国内外重点城市配电网研究

国内外重点城市配电网研究 国内外重点城市配电网研究北京电力经济技术研究院二一三年十一月43目录1配电网对标公司，指标选取11.1对标公司选取11.2对标指标选取12配电网对标12.1人均负荷水平12.1.1新加坡12.1.2巴黎22.1.3东京22.1.4北京52.1.5与世界城市电网发展水平对比分析62.2配电网电压等级72.2.1新加坡配电网72.2.2巴黎配电网72.2.3东京配电网82.2.4北京配电网82.2.5与世界城市配电网电压等级对比分析82.3配电网规模92.3.1新加坡配电网92.3.2巴黎配电网92.3.3东京配电网102.3.4北京配电网102.3.5与世界城市配电网规模对比分析112.4配电网网架结构122.4.1新加坡配电网122.4.2巴黎配电网162.4.3东京配电网192.4.4北京配电网232.4.5与世界城市配电网网架结构对比分析272.5供电可靠性282.5.1新加坡配电网282.5.2巴黎配电网292.5.3东京配电网312.5.4北京配电网312.5.5与世界城市配电网供电可靠性对比分析333主要结论及建议343.1北京电网定位343.2人均负荷水平对比分析353.3配电网电压等级对比分析353.4配电网网架结构对比分析363.4.1世界城市配电网网架特点分析363.4.2北京市中压配电网网架设计思路373.5供电可靠性401 配电网对标公司，指标选取1.1 对标公司选取鉴于北京定位为国际大都市的发展目标，选取新加坡、巴黎、东京为北京的对标研究城市，这三座城市皆具有相当的国际知名度和影响力，并在电网发展上处于世界领先水平，因此选取以上三家公司作为对标公司，帮助识别并分析北京电网公司电网发展水平与国际水准的真实差距。1.2 对标指标选取根据指标的可获取性、可对比性以及引用次数，结合建设世界一流电网的基本内涵，考虑北京公司的实际，确立了以网架坚强为目标的，从协调发展、电网结构、装备水平、安全可靠性四各层面上选取的能够充分表现北京市电力公司电网水准的5个核心指标。分别为：人均负荷水平、配电网电压等级、配电网规模、配电网网架结构、供电可靠性。2 配电网对标2.1 人均负荷水平2.1.1 新加坡新加坡是一个热带岛国，总面积为707平方公里。得天独厚的地理条件使之发展成为一个主要的商业、通讯和旅游中心。新加坡目前大约有499万人口。新加坡的气温变化不大，降雨量充足，空气湿度高，气候温暖而潮湿，年平均温度在23和31摄氏度之间，温差很小。2006年新加坡电网最高用电负荷5624兆瓦，负荷密度为7.95 兆瓦/平方千米，人均供电负荷为1127W/人。2.1.2 巴黎巴黎是法国的首都和最大城市，也是法国的政治文化中心。四大世界级城市之一，属于法兰西岛大区。其市区供电区域105平方千米，市区人口为250万人。2002年巴黎中心城区负荷为3010兆瓦，负荷密度为28.7兆瓦/平方千米，人均负荷为1204W/人。2.1.3 东京东京电力公司供电区域面积为39494平方公里，占全国总面积的10.6。2010年区域内供电人口有4473万人口，2010年东京电力公司日最高负荷为58110兆瓦，人均供电负荷为1299W/人。东京人口变化较小，自1980年至2010年30年中人口年均增长率为0.98%。东京历史负荷增长曲线如图1-1所示。东京历史人口增长曲线如图1-2所示。图1 东京历史负荷增长曲线图2 东京历史人口增长曲线从东京历史负荷增长可以将东京负荷发展大致分为四个阶段，即：经历成长、调整、转型和成熟四个阶段。项目组通过对东京电力60年(1951-2011)年负荷增长数据的分析，解读各发展阶段的特点。图3 电力公司发展阶段1成长期（1951-1975）：负荷、电量、投资规模快速增长随着日本战后经济复苏和快速发展，1975年以前日本关东地区，特别是东京及周边区域的GDP呈现快速增长势头(1975年GDP是1952年7倍)。由于钢铁、冶金、化工等重工业的恢复性增长，东京电力的最高负荷和销售电量保持快速增长（1975年比1952增长了10倍）。2调整期（1975-1995）：负荷水平较低、资产规模较低、客户数量较少、客户电气化水平较低。1975年以后，受两次石油危机和环境保护运动影响，东京地区GDP增速开始减缓（1995年的GDP是1952年的12倍）。但是，经济发展模式发生转变，用电结构发生重大变化：工业用电的比重从52.4%下降到34%左右，商业用电的比重从7.6%增加到30%左右。用电结构的变化既拉动了东京电力销售电量和最高负荷的快速增长（1995年销售收入和负荷是1952年34倍），改变了东京电力的负荷特性，商业用电的快速增加带动夏季负荷快速增长，夏季负荷超过冬季负荷。3转型期（1995-2003）：电量、负荷增长稳定，投资规模快速下降1995年以后，一方面，随着日本经济泡沫的破灭，东京开始陷入经济衰退；另一方面，随着经济转型的结束，东京地区的GDP增速停滞、结构趋于稳定。