改在不同电源线路间进行末端环网，从而避免了较长的专用联络电缆。另外，该方式避免了两条线路满载而一条线路空载的运行情况。 该模式的缺点是故障时线路之间的负荷转移较复杂，并且只适合于“3-1”主备模式，若条件具备，不失为一种较好的电缆配网接线模式。,互为备用的主备接线模式,互为备用的主备接线模式,电源二,电源一,电缆重环网接线,互为备用的主备接线模式,在该模式中，每一条馈线都在线路中间以及末端装设开关互相连接。正常情况下，每条馈线的最高负荷可以控制在该电缆安全载流量的67%。该模式相当于电缆线路的分段联络接线模式，比较适合于架空线路逐渐发展成电缆网的情况。

24、,3 用户的供电模式及可靠性分析单电源供电方式备自投的方式,双电源供电方式备自投的方式,4 国外接线模式简介,3分段4连接方式（日本）,香港中华电力公司的典型闭环网（电缆）,新加坡环式接线（电缆）,接线模式小结,架空线路 单电源线辐射接线 不同母线出线的环式接线 分段联络接线 电缆线路 单电源线辐射接线 不同母线出线的环式接线 不同母线出线连接开闭所接线 不同母线环网接线（三座开闭所） 主备接线模式。,(三) 用户的供电模式及可靠性分析,用户按电压等级的不同分为高压用户（10kV）和低压用户，从用户的角度来讲，最直接的电源来自于10kV网络(高压用户)或10kV变压器（低压用户），所以10kV

25、变压器的接线模式，以及该变压器所处10kV网络的模式都将影响到用户的用电可靠性。 在不考虑低压线路（380V/220V）的情况下，用户是否能够正常用电，取决于10kV网络以及10kV终端变压器是否正常工作。,我国原能源部制定的“城市电力网规划设计导则”规定，配电网络的供电可靠性是指设备停运时，对用户连续供电的可靠程度，应该满足“N-1安全准则”和“满足用户用电的程度”两个目标的具体规定，这些规定还不是到最终用户的N-1准则，而且在不同的网络模式及变压器接线方式下，N-1所能够达到的级别也不同。 我们将从用户的角度对不同网络模式进行分析。,1 单侧电源接线方式,在单侧电源供电的配电网络中，10k

26、V终端变压器只能够由上级某一个高压配电变电站供电，而且路径也是唯一的，所以用户也只能由一个方向电源供电。图1-a和图1-b分别给出了架空线路和电缆线路的单侧电源供电的典型方式。,图1-a 用户从辐射形架空线路取得单侧电源,图1-b 用户从辐射形电缆线路取得单侧电源,单侧电源接线方式,这种供电模式的线路简单、负载率可以较高，比较经济，但供电可靠性比较低，配电网络无法满足N-1原则 实际运行中，无论是用户到上一级变电站的10kV线路任一段发生故障，还是10kV终端变压器故障都会影响到用户的正常用电。 用户的停电时间是故障的处理时间。在适当加装了分段开关和分支开关的情况下，故障段到电源的分段可以在找

27、到故障点并拉开相应分段开关或分支开关后恢复供电，这部分用户的停电时间是故障查找和隔离故障时间；故障段以后的分段和分支上用户的停电时间是故障处理时间（从发生故障到修复完成，恢复用户供电的时间）。,图1-c 用户利用架空或电缆专线取得单侧电源,这种专线供电形式虽然就用户来讲依然是单侧电源供电，但是由于无其他用户共用，线路简单，在很大程度上降低了故障发生的可能性，所以可以具有较前两种接线更高的供电可靠性。,单侧电源接线方式,以上三种接线，在用户侧均可以采取装设多台变压器的方式，进一步提高供电可靠性。图2为两台配变的接线示意图，在正常情况下，两台变压器都运行，共同承担总负荷；一台变压器故障或检修时，其

28、余变压器的备用容量可以保证用户重要负荷或全部负荷的供电。而在前述的10kV线路故障时，用户停电还是难以避免的，用户的停电时间同前面的分析相同。,图2 用户10kV变压器多台并列接线,2 单侧电源环网接线方式,单侧电源环网接线方式相对于单侧电源的接线方式，可以满足用户对供电可靠性的更高要求。,图3-a 用户从架空单环网线路取得单侧电源,用户从架空单环网线路取得单侧电源,用户从架空单环网线路取得单侧电源接线模式，两条架空主干线路分别来自不同的高压变电站（或同一高压变电站的不同母线），通过联络开关站相互联络，两条主干线路按照负荷情况通常分为23段，正常方式下开环运行。 当两条线路的任何位置发生故障时

29、，都可以通过开关的切换，将发生故障的线路段隔离开，其他非故障段的用户可以通过联络开关向邻近段线路转移，恢复供电。 故障段用户的停电时间是故障处理时间，非故障段用户的停电时间是故障查找和隔离故障时间。,用户从架空单环网线路取得单侧电源,该模式简单清晰，且能够保证10kV主干网络满足导则规定的N-1要求，但是从用户的角度来讲，用户所在的分段或分支线路以及10kV终端变压器（单台配置）故障还是无法隔离，需要忍受较长时间的停电（故障处理时间）。对于重要用户采用图2所示的多台变压器并列接线方式供电，可以在变压器故障或检修时互为备用，提高供电可靠性。 正常运行时，这种模式中各条主干线路负载率应在50%左右

30、，可以满足整条线路互倒负荷的要求，所以如果完全按照这种接线模式建设的10kV网络，能够保证上一级高压配电变电站全停情况下的用户供电。,图3-b 用户从不同母线的多条线路相互联络模式取得单侧电源,该接线模式是对手拉手接线模式的简单扩展，当一根主干线故障时，可有多条线路作为备用，但并没有提高正常运行时线路的负载率。,图 3-c 用户从多分段多联络接线模式取得单侧电源,这种接线可以将线路的不同分段上的用户负荷，同时由不同的联络方向转供，这样可以提高正常运行时线路的负载率（可达67%），充分利用线路的负载能力。,单侧电源环网接线方式,不同母线的多条线路相互联络接线模式和多分段多联络接线模式，虽然形式各

31、异，但是从N-1的角度来讲，与单线手拉手模式所能够达到的程度是一样的，都能够保证导则要求的配电线路N-1。 而从用户的角度讲，用户所在的主干线路段或分支以及10kV终端变压器（单台配置）故障时，用户还是会停电，停电的时间是故障处理时间。,图3-d 用户从电缆线路单环接线模式取得单侧电源,用户从电缆线路单环接线模式取得单侧电源,用户从电缆线路单环接线模式取得单侧电源，是较为典型的电缆接线方式，与手拉手的架空线路相比较，具有明显的优势。由于各个环网点都有两个负荷开关（或断路器），可以隔离任意一段线路的故障，并通过开关操作恢复所有用户的供电。 这种接线方式在线路发生故障时，线路上所有用户的停电时间都是故障的查找和隔离的时间。只有在终端变压器（单台配置）故障的时候，用户的停电时间是故障的处理时间。,图3-e 用户10kV变压器多台并列接线,如果在用户侧采用图3-e所示的多台变压器并联供电的方式，那么整个10kV网络以及10kV变压器都可以满足N-1的要求，为用户用电提供较高