乡约天尚|如何提升新型城镇化配电网的规划设计
2024-06-04

新型城镇化建设,是现代化的必由之路。党的二十大要求深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系。为实现电力安全可靠供应和清洁低碳转型,需要配电网进一步提质升级。一是推进中国式现代化要求配电网更加坚强可靠,必须持续加强配电网建设,提升抗灾防灾能力,不断增强供电的可靠性和充裕性,增进民生福祉。二是实现碳达峰碳中和目标要求配电网具备更强的承载力,必须适应大规模分布式新能源、电动汽车充电设施、新型储能、虚拟电厂等新主体、新业态接入需要,提升绿色电力消费比重。三是建设新型能源体系和新型电力系统要求配电网更加智慧灵活,在形态上需要从传统的“无源”单向辐射网络向“有源”双向交互系统转变,在功能上需要从单一供配电服务主体向源网荷储资源高效配置平台转变。

在新形势下,电网的供电质量与我国的供电需求之间存在一定的供需缺口,只有更好的供电质量、更稳定的供电状态才能满足当前的城市用电需求。因此加强城镇配电网建设,同时建设适配我国新型城镇化的配电网的需求也逐渐被重视了起来。在配电网络的建设过程中,规划是最为重要的部分之一,这将会决定整个网络的发展和运营方向。

2024年3月1日,国家发展改革委、国家能源局发布了于2月6日成文的关于印发《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》(发改能源〔2024〕187号)。配电网作为重要的公共基础设施,在保障电力供应、支撑经济社会发展、服务改善民生等方面发挥重要作用。随着新型电力系统建设的推进,配电网正逐步由单纯接受、分配电能给用户的电力网络转变为源网荷储融合互动、与上级电网灵活耦合的电力网络,在促进分布式电源就近消纳、承载新型负荷等方面的功能日益显著。该指导意见的发布,意在推动新形势下配电网高质量发展,助力构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。

我国的城市供电系统中一般包含了三个系统,分别是城镇电源送电网配电网。其中城镇电源包括城镇自身的发电和接受区域外电力系统的电源变电所(站)两类;送电网包括与城镇电网有关的220kV送电线路和220kV变电所,以及配电网。对于我国一般意义上的新型城镇化配电网来说,其实是包括了送电网和配电网这两个部分,涵盖了城镇电力系统的运输和终端供应部分。

送电网是城镇电网和电力系统的重要组成部分,我国的大城市一般以多电源供电方式为主,因此需要大量而可靠的送电网来将电力运送到城市的各个地方。对于以城乡统筹结合的新型城镇来说,由于其现代化程度的飞速提高,这一要求同样存在。一般来说,城镇电网的电源点应尽量接近负荷中心,即用电端。在地区负荷较为密集,用电容量较大,供电可靠性要求较高的区域,如果在抗通信干扰和环境保护方面符合要求,并经过技术和经济的合理比较之后,应当采用高压深入市区和城镇的供电方式。城镇变电所(站)作为送电网的重要组成部分之一,一般会配置在不同需求的城镇区域中,包括起到变换电压、交换功率和汇集、分配电能等功能的变电所(站)及其配套设施。

在终端配电网部分,一般可以分为高压和中、低压配电网两种。其中高压配电网包括了110、60、35kV三种的线路和变电所(站),要求其不仅能接受电源点的全部容量,还能满足供应110、66、35kV变电所(站)的全部负荷。一般来说,高压配电网是为适配商业或大型用电终端而设立,或者应特殊申请建立中、低压配电网一般包括了10kV线路配电所、开闭所和380/220V线路,其中低压配电网的规划设计中应当包括路灯照明的改进和发展部分。一般来说,中、低压配电网是为适配于居民区或较低电压用电的场所而设立,如果遇到35、110kV变电所(站)的10kV出现受走廊条件限制,或者中压配电网的运行操作有特殊需要时,可以建立10kV的开闭所。