东京电力的销售电量增长缓慢，最高负荷的增长呈现波动(时高时低)。在负荷特性上，夜间负荷快速增长，日最高负荷和最低负荷的峰谷差由上世纪80年代的56%降低到2000年的53%。这些变化迫使东京电力调整公司的总体经营和服务策略：一方面，加大对负荷的管理和控制力度，另一方面努力扩大电力销售。东京电力进入了转型期。4成熟期（2003今）：最高负荷、电量增长停滞，电网投资规模稳定。东京电力在2002年完成对公司发展战略、运营模式和组织架构等的一系列调整，提出了2010发展愿景规划，强调投资规模控制，优化控制成本，控制负荷增长，维持公司的稳定增长。由于GDP、电量和负荷的增长停滞，结构稳定，东京电力各项指标的波动趋于平稳，实现了客户和电网和平衡发展。此外，2011年日本受“311”地震的影响，东京负荷有明显下降暂不考虑。2.1.4 北京2010年北京市电力公司供电最大负荷为16661兆瓦，电厂发电出力约为4145兆瓦，仅能满足地区负荷需要的近26.26%，其余12285兆瓦负荷需要外网送入予以平衡, 受电比例约为73.74%。根据“北京市电力公司“十二五”电网发展规划“预计北京2015年北京市最大负荷为27000兆瓦，最大负荷利用小时数为4815h。饱和年全市最大电力负荷50000兆瓦。2015年供电人口将达到2200万人，饱和年供电人口将达到3000万人。北京市电力公司电源建设规模如表1所示。表1 北京市电力公司电源建设规模项目全市（2010年实际数据）全市（2015年预测数据）全市（2030年预测数据）面积（平方千米）164101641016410人口（万人）196122003000最高负荷（兆瓦）166612700050000人均负荷（瓦/人）85012271667负荷密度（兆瓦/平方千米）1.0151.6453.052.1.5 与世界城市电网发展水平对比分析北京市电力公司与世界城市电网发展水平对比情况如表2、图4所示。表2 北京市电力公司与世界城市电网发展水平对比情况项目2010年北京2006年新加坡2002年巴黎1980年东京1990年东京1996年东京2010年东京2015年北京饱和年北京面积（平方千米）16410707105394943949439494394941641016410人口（万人）1961499250334641904190447322003000最高负荷（兆瓦）1666156243010272804785057120581102450050000人均负荷（W/人）8501406120481511421363129911141667负荷密度（兆瓦/平方千米）1.027.9628.670.691.211.451.471.493.05注：由于东京人口增长较慢，1990年东京人口按1996年人口规模选取。图4 北京市电力公司与世界城市电网发展水平对比情况从人均负荷指标看，北京市电力公司2010年电网相当于东京80年代初期电网水平，据世界城市目前电网水平相差较大。北京市电力公司2015年电网相当于东京90年代初期电网水平。至饱和年要超过目前世界城市负荷水平，跻身世界领先行列。2.2 配电网电压等级2.2.1 新加坡配电网新加坡配电网标准电压等级系列有22kV，6.6kV，400/230V。其中，配电网以22kV网络为主，6.6kV网络的发展已经受到限制。2.2.2 巴黎配电网巴黎过去市区电网比较复杂，经过20年的梳理改造，简化了电压等级序列。其配电网络包括高中压变电站的主变225/20(15)kV、90/20(15)kV、63/20(15)kV及以下设施、20kV及以下电网。2.2.3 东京配电网随着地区负荷的增长和网络规模的扩展，东京电力配网电压等级经过如下演变形成如今的标准序列，中压配电从原来的3kV升压到了6.6kV，高压配电从原来的22kV升压到了66kV；而在市区保留22kV，是将其作为中压配电电压等级来考虑的，为实现并列运行等高可靠性网络连接提供了很好的基础。2.2.4 北京配电网北京电网的发展经历了一个漫长的过程，在这个过程中，为了适应社会的发展，北京电网的电压等级不断提高，结构同趋合理。北京电网发展过程中，为提高供电能力，扩大供电范围，满足负荷需求，逐步提高了电压等级。北京配电网标准电压等级为高压配电网110kV，35kV，中压配电网10kV，以及0.4kV。其中，35kV电压等级主要在各城近郊区和远郊区县存在应用。2.2.5 与世界城市配电网电压等级对比分析巴黎、新加坡配电网以20kV/22kV电压等级为主，与北京中压配电网10kV电压等级相比，具备以下特点：在具备相同载流容量的情况下，20kV电缆承载着两倍于10kV电缆的电能。因此，20kV系统不仅能够节省安装空间，还能在大多时候降低电缆温度，从而有效的解决了电缆过热的问题并且增长了原件的使用寿命。