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城市核心区供电可靠性与对策

中国电力网 2008年8月6日09:56 来源：  点击直达中国电力社区

华北电力大学  路俊海

摘要：该文通过调查分析北京城市核心区电网结构、设备管理以及发生的重要停电事故情况，研究探索北京城市核心区配电网存在的供电风险规律，并从电网规划设计、建设发展、运行管理等方面提出针对性的解决措施。

关键词：核心区；配网；风险管理

中图分类号：TM619 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)06-0007-03

北京市电力公司作为国家电网公司在北京地区的执行单位，担负着北京地区和奥运会期间的安全可靠供电的责任。为了提高北京城市配电网供电可靠性，需要对北京城市配电网的现状进行研究和评估，提出进一步建设和改造的技术条件与建设方案，使城市核心区供电可靠率达到99.995%及以上，真正将首都核心地区建设成为高可靠性的配电网示范区。

1 北京城市核心区配电网简介

城区供电公司担负着首都核心区供电的重任，负责东城、西城、崇文、宣武四个行政区管辖范围内的所有用户的供用电业务。城区电网是北京电网的重要组成部分，承担着保障首都政治活动、经济发展、居民生活安全用电的使命。城区配电网经过多年建设后，供电能力和供电可靠性都得到了提高，但城区配电网还存在一些问题需要改进，供电能力和供电可靠性还存在较大的提升空间。

1.1 网架结构

架空线路主要为多分段多联络结构。部分架空线路联络点少，分段不合理，主要表现在部分支线缺乏联络，在主干线路发生故障时，分支线路负荷无法倒出，需要随着电网的发展与改造逐步完善。

电缆网主要为双放射网，多由同一变电站不同母线作为双路电源，以保证供电的高可靠性。但对于目前二级以上重要用户及不满足N-1运行的线路，双放射网向另一变电站转移负荷的能力及互倒互带能力较差，存在一定的运行风险。随着城区范围内双放射网密集程度越来越高，部分地区已自然形成双环网结构。对于城区范围内的重要用户，可以在网架结构上进一步完善，根据用电需求与改造建设情况，有计划的发展双环网，从而提高供电可靠性，缩短故障停电时间。

1.2 线路主干线长度

城区范围内因路径资源、电源点分布等原因，还存在部分10kV线路主干线偏长的情况，可根据电源点建设、供电范围等进行合理分配，对10kV线路进行合理切改。

1.3 线路负荷与容量

2006年，城区范围内还存在14路重载直配线路，有15座开闭站不满足N-1安全运行要求，同时还有部分线路处于轻载状态。线路容量不均衡与电源点布局不尽合理，是造成负载不均衡情况的主要原因。

1.4 设备水平

城区供电公司运行维护的开闭站还存在约16.5%的油开关及硅整流的直流设备；配电室采用SF6负荷开关的比例为60.6%，实施一期消隐工程及配网自动化一期工程后，增加到了65.5%，但还有约35%的FN及ZFN系列负荷开关在运行使用；10kV油纸绝缘和低压聚氯乙烯绝缘电缆还占有一定的比例，一些电缆绝缘老化，电缆接头年久失修，发热、漏油等缺陷时有发生。因此，城区配电网的设备水平还有待进一步提高。

1.5 线路运行环境

架空线路已全部绝缘化，目前正在进行全部设备绝缘化和老旧设备改造整治工作。

电缆线路运行环境有三种：电力隧道、电力管井、直埋敷设。近几年，随着北京地区电力工程量的急剧增长，电力隧道与管井建设量也随之增加，保证了电力通道的及时建设，同时减少了电力设施的外力破坏事故。但是，目前还有较多老旧电缆，仍以直埋敷设为主，这部分老旧电缆将随着电网的进一步发展，改造为电力隧道与电力管井敷设。

1.6 配网自动化

实施了配网自动化一期工程，涵盖5座开闭站、13座配电室、32座电缆分界室、60户重要用户，实现了对配电网运行状态的实时监视、负荷监测以及故障的快速判断和定位。

2 城区供电公司配网故障情况及典型事故分析

2.1 城区供电公司2007年事故概述

城区供电公司2007年1月1日至9月30日共发生主网事故1起（6月25日110kV新街口变电站2#变差动保护动作跳闸），发生电缆网跳闸事故22起，架空线路跳闸事故23起，跳闸后重合成功障碍104起。电缆网跳闸事故中，用户原因、外力、设备自身原因引起的故障几率较高，其中用户原因占40%，外力原因占22%，鸟害占18%。