在配电网系统中,配电室的主要功能是为低压用户配送电能,其中设有中压配电进出线(可有少量出线)、配电变压器和低压配电装置,并带有低压负荷的户内配电场。而开关站则作为城网系统设有高、中压配电进出线,并对功率进行再分配的供电设施,可以用于解决变电所(站)进出线间隔有限后进出线走廊受限,并且在相关区域中还可以起到电源支撑的作用。

因此,对于一般意义上的新型城镇化配电网来说,其实包括了送电网配电网两大部分,涵盖了电力进入城镇之后的运输、变换、汇集和分配、以及终端供应和配电等多个部分的工作内容。

从配电网的规划设计思路上来说,一般有两种方式,分别从时间空间这两个不同角度进行规划。

从时间角度上来说,城镇配电网的规划设计一般可以分为长期规划、中期规划和近期规划。长期规划的目标一般是大方向上的规划设计,例如配电网结构。一般来说,配电网的结构由点和线组成,点指的是变电所(站)的布点和其容量构成,线指的是用来联通多个变电所(站)、其供电电源和其供应终端的网架结构和线路走廊。点和线连接起来就构成了整个配电网系统,而长期规划一般就是根据城镇未来的发展方向和发展目标,来设计配电网的结构。中期规划则是以近期规划为基础,长期规划为指导,指定的五至十年的规划方案。中期规划一般不会像长期方案那么笼统,也不会像近期规划那么详细,主要起到大方向的宏观调控作用。近期规划则需要根据短期内(一至两年内)的监测数据,例如电网的运转现状,负荷情况,供应端和需求端的实际供需情况等等数据,来做出未来短期内的负荷情况变化预测然后根据预测出的数据和需求变动,来调整现有的电网结构。例如,在用电量较大的终端附近可以酌情增加变电所(站)以满足需求,优化现有供电线路等等。需要注意的是,近期规划的配电量设计中应留有冗余量,以应对应急需求和一些突发事件的发生。同时,优化线路的时候需要注意,如果经济技术条件允许的话,送电线路最好以环形结构设计,这样在某一终端发生问题导致断电时,不至于影响其他终端的电力配送。只有在电网末端诸如郊区或者独户时,出于经济角度的考虑,可以设计枝状的线性线路。

从空间角度上来说,新型城镇化配电网的规划一般以行政区域、经济发展状况、变电站(所)布点和现状网络等等为条件,对规划区域进行供电分区规划。例如,根据商业区、行政区、工业区和居民区的不同用电量需求和用电时间需求,根据其特点采取与其相适应的设计来逐步完善配电网建设,规范并提高其供电能力。

一般来说,根据城镇和区域的不同,因其存在经济发展水平、技术应用水平等等不同,配电网的规划中可能存在以下六大问题中的一种或多种情况。

主网规划在配电网规划设计中起着重要的导向作用,一般来说配电网规划是主网规划的基础,但是主网规划将在配电网改造和建设的关键部分起到重要的引导和指示作用,也将对配电网的后期运营工作起到主导作用。很多新发展起来的城镇受限于资金问题,将主要资金投入了主网建设,对中低压配电网络的投入较少,使得中低压配电网的建设一直处于落后主网的状态,区域配电网的规划和主网并没有统筹协调发展,这将造成局部地区的供电半径过大,但是损耗较高、电压较低、可靠性较差等等问题。

作为城镇的重要基础设施之一,配电网应当协同城市规划一起管理。但是可能由于配电网规划部门和城市发展规划部门的协调沟通问题,很多地方存在配电网规划和城市规划被分别规划的现象,这一点在新近完成新型城镇化的中小城镇中发生的频次较高。这将在客观上造成城市配电网规划与地区经济发展规划、城市建设规划相脱节的现象,不利于配电网的优化建设,也使得配电网络不能很好的为地方经济发展做出贡献。