2.3 配电网规模2.3.1 新加坡配电网新能源电网公司电网共有22kV变电站4190座，变压器6290台，变电容量12834MVA，平均每座变电站变电容量为3.06MVA，22kV电缆长度5279千米；6.6kV变电站5300座，变压器6984台，变电容量6907MVA，平均每座变电站变电容量为1.30MVA，6.6kV电缆长度3788千米。从绝缘介质的类型来看，22kV系统中SF6气体绝缘设备和空气绝缘设备各占72%和28%。从电缆选用类型来看，22/6.6kV系统基本采用三芯交联电缆，尚有部分6.6kV三芯油纸电缆。22/6.6kV系统中，80%的变压器和90%的开关为投运20年以内的设备。表3 各电压等级下配电设备投运情况电压等级（kV）变电站数量（座）变压器数量（台）降压容量（MVA）电缆长度（千米）开关数量（台）RMU环网开关（台）224190629012834527921309-6.6530069846907378811305112320.4-1157911357-合计949013274197412064643971112322.3.2 巴黎配电网巴黎市区有35个225kV/20kV变电站，容量4165MVA；2008年历史最大负荷为3010兆瓦，负荷密度为28.7兆瓦/平方千米；有29条225kV电缆进市区，变电站低压侧采用单母线分段方式；有20kV电缆800条，5432千米，电缆化率为100%，单回馈线最大负荷能力为20MVA，负载率约50%；400V低压线路5000千米；7000多台20kV/400V配变；电缆化率100%，自动化率100%。 2.3.3 东京配电网至1998年3月底止，东京电力公司有66kV及以下变电站1256座，线路建设规模如下表所示。表4 1998东京电力公司线路建设规模电压等级架空线长度（千米）电缆线长度（千米）路径长度线路长度路径长度线路长度66kV7795149612919554455kV及以下29936713791843合计809415328429873872.3.4 北京配电网1. 110kV电网现状截至到2010年底，北京市110kV公用变电站265座，主变651台，总配变容量30750.5MVA；专用变电站52座，主变113台，总容量3799.5MVA，110kV电网容载比为2.18。北京电网110kV主变单台主变容量以31.5MVA和50MVA为主，城市中心区部分变电站采用高容量主变，如北太平庄站采用了63MVA主变；郊区县存在部分变电站采用低容量主变，总体分析设备选型相对标准。北京地区110kV公用线路共884条，总长度4257公里，其中电缆线路长910公里，架空线路长3347公里，电缆化率21.38%。110kV架空线路截面主要为LGJ-240和LGJ-400，分别占线路总长度的接近60%和10%，另外就是在近几年中得到应用的耐热导线，随着度夏工程或导线更换工作的实施将得到更多的应用。现运行电缆截面主要集中在800mm2、630mm2以及400mm2三种截面。2. 35kV电网现状截至2010年底，北京电网共有35kV地区变电站95座，变压器180台，变电容量1920.25MVA；35kV用户变电站149座，变电容量1253.67MVA。35kV架空线路总长度约为1988公里；电缆线路总长度约为128公里。35kV变电站及线路主要集中在各郊区县，市区范围内比例很小。3.电网装备运行年限通过电网工程建设和改造，设备健康水平大幅提升。110kV及以上输变电设备运行年限超过21年的变压器比率不足1%，线路为12%。北京电网10kV及以下设备运行年限超过21年的线路比率9%，配变比率4.8%。2.3.5 与世界城市配电网规模对比分析1.电网规模国内外电网建设规模如表5所示。表5 国内外配电网装备运行年限项目电压等级北京新加坡巴黎东京66110kV变电站台数（座）31780-161容量（兆瓦）34550231-6068566 kV以下变电站台数（座）-9490-1256容量（兆瓦）-13274-606852.电网装备情况国内外配电网装备运行年限对比如表6所示。表6 国内外电网装备运行年限电压等级北京新加坡110kV及以上变压器小于1%30%110kV及以上线路12%-10kV及以下设备9%10%配变4.8%20%从设备运行年限看我国电网起步晚，设备的整体运行年限低于新加坡2005年的设备水平。2.4 配电网网架结构2.4.1 新加坡配电网122kV配电网络80年代中期，新加坡22kV配电网络采用环网连接、开环运行模式。当时外力破坏严重，电缆接头施工工艺差，电缆故障频繁，加之新加坡正处于经济增长期，电子行业迅速崛起对电能质量提出了很高的要求。迫于社会的呼声和政府的压力，新加坡开始实施22kV电网改造，具体原则为：花瓣型网络的电缆截面均按300mm2考虑，以增强网络的拓展性和可适应性，并为今后的改造、割接创造条件；每个花瓣型网络引入第三个电源点，供电可靠性大大增加；每个花瓣的容量按50%考虑，确保了网络的健康运行水平；网络改造从对供电可靠性要求特别高的区域开始进行且成片实施，确保“花瓣”的一次建成。