高壓電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)接線方式應(yīng)該是對(duì)應(yīng)的。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該屬于比較頂層的設(shè)計(jì)了，一直缺少系統(tǒng)的梳理，都是憑著經(jīng)驗(yàn)、思路或者是計(jì)算合理，所以值得好好總結(jié)下，不過稍微有點(diǎn)偏專業(yè)。

首先特高壓，個(gè)人認(rèn)為，沒有組網(wǎng)的必要，就不寫了，500kV開始。

一、500kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

500kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及靈活性

環(huán)型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)為500kV電網(wǎng)普遍采用的結(jié)構(gòu)型式，有其合理性和必然性：

環(huán)型結(jié)構(gòu)：環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是環(huán)網(wǎng)上變電站間相互支援能力強(qiáng)；便于從多個(gè)方向受入電力；便于采取解環(huán)或擴(kuò)大環(huán)網(wǎng)的方式調(diào)整結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)：網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是線路短、相互支援能力更強(qiáng)、網(wǎng)架堅(jiān)固；便于多點(diǎn)受入電力；缺點(diǎn)是短路電流難以控制；難以通過采取解列電網(wǎng)的措施控制事故范圍。

環(huán)型結(jié)構(gòu)在形態(tài)上可分為單環(huán)網(wǎng)、C（U）環(huán)網(wǎng)（半環(huán)網(wǎng)）和雙環(huán)網(wǎng)，分別對(duì)應(yīng)城市電網(wǎng)發(fā)展的不同階段，單環(huán)網(wǎng)和半環(huán)網(wǎng)可以很容易地過渡到雙環(huán)網(wǎng)。

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)從形態(tài)上可分為日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型，由圍繞城市多個(gè)中心區(qū)或多個(gè)城市的500kV環(huán)網(wǎng)疊加而成。日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型對(duì)應(yīng)城市擴(kuò)展的不同階段，過渡方式為雙環(huán)網(wǎng)-日字型-目字型-田字型-網(wǎng)絡(luò)型。

二、220kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

220kV電網(wǎng)，一直是各級(jí)電網(wǎng)里面比較值得研究的。因?yàn)?20kV電網(wǎng)分區(qū)規(guī)劃和運(yùn)行不僅能夠分解系統(tǒng)，而且對(duì)于降低短路電流、控制潮流等方面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

一般來講，當(dāng)最高電壓等級(jí)（如500kV）環(huán)網(wǎng)運(yùn)行且網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)，為確保電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，低一電壓等級(jí)（如220kV）電網(wǎng)應(yīng)分區(qū)規(guī)劃和運(yùn)行，分區(qū)間保持合理聯(lián)絡(luò)和支援。此時(shí)，城市高壓配電網(wǎng)（如110kV）應(yīng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、輻射運(yùn)行，環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先在同一220kV分區(qū)電網(wǎng)內(nèi)形成，盡量減少不同220kV分區(qū)間的110kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

1）220kV電網(wǎng)分區(qū)原則

分層分區(qū)是指打開電磁環(huán)網(wǎng)，按電網(wǎng)的電壓等級(jí)將電網(wǎng)分成若干結(jié)構(gòu)層次，按供電能力劃分出若干包含不同結(jié)構(gòu)層次的供電區(qū)域，在各區(qū)域內(nèi)根據(jù)電力負(fù)荷安排相應(yīng)的電力供應(yīng)，形成區(qū)域內(nèi)電力供需大致平衡。分區(qū)應(yīng)遵循如下原則：

• 獨(dú)立原則：合理的分區(qū)應(yīng)當(dāng)盡量使區(qū)內(nèi)的負(fù)荷與裝機(jī)基本平衡。

• 聯(lián)絡(luò)原則：保持分區(qū)之間保持適度聯(lián)絡(luò)。區(qū)與區(qū)之間界面要清晰。

• 可靠原則：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化使得熱備用線路減少可能會(huì)導(dǎo)致可靠性降低。

2）220kV電網(wǎng)分區(qū)類型

根據(jù)供區(qū)內(nèi)500kV變電站個(gè)數(shù)和運(yùn)行方式的不同，220kV電網(wǎng)可分為獨(dú)立分區(qū)和互聯(lián)分區(qū)兩種模式。

獨(dú)立分區(qū)：以一座500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)只有一座500kV變電站作為與大網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，一般呈圍繞500kV變電站220kV母線的放射網(wǎng)或自環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

互聯(lián)分區(qū)：互聯(lián)分區(qū)以兩座及以上500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點(diǎn)。運(yùn)行時(shí)有兩座及以上500kV變電站作為與大網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，一般呈日字形、目字型、田字形或網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。各分區(qū)之間在正常方式下相對(duì)獨(dú)立, 事故情況相互支援。