在城区供电公司架空线路跳闸停电事故中，用户原因、外力施工、恶劣天气引起的故障几率较高，其中，用户影响造成故障11次（包括恶劣天气所引发的用户自管设备的故障跳闸），占49%，外力施工原因造成故障5次，占22%，恶劣天气原因造成的故障为4次，占17%。

2007年1月1日至9月30日城区供电公司共受理低压报修14657起，其中计量装置故障为10023起，占事故总量的68.38％，低压线路故障为2236起，占事故总量的15.26％，其他故障原因占16.36％。

2.2 典型事故分析

2.2.1 110kV变电站全停事故

2007年2月27日，因220kV长椿街变电站1＃主变跳闸（2＃主变为停电检修状态），110kV3A#、3B#、4A#母线停电，造成长椿街变电站10kV3A＃、3B＃、4A＃母线停电，110kV宣武门变电站全停，110kV前门、西单、白塔寺、广安门、牛街变电站备用电源自动投切装置动作成功。长椿街1＃变压器恢复供电后，城区供电公司立即将停电负荷全部恢复。

宣武门变电站110kV侧为扩大内桥式接线，三段母线分别带3台变压器运行，但110kV进线仅为2路，且均来自长椿街变电站。在长椿街变电站设备检修等非正常方式停电的情况下，宣武门变电站上级电源有可能出现单一设备供电的情况。

2.2.2 用户造成事故扩大事故

2007年7月23日，北京展览馆内部设备213断路器出线电缆绝缘击穿，213断路器拒动，造成北展一路跳闸，客户在故障点未隔离的情况下，误合母联断路器，造成北京展览馆二路跳闸。

用户进线电缆发生事故跳闸后，用户闭锁装置失灵，在未断开主进断路器的情况下，便合入母联断路器，造成另一路断路器跳闸。在用户内部发生故障，引发上级电源一路发生跳闸，用户在未检查母线开关保护是否动作，设备是否存在异常的情况下，将母联开关合入，造成另一路事故跳闸。

2.2.3 低压故障

城区供电公司低压报修故障中，卡表故障约占70％，其次是低压线路故障，占15％左右。低压线路故障中，因恶劣天气导致的断熔断器、断接户线、树线矛盾是故障的主要原因，同时过负荷、负荷不均、设备老化的情况也依然存在。2007年1～8月，城区供电公司共受理事故报修12680起，其中属于低压接户线及以下设备的事故报修10312起，约占81％。月度报修情况表明，事故量在6、7、8三月夏季大负荷来临后明显增多，且根据低压接户线所占事故量的比例可以看出，城区供电公司主网及10kV配网已比较稳定，但低压接户线及以下部分的设备仍存在大量隐患。接户线存在老化、过负荷等情况，虽然近年来城区供电公司已安排专项工程对老旧接户线进行更换，但受资金等因素的影响，仍有大量低压接户线未进行更换，仍存在安全隐患。

3 核心区配电网可靠性提升策略

目前城区配电网存在架空线路分段不合理，部分线路的支线缺乏电源联络等问题；电缆双放射网中的两回电源多来自同一变电站，且是同路径敷设，与其它电源间的互倒互带能力差；在电网运行与维修方面，线路互供能力不强，自动化程度不高；在基础资料管理、事故抢修、状态检修等诸多方面也存在差距。

3.1 加强并改善网络结构

目前国内可靠性较高的配电网接线方式主要有多分段多联络、单环网、双放射网、双环网等。通过对这几种配电网接线方式的分析，找出配电网改进的最佳模式。

3.1.1 多分段多联络接线方式

架空线路进行分段和联络，可灵活运行配电线路，减少停电用户的数量，并使在线路工作时对线路影响的用户数量为最少。如图1所示。

图1 多分段、多联络接线模式

多分段多联络的配电网的突出优点是可提高线路的负荷转移能力、线路设备的利用率、线路设备的储备能力、对电源支撑作用的能力、供电可靠性等。

3.1.2 单环网接线方式

电缆线路的这一接线形式中有两个电源取自同一变电站的两段母线或不同变电站，正常情况一般采用开环运行方式，其供电可靠性较高，运行比较灵活。如图2所示。当两条线路的任何位置发生故障时，都可以通过断路器的切换，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断路器向邻近段线路转移，恢复供电。正常运行时，这种模式中各条主干线路负载率应在50%左右，可以满足整条线路互倒负荷的要求。