22kV配电网络改造自80年代中期开始实施，至90年代初期完成。新加坡新型22kV配电网络采用环网连接、并列运行的模式。具体而言，在城市各分区内的同一个双电源变压器并列运行的66kV/22kV变电站中，由每两回22kV馈线构成环网，形成花瓣结构。这种结构称之为梅花状供电模型，其典型供电模型如图5所示。图5 新加坡梅花状典型供电模型其中引自不同分区变电站的每两个环网中间又相互联络，开环运行，形成花瓣式相切的形式。其网络连接方式如图6所示。其网络接线实际上是由变电站间单联络和变电站内单联络组合而成。站间联络部分开环运行，站内联络部分闭环运行。通常两个环网之间的联络处为该环网最重要的负荷。图6 新加坡22kV配电网络接线图在此配电系统中，每个66/22kV 75MVA变压器必须并列且配对运行，两个变压器所承载的最大负荷不能超过75MVA。构成环网的每两回馈线的选择考虑N-1运行原则，按照正常运行时50%负荷设计，馈线一律采用22kV，300mm2铜导体XLPE电缆，线路开关全部采用断路器。每个环网的设计容量为15MVA，其最大负载电流不能超过400A。因此，每两个并列运行的变压器最多连接5个环网。其中，当22kV母线上的变压器台数在三台及以下时，采用单母线不分段接线。当变压器台数大于三台时，采用单母线分断接线。配网的中性点采用经小电阻接地方式，接地电阻为6.5欧姆，短路电流限制在25kA、3秒。为了确保在一条母线故障或检修期间供电的连续性，形成环网始端和终端的馈电线路端点必须在同一变电站的不同母线上。每个环接入的配电室最好不要超过8个，并且环中的总负荷不能超过环网的设计容量，即15MVA。由上可见，一个变电站的一段母线引出的一条出线环接多个配电站后，再回到本站的另一条母线，便构成一个“花瓣”。多条出线便可构成多个“花瓣”，多“花瓣”构成以变电站为中心的一朵“花”，每个变电站就是一朵“梅花”。原则上不会跨区供电，通过“花瓣”相切的方式满足故障时的负荷转供，从而构成多朵“梅花”供电的城市整体网架，如图五所示。由此，此网架可以实现单一线路事故时系统不停电；母线事故或同一环两条线故障时，瞬时停电，且通过线路联络开关恢复供电；并显示了良好的可扩展性。图7 新加坡城市电网扩展图在新加坡22kV配电系统的主干网中，采用导引线差动保护，过电流及接地后备保护，并配备SCADA系统；至客户或变压器的支路采用过流和接地保护，网络可靠灵活、简单清晰。26.6kV配电网络6.6kV配电网络采用环网连接、开环运行模式（Mesh），每个环网的两路或三路电源来自不同的22kV上级电源点；每个环网的供应负荷控制应在4.5MVA以内（环网的始端电缆为铜芯电缆）或3.5MVA（环网的始端电缆为铝芯电缆）；每个环网中串接的配电站数量应控制在8个以内。图7 新加坡6.6kV配电网络网架结构新加坡6.6kV电网为逐步淘汰的电网。6.6kV配电网络采用环网连接、开环运行模式。每个环网的两路或三路电源来自不同的22kV上级电源点，环网上配置环网开关，采用过流及接地故障后备保护。新加坡计划在发展新客户时，逐步将6.6kV配电网改造为22KV配电网。2.4.2 巴黎配电网巴黎电网有三层环状电网结构，外围由400kV输电网和225kV输电网形成两层环状网架结构，市区由20kV配电网形成环状网架结构为低压用户供电。其配电网由36座225/20kV变电站提供电源，并呈辐射状深入负荷中心。巴黎电网环状网架结构如图8所示。图8巴黎电网环状网架结构巴黎在20世纪60年代开始20kV电网升压改造，90年代初完成。巴黎20kV配电网环状电网结构示意如图9所示。图9 巴黎20kV配电网环状电网结构示意巴黎20kV配电网中主干线网架使用46=24条20kV电缆与一个变电站相连，因此，可以确保225kV变电站在停电时的供电可靠性。每个20/0.4kV低压变电站都有2回20kV进线，在进线故障的时候自动切换。每条20kV馈线可由两个225kV变电站供电，20kV馈线出现故障，在自动切换装置动作时客户会有1秒的停电；若225kV变电站故障，在12分钟内远方手动切换恢复供电。因此电网在不采取复杂保护或自动化设备的情况下也可以提高供电可靠性。巴黎城市配网这种供电网结构首末两端都带电源，双路电源供电运行，中间配置可远方控制的分段开关，中/低压负荷从两条并行供电线路同时取电，通过自动切换装置实现备用电源切换。这种供电方式供电可靠性SAIDI指标可以做到小于15分/户.年。图10 巴黎20kV双环网示意图在巴黎城区新建和改造的中压配电网则采用三环网结构。这种结构是由两座变电站三射线电缆构成三环网，开环运行。每座配电室两路电源分别T接自三回路中两回不同电缆，其中一路为主供，一路为热备用，其接线方式如图11所示。图11 巴黎20kV三环网示意图2.4.3 东京配电网东京配电网供电模式的特点是：配电网中97%为6.6kV不接地电网，3%为20kV小电阻接地电网。