3）220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

• 獨(dú)立分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

獨(dú)立分區(qū)存在一個(gè)500kV變電站作為分區(qū)電網(wǎng)的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區(qū)電網(wǎng)的電源支撐。根據(jù)220kV電網(wǎng)分區(qū)的可靠性原則，為保證220kV電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，獨(dú)立分區(qū)內(nèi)部宜采用環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

據(jù)此推薦獨(dú)立分區(qū)三種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雙放射結(jié)構(gòu)、雙鏈結(jié)構(gòu)和自環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

雙放射結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站均有兩回線路供電。

雙鏈結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站均有四回線路供電。

雙放射結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站（不含終端站或電廠連接變電站）均有四回線供電。

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站（不含終端站或負(fù)荷站）均有四回及以上線路供電。

• 互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

互聯(lián)分區(qū)存在兩個(gè)及以上500kV變電站作為分區(qū)電網(wǎng)的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區(qū)電網(wǎng)的電源支撐。根據(jù)220kV電網(wǎng)分區(qū)的可靠性原則，為保證220kV電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，互聯(lián)分區(qū)內(nèi)部宜采用環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

雙鏈結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站均有四回線路供電。

球拍型結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

啞鈴型結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中任一220kV變電站（不含終端站或負(fù)荷站）均有四回及以上線路供電。

4）220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)過渡過程

三、110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

110kV屬于高壓配網(wǎng)，主要是目前適合城市高壓變電站中的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，以及各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

1）110kV變電站結(jié)構(gòu)

110kV變電站結(jié)構(gòu)的研究對(duì)象為變電站主接線形式。常用的形式有：內(nèi)橋、線路變壓器組、內(nèi)橋+線變組、單母線分段和單元接線等。

2）110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

110kV電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運(yùn)行的方式，目的是避免與220kV電網(wǎng)形成電磁環(huán)網(wǎng)，從而形成以220kV變電站為獨(dú)立電源點(diǎn)的110kV電網(wǎng)。

由于110kV電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線形式繁多，以下主要根據(jù)變電站最終規(guī)模的不同，結(jié)合各種接線模式與主變臺(tái)數(shù)、變電站主接線的合理搭配，介紹幾種常用的電網(wǎng)接線形式。

• 兩臺(tái)主變模式

• 三臺(tái)主變模式

3）110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可靠性

城市電力網(wǎng)的供電安全采用N-1準(zhǔn)則。

• 主變N-1負(fù)載率

主變N-1負(fù)載率是指滿足N-1原則的主變負(fù)載率。

• 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)N-1分析

4）110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電能力

在滿足主變N-1原則下，110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電能力如下。

110kV線路中，一般來說，環(huán)境空氣溫度選擇40℃，110kV架空線路選取鋼芯鋁絞線（LGJ），110kV電纜線路選取交聯(lián)聚乙烯電力電纜（YJV）。

• 電網(wǎng)供電能力

  • 線路供電能力

• 導(dǎo)線選型

• 5）110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的過渡方案

  • 兩臺(tái)主變模式的網(wǎng)架過渡

  情景一：兩線一變（單電源）→三線兩變→四線兩變→四線三變

  情景二：兩線一變（雙電源）→兩線兩變（雙電源）→四線兩變→四線三變

  

  • 三臺(tái)主變模式的網(wǎng)架過渡

  1）鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)網(wǎng)架過渡

  情景一：完全與不完全雙鏈網(wǎng)架的過渡；

  情景二：三鏈網(wǎng)架的過渡。

  

  2）“三T”結(jié)構(gòu)網(wǎng)架過渡

  情景一：六線兩變向六線三變過渡；

  情景二：四線兩變向四線三變過渡。

  3）四線兩變向四線三變過渡

  情景一：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座三臺(tái)主變規(guī)模的變電站；

  情景二：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座兩臺(tái)主變規(guī)模的變電站。

  

  • 組合模式

  組合模式接線方式較為靈活，任何兩個(gè)或三個(gè)典型接線模式，組合在一起只要能夠滿足可靠性要求即可。組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了線路通道，在滿足可靠性的前提下提高了電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，也在一定程度上簡(jiǎn)化了典型模式過渡到最終規(guī)模的過渡過程。典型組合模式如下：

  