在有些城市和地区,配电网的自动化建设采取的是以个别线路作为试点,成功后再逐步推行的原则,这样无法满足应用上不同区域不同应用的需求,也无法应对大规模的城市发展需求;有些地区的供电局则在配电网自动化的建设规划方面以介绍系统为主,对具体工程和有关技术的要求上缺乏统筹规划,没有与实际需求和情况相结合,缺乏完善统一的管理模式。

很多新发展地区和新近完成新型城市化的区域对于本地配电网的现状分析存在不够透彻的问题,对于数据的收集、整理、分析和预测都存在不足。这将导致无法按照配电网规划的内容进行深入和细致的分析,进而存在文字表述不清、基础数据收集不全、数据不准确、前后数据不对应、概念混杂等等一系列问题。最终导致对于配电网现状的了解不够,无法对问题做出解决、对网络进行优化、对未来做出预判设计。

由于在某些地区的城市配电网规划中,没有对电缆入地提出具体规定,同时与地方政府的沟通不够成分,或是在一些刚完成新型城镇化的地区的市政建设中过于片面追求城市美观而不切合实际地提出将电缆全部入地等要求,又或是个别地区存在着既未充分考虑配电网运行维护、事故抢修的资金投入和检修效率问题,直接将电缆埋入地下。这些问题都将导致城镇电缆的铺设不够科学合理,不仅将造成资金和人力上的浪费,也将给今后城镇配电网的安全运行埋下隐患,更将会给维护管理带来极大的不便。

如果在配电网的规划设计过程中,缺乏负荷预测方面的专业知识,又或者历史数据存在不准确或缺失等问题,将导致用电负荷预测结果偏差,进而降低电源点分布、线路路径等网架结构设计方案的有效性。如果对于用电潮汐和无功电压等计算存在偏差,对线损、电压稳定和短路水平没有按照要求进行核算和校验,也将造成配电网的科学性和可行性水平的进一步降低,最终导致建设落实和后期运营中出现各种问题。

配电网络规划作为城市规划中的一个重要内容,是当代城市经济发展的重要基石之一,也是我国建设新型城镇化的重要助力。其规划目的是为了调整现今的网络状态以更好地供应城镇的用电需求,也是为了适应未来电力负荷的增长和电力系统的发展需要。

在规划配电网时,不仅需要兼顾资源节约和低碳节能,更需要充分分析当前和未来的区域电力需求,结合城市发展规划,从而决定合适的网络节点(变电站/变电所)的地理位置和供应容量,并根据科学的规划和设计来决定线路的走向和安装。此外,还需要调查区域情况,对规划地区的城市定位、经济发展、能源资源分布、能源结构等现状进行分析,并将城市道路、大型排水泵站、燃气站、机场、新建功能区、交通枢纽、综合管线等与规划有关的城市规划整合在一起。

配电网规划需要与其他有关计划紧密配合,统筹实施,确保计划的实施。同时,需要注重数据化电网现状资料的收集、分析和自动化建设。很多重要数据,诸如电网运行指标、电源状况、电网网络图、地理接线图、用电负荷等数据的采集和分析是当前和未来电网规划工作的重要依据。只有充分地综合分析了采集到的数据,其中包括电压等级分析、输电线路超负荷分析、配电网短路检测、电网“N-1”检查等等,才能够更科学地规划配电网络。

此外,在规划配电网时还需要思考以下几个方面:第一,当前配电网的容量能否达到目前的负荷要求,未来的配网规划能否承受日益增加的负荷;第二,目前配电网络的供电可靠性是否能够满足客户的要求,以及在正常工作状态下的电压波动及输电线路损耗是否在容许范围内;第三,现有的配电网络架构及供电、分配装置是否已过时,是否有必要进行更新或改善;第四,当前电力设施、电力线路走廊在城市发展过程中与城市扩建是否存在冲突,是否会影响到城市规划的执行。

作者:吴越阳  钟农评  

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