6.6kV架空网供电方式采用3分段4联络、6分段3联络的方式，6.6kV电缆网供电方式采用环网的方式；负荷密集区采用20kV电缆网供电方式。166kV配电网络东京电力认为环网具有可靠性较高的优点，但潮流控制困难，短路电流大；而放射性网络潮流控制容易，短路电流小。因此，东京电力在供电系统中多采用环网结构、放射状运行（即“手拉手”网络结构）。输电系统变电站变电站变电站输电线输电线输电线输电线图12东京电力的“手拉手”网络结构222kV配电网络（1）主备线路系统在东京，主备接线是最为常见的22kV网络接线方式。虽然与SNW（Spot Network）系统相比，其变压器容量较小，但是无论从空间还是花费上考量都更为经济，因此应用广泛。主备线路系统接线方式如图所示。正常方式下，按预定的常用主线路进行供电。当主线路停电时，在非用户内部事故，备用线路有电压的情况下，通过自动或者手动切换刀闸或断路器，可以在瞬时停电后恢复供电。图12 单线路连接配电系统原理图（a）主备线路系统（b）SNW系统（2）SNW和RNW系统SNW系统是在城市和其他高电力需求地区最为常见的系统。其接线形式如图12（b）所示。SNW系统是由两个或者更多变压器的二次侧组成。各条配电线路全部以接方式引入支线，经过断路器接入变压器。其低压侧并列连接，构成网络母线。因为采用该方式的低压侧母线一般限定于同一座大楼内，所以称为Spot Network（定点网络）方式。当任一条馈线停电时，通过剩下的变压器过负荷运行以提供所需的最大电量。因此，在选择变压器容量时要按这个原则进行，其过负荷耐量一般为普通变压器的130%。此系统具备较高的可靠性，可维护性和可操作性，而且高压侧设备简单。SNW系统一般应用于低电压等级，即变压器二次侧低电压供电；也可以应用于变压器二次侧为6.6kV的情况，为单一建筑提供有效供电。RNW（Regular System）系统是通过多个SNW系统低压侧的相互连接构成。因此，可以在其中任意系统故障或停电检修的情况下，维持持续供电。RNW系统一般应用于繁华购物区，如东京银座，新宿等。这种系统并没有被广泛应用。其主要原因是用户对6.6kV供电仍然有大量需求以及此系统在可维护性，可操作性和可扩展性上存在不足。（3）22kV/6.6kV供电系统此种配电系统是先由22kV配电网传输至靠近用户侧，再由当地微型变电站降压至6.6kV。其接线方式如图13所示。目前这种系统已经被应用于工业区以及人口稀疏的地区，同时正在被考虑引入人口密集住宅区。这种系统不仅可以为22kV用户供电，还可以为现有6.6kV用户供电。这种系统作为过渡系统在推动22kV配电系统的同时，还可以大力推进微型变电站的普及。图13 微型变电站单线路接线原理图（变压器最大容量为10MVA）3. 6.6kV网络东京6.6kV电缆网接线方式以4分段2并网为主。采用此方式的典型地下配电系统如图14所示。此系统以一路进线，多路出线的单回路开关箱形成类似单环网的运行方式。不同开关箱间的线路设有联络开关，开关为常开方式，用户进线采取环网方式。图14 4分段2并网地下配电系统东京6.6kV架空配电网系统多采用6分段3并网的方式。此系统结构如图15所示。图15 6分段3并网架空配电线系统东京采取的这种电网接线，可以将线路的负载率由三分段三联络时的75%提高到85%左右。在故障时通过网络的重构，可以提高线路的互倒互带能力。2.4.4 北京配电网1高压配电网网架结构220kV电网枢纽变电站与500kV电网形成电磁环网，分成五个供电区域运行；59座地区220kV变电站和256座地区110kV变电站呈放射状网络运行，共同形成地区主网架供电结构。2中压配电网网架结构目前北京中压配电网网架结构较为复杂，接线方式也较多，具体分为架空线接线模式和电缆线接线模式分别介绍。（1）架空线路结构架空线路主要应用在D类区域，以及无电缆线路要求的C类区域。中压架空线路的接线方式一般采用环网接线开环运行方式和单放射方式。环网接线的架空线路运行电流一般应控制在长期允许载流量的2/3以下，预留转移负荷裕度。架空线路采用环网接线开环运行方式，线路多分段、适度联络，分段与联络数量根据用户数量、负荷性质、线路长度和环境等因素确定。每一分段的负荷容量可控制在70120A，联络一般设置3个以内。优先采取线路尾端联络，逐步实现对线路大支线的联络。中压架空网典型接线如图16所示：图16 架空线路多分段多联络接线模式架空线路单放射方式仅适用于负荷密度较低的、缺少变电站电源点的地区，但同站线路之间应进行联络。（2）电缆线路结构电缆线路主要适用于A类、B类区域，C类区域优先选用。另外，繁华地区、重要地段、主要道路、高层建筑区等及城市规划中有特殊要求的地区，以及狭窄街道和架空线路走廊难以解决的地区采用电缆线路供电。根据用户负荷性质、容量、路径等情况，中压电缆线路的接线方式一般为双射接线、单环接线和双环接线方式等。