  模式C-1是由兩線一變與四線兩變組合而成，解決了兩線一變的110kV變電站主變發(fā)展到3臺(tái)時(shí)的電源問題，就近節(jié)約了一側(cè)電源通道，提高了電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)可靠性也能滿足要求，其中四線兩變部分能夠滿足線路“N-2”校驗(yàn)，兩線一變部分能夠滿足線路“N-1”校驗(yàn)。

  6）110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案應(yīng)用原則

  

  四、電網(wǎng)電壓序列

  合理的電壓序列事關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

  發(fā)達(dá)國(guó)家城市電網(wǎng)的電壓等級(jí)配置一般為4-5級(jí)。各國(guó)都根據(jù)實(shí)際情況選擇了合理的高壓輸電電壓等級(jí)，并形成了堅(jiān)強(qiáng)的輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

  電壓等級(jí)縱向關(guān)系，之前在電網(wǎng)規(guī)劃里面已經(jīng)總結(jié)了一些，這里主要說下20kV電網(wǎng)。

  1）采用20kV對(duì)高壓變電站主變?nèi)萘窟x擇的影響

  

  可以看出，若變壓器的低壓側(cè)電壓不變，僅主變的高壓側(cè)電壓提高，當(dāng)采用相同的阻抗電壓百分比時(shí)主變的最大容量提高不大。

  經(jīng)計(jì)算受短路電流和阻抗電壓百分比的限制，一般情況下110/10KV 雙繞組變壓器最大容量為50MVA，220/20kV雙繞組變壓器最大容量為120MVA，110/20kV雙繞組變壓器最大容量為100MVA。當(dāng)采用三繞組變壓器時(shí)，容量可適當(dāng)增加。

  2）采用20kV 對(duì)高壓變電站設(shè)計(jì)的影響

  目前，國(guó)內(nèi)110/10kV 變電所主變?nèi)萘繛?1.5MVA、40MVA及50MVA，少數(shù)地區(qū)也在嘗試使用63MVA主變，而目前國(guó)產(chǎn)10kV 大電流開關(guān)柜最理論上僅能滿足50MVA主變要求，采用63MVA主變需購(gòu)買國(guó)外產(chǎn)品或采取特殊接線及限制運(yùn)行方式。

  采用20kV 電壓等級(jí)后，設(shè)備額定電流將降低一半，因此110/20kV 可采用63MVA 甚至90MVA 主變，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家經(jīng)過技術(shù)改造均能提供相應(yīng)的開關(guān)柜。

  

  隨著城市電網(wǎng)的日益密集，與20kV電壓等級(jí)相比較，110/10kV 主變需選用更高的阻抗值以滿足中壓開關(guān)柜短路電流限額16kA 標(biāo)準(zhǔn)的要求，這樣做一方面會(huì)增加主變電能損耗，另一方面高阻抗變壓器價(jià)格要比低阻抗變壓器價(jià)格貴許多。

  還有其他有點(diǎn)，比如中壓線路輸送功率增大，中壓間隔和線路通道減少，高壓變電站供電半徑增大，中壓線路功率損耗降低，中壓側(cè)短路電流降低一半等等，并不是鼓吹20kV網(wǎng)絡(luò)，它也有一些缺點(diǎn)，只是提供一個(gè)思路：新建配網(wǎng)區(qū)域，同時(shí)預(yù)測(cè)負(fù)荷密度較高，確實(shí)比較適合20kV網(wǎng)絡(luò)。

  五、中性點(diǎn)接地方式
  
  隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜在我國(guó)城市電網(wǎng)中的使用率越來越高，電纜線路的大量應(yīng)用在提高配電網(wǎng)供電可靠性的同時(shí)也帶來了新的問題：電容電流的快速增長(zhǎng)給城市電網(wǎng)的安全運(yùn)行和中性點(diǎn)接地方式的選擇帶來了新的課題。

  城市電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式分為有效接地和非有效接地兩大類。其中，有效接地包括中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)低值阻抗接地兩種；而中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻抗接地和中性點(diǎn)不接地都屬于非有效接地方式。

  《Q/GDW 156-2006 城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中對(duì)配網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式規(guī)定如下：

  • 20kV、10kV不接地或經(jīng)消弧線圈接地，或經(jīng)小電阻接地。

  • 對(duì)于20kV和10kV電壓等級(jí)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，若單相接地電流在 10A 以上，宜采用經(jīng)消弧線圈接地方式，宜將接地電流控制在10A以內(nèi)，并允許單相接地運(yùn)行2小時(shí)。 

  • 對(duì)于20kV、10kV 電壓等級(jí)的非有效接地系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流達(dá)到150A以上的水平時(shí)，宜改為小電阻接地系統(tǒng)。