图2 不同母线单环网接线模式

3.1.3 双放射接线方式双放射接线的电源可来自不同变电站，也可来自同一

变电站的不同母线。如图3所示。此接线方式的10kV系统运行灵活，操作简单。10kV系统有两个电源，互为备用，是一种高可靠性的接线方式。

图3 双放射接线方式

3.1.4 双环网接线方式

双环网接线模式采用开环运行方式，具有很高的运行灵活性和供电可靠性，能最大限度地确保向用户连续供电，满足重要用户双电源供电要求。如图4所示。

图4 双环网接线方式

3.2 提高配电设备质量

高质量的配电设备是提高供电可靠性的物质保障，配电设备的装备水平直接影响着设备的检修周期。配电设备尽量采用全封闭、免维护的高质量元件，减少因设备原因造成的停电次数和停电区域，提高供电可靠性。

10kV架空线路实施绝缘化、电缆化，对易遭受雷击地段应采取可靠的防雷措施。

10kV柱上开关应优先采用负荷开关，应选用整体结构全部密封在箱体中，且充以低气压SF6绝缘的产品，保证满足国家电网公司提出的柱上开关10年免检修的要求。

杆上配电变压器的熔断器故障率较高，应选用复合绝缘单向下排气的产品。配电变压器的避雷器可选用带自动脱落装置的产品，以减少预防性试验的工作量。

电缆线路可选用冷缩电缆头或进口肘型电缆接头，以降低电缆头的故障率。

环网柜应优先选用全封闭、全绝缘的产品。

3.3 实施配电自动化

配网自动化的功能主要包括配电网络的数据采集与控制（SCADA），故障检测分析处理（DA），地理信息管理（GIS），配电应用分析、负荷管理、设备管理等。

SCADA是配网自动化系统的基础平台，通过终端设备和通信系统将配电网的实时状态传送到主站，在主站对配电网络进行远方监视和控制，包括配电开关的状态，保护动作信息，运行数据等，实时监视和分析配电网的运行状况。

配网故障检测分析处理。主站根据各测控终端上报的故障报警信息，结合变电站、开闭站的继电保护信号、开关跳闸等故障信息，启动故障处理程序，确定故障类型和发生位置。在自动生成的配网单线图上，通过网络动态拓扑着色的方式明确地表示出故障区段，根据需要，提供事故隔离和恢复供电的操作预案，或直接进行遥控操作，达到快速隔离故障和恢复供电的目的。

配网地理信息管理。以地理图为背景，对配电设备、配电网络进行分层次管理，包括查询、统计等。

配电网应用分析。对SCADA系统采集的运行数据进行分析计算，为调度员提供辅助决策，包括网络拓扑、状态估计、潮流计算、网络重构、无功优化、仿真培训等。

3.4 加强管理和维护工作

加强配电网的技术管理，对设备缺陷加强技术分析，做好设备状态检测和故障诊断工作。同时，增加设备故障检测仪器的配置，设备检修由定期检修逐步向状态检修过渡，避免由于设备故障造成用户停电。推行配电网带电作业，减少线路停电时间和次数。

4 结束语

通过对北京城市核心区电网结构、设备管理以及发生的重要停电事故情况的调查分析，从北京城区配电网现状出发，为降低城市核心区配电网的供电风险，应从如下方面对北京城市核心区的电网可靠性进行提升：改善电源及输电方式，提高电源系统的可靠性；改善配电系统网络结构，提高运行灵活性；提高设备的制造和安装质量，降低设备的故障率，尽可能选用先进的装备，提高自动化水平；合理安排计划停电，统一协调，减少重复停电；提高运行管理水平，提高检修质量；加强宣传，减少外界因素对配电网的干扰。

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