A类、B类地区由电缆双射网逐步发展为电缆双环网供电，进一步提高供电可靠性；A类地区和部分B类地区在“十二五”规划期内实现配网自动化。1）双放射接线方式两路电源一般来自不同的变电站（开闭站）或者同一座变电站（开闭站）不同母线，线路负载率不宜超过50%，见图17所示。（a）双回电源来自同一变电站（开闭站）（b）双回电源来自不同变电站（开闭站）图17 电缆线路双放射接线方式2）单环网接线方式电缆单环接线一般从开闭站接出，该方式适用于电缆化区域容量较小的用户，一般采用异站单环接线方式，不具备条件时采用同站不同母线单环接线方式。正常开环运行，线路负载率不宜超过50%，见图18所示。图18 电缆线路单环网接线方式3）双环网接线方式双环网四路电源来自同一供电区域的两座变电站或两座开闭站的不同段母线，见图19所示，这种接线方式线路负载率不宜超过75%。电缆双环网接线适用于重要用户供电，可随电缆网改造逐步完善实现。图19电缆线路双环网接线方式4）对射线接线方式自不同方向电源的两个变电站（或两个开闭站）的中压母线馈出单回线路组成对射网接线方式，一般由改造形成。图20电缆线路对射线接线方式2.4.5 与世界城市配电网网架结构对比分析 北京市高压配电网与国际城市相似，以环网结构、放射状运行（即“手拉手”网络结构）为主，可以达到国际水平； 中压配电网相当于国际一流城市电网70年代的水平。1.国外电网网架结构发展趋势国外发达地区网架结构多程“哑铃“状发展，按照 “强化两头、简化中间”发展原则，既保证供电的可靠性和安全性，又避免重复建设造成的浪费。如新加坡、巴黎、东京电网网架结构发展趋势如图21所示。图21新加坡、巴黎、东京电网网架结构发展趋势2.北京电网网架结构北京电网2010年网供电可靠率RS1和RS3都为99.9776%，没有由于系统电源不足造成的限电现象。因此，北京主网较为坚强，造成可靠性相对较低的主要问题在于配电网网架显得相对薄弱，应该按照按照 “强化两头、简化中间”原则，重点解决配电网薄弱的问题，使电网架构功能更加清晰、层次更加分明。如北京电网网架结构发展现状如图22所示。图22北京电网网架结构发展现状2.5 供电可靠性2.5.1 新加坡配电网从新加坡电网供电可靠性的发展趋势可以看出，新加坡电网在19931994年应用的环网运行技术，直接导致平均停电时间由27.4分钟减少到10.7分钟。而在2003/2004年间投入状态监测和状态检修技术后，平均停电次数从0.1次/户降低至0.04次/户。新加坡配网的供电可靠性较高，至2011年新加坡电网供电可靠性指标ASAI已达到99.999941%、SAIDI为0.31min。1998 2011年新加坡电网系统平均停电持续时间SAIDI 变化情况如图23所示。19982011年新加坡电网系统平均停电频率SAIFI变化情况如图24所示。图23 1997 2011年新加坡电网系统平均停电持续时间SAIDI变化情况图24 19982011年新加坡电网系统平均停电频率SAIFI变化情况2.5.2 巴黎配电网巴黎2004年供电可靠性指标SAIDI如图25所示，其中区域 1是人口数小于1万人的小城镇，SAIDI2小时，供电可靠率（RS-1）为99.977（对应我们的农网）；区域4是人口数超过10万人的城市中心区，SAIDI30分，供电可靠率（RS-1）ASAI为99.994（对应我们的中心城区）。巴黎2007年供电可靠率ASAI为99.998%，SAIDI为10min。图25 法国2004年低压用户的供电可靠性指标SAIDI巴黎历年供电可靠性指标SAIDI如图26所示。巴黎1993年用户平均停电时间为58分钟，供电可靠率为99.99，到2000年用户平均停电时间缩短到13.7分钟，供电可靠率为99.9975。图26 巴黎历年供电可靠性指标SAIDI2.5.3 东京配电网1982年东京供电可靠性指标ASAI为99.99315%、SAIDI为36分。1986年东京电力公司开始采取配网自动化措施，之后供电可靠性指标ASAI进一步提高。至2009年东京电力公司可靠性指标ASAI为99.999618%、SAIDI为2min。2011年日本受“311”地震的影响可靠性突然下降，因此我们暂不做参考。东京电力公司历年可靠性变化曲线如图27所示。图27东京电力公司历年可靠性变化曲线2.5.4 北京配电网1历史年可靠性水平2010年北京市供电可靠率RS1和RS3都为99.9776%，系统平均停电时间为1.93小时。自2005年以来北京市电网可靠性RS1和RS3均相等，主要是由于“十五”和“十一五”期间加强了主网建设，形成了较为坚强的主网网架结构，消除了由系统电源不足造成的限电现象。近年北京市供电可靠性指标如表7所示，近年北京市供电可靠性曲线图28所示。表7 近年北京市供电可靠性指标项目）200520062007200820092010RS199.896799.90499.93899.95499.98099.9776RS399.896999.90499.93899.95499.98099.9776*RS1：是计入所有对用户的停电后得出的，平均供电可靠率指标；RS3：是扣除系统电源不足限电的平均供电可靠率。99.8967图28近年北京市供电可靠性曲线2可靠性发展目标考虑到北京以建设世界城市为远景年目标，因此局部地区规划的电网技术指标略高于国家电网公司的推荐指标。北京A类地区经济和社会发展水平相对成熟，与世界城市差距相对较小，同时区域电网基础条件相对较好，具备与世界城市电网技术标准接轨的基础电网条件，因此适当提升技术指标，打造国内优质配电网建设样板模式是合适的。北京“十二五”期间电网建设可靠性指标如表8所示。表8 北京“十二五”期间电网建设可靠性指标项目A类区域B类区域C类区域D类区域供电可靠率99.999%99.99%99.9%99.8%2.5.5 与世界城市配电网供电可靠性对比分析2010年北京供电可靠性与先进城市80、90年代可靠性对比情况如图29所示。供电可靠性（%）27分钟58分钟36分钟118分钟图29 2010年北京供电可靠性与先进城市80、90年代可靠性对比情况0.31分钟2分钟10.5分钟2015年北京供电可靠性与先进城市目前可靠性对比情况如图30所示。供电可靠性（%）118分钟图30 2010年北京供电可靠性与先进城市目前可靠性对比情况通过分析，2010年北京市供电可靠性与东京、巴黎、新加坡等国际发达城市近年来相比可靠性差距较大。通过对这些城市历年可靠性分析，北京市目前可靠性水平相当于这东京1980年代以前的可靠性水平；相当于巴黎80年代的可靠性水平。3 主要结论及建议3.1 北京电网定位北京电网现状定位如下表4-3-1所示。表9 北京配电网现状定位指标水平人均供电负荷80年代水平配电网电压等级21世纪初配电网规模领先水平配电网网架结构高压配电网，国际水平；配网70年代供电可靠性70、80年代水平北京市配电网处于世界一流配电网的80年代初期水平。总体来看： 高压配电网网架结构、配电网规模已经达到了世界领先水平。 中压配电网、人均供电负荷水平、供电可靠性处在一流电网70、80年代的水平，根据新加坡、巴黎、东京的改造经验，需要经过20年左右的时间，才能够达到国际水平。3.2 人均负荷水平对比分析图31 北京与世界城市各年负荷水平从人均负荷指标看，北京市电力公司2010年电网相当于东京80年代初期电网水平，据世界城市目前电网水平相差较大。目前北京电网与东京电网人均负荷相差449W/人。北京市电力公司2015年电网相当于东京90年代初期电网水平。至饱和年要超过目前世界城市负荷水平，跻身世界领先行列。3.3 配电网电压等级对比分析目前随着工业化程度的不断提高，世界上工业发达国家相继建立起各自不尽相同的电压等级，根据资料介绍，很多国家由于现有电压等级过多过密（其中包括工业发达国家这种现象较甚），设计上显得十分繁杂，造成输变电容量重复过多，电网线损及无功损失损耗加大，而且占用了许多有色金属，造成了资源浪费。世界城市配电网以20kV电压等级为主，与北京中压配电网10kV电压等级相比，具备以下特点：在具备相同载流容量的情况下，20kV电缆承载着两倍于10kV电缆的电能。因此，20kV系统不仅能够节省安装空间，还能在大多时候降低电缆温度，从而有效的解决了电缆过热的问题并且增长了原件的使用寿命。巴黎过电网经过20年的梳理改造，形成了400/225/20/0.4kV的4级电压等级序列，可以为北京电网提供借鉴意义。3.4 配电网网架结构对比分析3.4.1 世界城市配电网网架特点分析北京市高压配电网网架结构较为合理，可以达到国际领先水平。中压配电网网架结构与世界城市相比较为薄弱，且网络接线模式复杂，难以形成标准化，需要借鉴国外中压配电网先进理念作出相应调整。国外电力公司十分重视大城市的中压配网网架建设，其中压配网网架由统一的供电模型组成，标准化、模型化设计可大大减少规划设计部门的工作量，方便配电网扩展，利于实现自动化，采用统一的控制策略， 并为用户接入提供明确的入网标准和评估体系。通过对新加坡、巴黎、东京典型供电模型分析，发现应用供电模型构建中压配电网具有以下特点。（）网架结构清晰化、标准化采用供电模型构建配电网，能够使网架清晰化、标准化。可根据远景年变电站布点设定远景年目标网架结构，据此制定现状网架逐步过渡到远景目标网架的平滑过渡方案，逐步梳理网架结构。（）考虑了变电站间的联络方式接线模式仅体现了线路间联络关系，供电模型不仅考虑了接线模式，还考虑变电站间的联络方式。相较于线路，供电模型作为一个较大的供电单元，其负荷转带等运行方式相对固定，易于调度操作，并利于采用统一的控制策略，实现配电自动化。()考虑了高中压电网之间的相互协调供电模型从整体的角度考虑主变间的联络方式，优化配电网整体供电能力，并根据网络实际供电能力对线路侧进行规划，实现模型总体的供电能力和模型中线路的供电转移能力的匹配，使上下级电网间更加协调。世界城市电网具有哑铃型的特点，其远郊的高压输电环网保证了骨干电网的运行安全和稳定，20kV环网保证了对用户供电的灵活性和可靠性，而中间电压等级电网采用了相对薄弱的辐射状结构。这样既满足用户对供电可靠性的要求，同时也降低了不必要的资金投入。我国城市电网规划建设也应以提高可靠性为基本原则，促进高、中、低压网协调发展。在重视典型供电模型设计的同时，借鉴国外配网发展的先进思想，不强求层层“N-1”，适当考虑层与层之间的负荷转移和相互支援， 使中压配电网供电模型具备良好的负荷转移能力。这样既满足用户对供电可靠性的要求，又节约资金。3.4.2 北京市中压配电网网架设计思路城市特征很大程度表现在地形地域特征上，而负荷分布特征与此又是紧密相联。北京市位于地势平坦地区，属于平原地形，其负荷分布一般呈圆形，如图32所示(实心圆表示负荷点)。图32 负荷圆形分布特征在负荷圆形分布下， 采用架空多联络设计的单元供电模型如图33所示。若采用开闭站接线，其所形成的单元供电模型如图34所示。图33 架空多联络单元供电模型示意图图34 开闭站单元供电模型示意图负荷圆形分布且均匀时，随着负荷不断增长，通过新增电源点，可向其四周不断扩展延伸。图35为开闭站单元供电模型的扩展图， 其站与站间通过开闭站“手拉手”进行联络，形成“田字型”的网架扩展思路，如图36所示。图35 开闭站供电模型扩展图图36 田字形网架扩展示意图对于输电网、高压配电网、中压配电网的配合，建议按以下原则考虑：220kV枢纽变、中间变，其与供区内送出的下级高压配电网、中压配电网的关系按照“强、简、强”设置。220kV终端变，其与供区内送出的下级高压配电网、中压配电网的关系按照“简、强、强”设置。中压配电网网架标准化建设将是项长期的任务，期间逐步改造也值得分析探讨。建议采取统一规划，分步实施的原则。对于新建开发区，直接遵循所设计的供电模型进行标准建设，而城市成熟区，原则上不宜立即进行大规模改造，但应有预见性地为将来改造创造条件，待条件成熟后（如部分区域电力设备接近运行寿命期时）， 进行小范围的改造，通过逐步“蚕食”，最终完成改造。同时，标准化建设改造也应循序渐进，随着负荷增长及用户对高可靠性的不断要求，最终过渡到终极供电模型。接线模式具有良好的过渡性，如架空线路可由单辐射，逐步通过联络，形成单联络、两联络、多联络的接线模式； 而电缆线路也可由单环网过渡到两供一备、三供一备、双环网，最终过渡到多联络的双环网这一接线模式。这就为逐步改造中压配网网架，实现统一标准建设提供可能。另外，在完善典型供电模型设计的基础上，应进行与各典型供电模型相配套的用户供电方案设计与建设，包括配套自动化建设、继电保护配置、配电变压器选择与安装、导线选型等。积极应用新技术、新设备，不断提高中压电网可靠供电能力，并注意工程建设实效，推广典型供电模型。坚持因地制宜的原则，防止盲目追求高标准、超豪华，也要避免低水平重复建设。3.5 供电可靠性1指标体系基本一致北京在配电网供电可靠性管理方面，已形成了比较完善的指标体系，该指标体系和国际先进城市的体系是基本一致的。2供电可靠性水平差距大世界先进城市的供电可靠性已达到了很高的水平，北京电网供电可靠性水平和国外相比仍有很大的差距。如图37所示，2010年北京市供电可靠率为99.9776%，供电可靠性与东京可靠性差距较大，SAIDI相差116分钟。因此应借鉴国外先进国家的经验，结合各城市的实际情况，合理制定未来年度的可靠性目标，综合采取多种措施大力提高我国城市电网特别是大城市电网的供电可靠性水平。0.31分钟10.5分钟2分钟供电可靠性（%）118分钟图37 2010年北京供电可靠性与先进城市目前可靠性对比情况3引入目标管理国外供电企业的可靠性管理普遍实行目标管理，部分企业还制定了严格的奖罚措施。在制定未来年度的可靠性目标时，欧美某些电力公司采用了以过去若干年可靠性指标的平均值为基础，确定未来年度可靠性最低标准。实行目标管理后，被动性管理将转变为主动性预防，减少了无序检修停电。城市电网的供电可靠性规划工作引进目标管理首先要对该研究对象现状进行分析，并按每一个城市、供电区、电力用户的不同情况来预测其可靠性的水平，然后设定与地区和用户要求相称的更高可靠性水平目标值。我国供电企业的可靠性管理模式，应从以往的事故后分析统计汇总的被动状态提升到运行状态监控，甚至事故前预警，实现由单纯的统计管理型向实时分析、预测、目标控制的主动预防型模式转变。4推广概率可靠性评估方法为了较全面地预测出各种威胁电力设备和电网安全稳定运行的隐患，提高电网投资的经济效益，应该着手研究和推广概率可靠性指标及其评估体系。概率可靠性评价方法及评估体系在国外许多电力公司已经得到广泛应用，而在我国实际供电系统可靠性评估中应用不够广泛。目前，北美电力可靠性协会正在着手制定新的可靠性标准，其中的一个重大变革就是大力推广概率可靠性指标及其评估体系。我国在这方面比较落后，需要大力研究和推广概率可靠性指标及其评估体系。