  • 對(duì)于35kV、20kV、10 kV電壓等級(jí)的中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，20kV，10kV接地電流宜控制在150～500A范圍內(nèi)，35kV接地電流為1000A，應(yīng)考慮跳閘停運(yùn)，并注意與重合閘的配合。

  目前，國(guó)內(nèi)大部分省市和地區(qū)仍采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式；廣州、深圳等供電公司近幾年先后改用經(jīng)小電阻接地。然而對(duì)于城市中壓配電網(wǎng)，尤其是實(shí)際電網(wǎng)中最常見的電纜架空線混合系統(tǒng)，究竟哪種接地方式更為適用，這一問題在工程界和理論界都存在著分歧。

  配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)綜合性的經(jīng)濟(jì)技術(shù)問題，既要考慮配電系統(tǒng)設(shè)備投資和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，又要考慮電網(wǎng)供電可靠性、安全性、過電壓水平、系統(tǒng)絕緣水平、繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、對(duì)通訊線路的干擾以及系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的技術(shù)問題。

  

  對(duì)一些城市和地區(qū)電網(wǎng)的10kV系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式進(jìn)行了了解和總結(jié)，具體情況介紹如下。

  1） 華東某市

  華東某市電網(wǎng)對(duì)中性點(diǎn)接地方式的選擇有如下規(guī)定：主城區(qū)部分，35 kV、10 kV系統(tǒng)由于電纜出線日益增多，電纜在發(fā)生單相接地故障后，如不及時(shí)切除，易擴(kuò)大事故，因此，新建變電站應(yīng)采用電阻接地方式。邊緣地區(qū)新建35 kV、10 kV系統(tǒng)宜采用電阻接地方式。郊區(qū)農(nóng)村地區(qū)35 kV和10 kV架空配電線路宜采用消弧線圈接地方式。

  2） 東北某市

  東北某市按照電容電流在10~200A之間采用消弧線圈接地，大于200A采用小電阻接地。

  在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，電纜仍按不接地系統(tǒng)選擇。

  3） 南方某市

  南方某市郊區(qū)以架空出線為主的變電站，按單臺(tái)變壓器變低運(yùn)行方式,當(dāng)單相接地電容電流不超過20A時(shí)，可以采用不接地系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)超過20A時(shí),采用低電阻接地方式運(yùn)行；城區(qū)以電纜出線為主的變電站，按全站變低最大運(yùn)行方式，即考慮10kV母線并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)單相接地電容電流不超過30A時(shí)，可以采用不接地系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)超過30A時(shí)，采用低電阻接地方式運(yùn)行；對(duì)不接地運(yùn)行的變電站，隨著饋線增加、運(yùn)行方式變化進(jìn)行單相接地電容電流計(jì)算和測(cè)量，以確定是否接地運(yùn)行。

  4） 各單位配電系統(tǒng)運(yùn)行中的一些情況及意見

  • 華東某市供電局認(rèn)為在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，另外兩相電壓也會(huì)升高，因此，電纜仍應(yīng)按不接地系統(tǒng)選擇。

  • 南方某市供電局采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，單相接地電流較大，容易發(fā)生針式瓷瓶爆裂。

  • 南方某市供電局在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，曾發(fā)生過單相接地不跳閘，原因是安裝變電站的零序電流互感器時(shí)，沒有將電纜的鎧裝外護(hù)套剝掉，一起穿過零序電流互感器。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，電纜和鎧裝分流，導(dǎo)致零序保護(hù)拒動(dòng)。

  • 各地區(qū)在改為中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后，沒有發(fā)生過因?qū)Ь€斷落對(duì)行人造成傷害，也沒有發(fā)生過因跨步電壓、接觸電壓或反擊造成人員或設(shè)備事故。

  • 有些地區(qū)的供電局都認(rèn)為中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地時(shí)，過電壓倍數(shù)過高，可達(dá)7-8倍。而中性點(diǎn)經(jīng)電阻(電抗)接地系統(tǒng)過電壓倍數(shù)較低。

  • 華東某市曾發(fā)生過在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，因線路單相接地產(chǎn)生過電壓導(dǎo)致變電站母線故障全站失電事故。華北某市10kV配電系統(tǒng)也發(fā)生過幾起單相接地過電壓事故，均擴(kuò)大了事故范圍。雖然上述事故的擴(kuò)大是由于多種因素造成的，但也不能排除中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式的影響。

  6）采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，應(yīng)考慮的問題

  • 單相接地時(shí)線路應(yīng)考慮跳閘，為了保證供電可靠性要求，應(yīng)考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題；

  • 單相接地時(shí)的接地電流應(yīng)限制在對(duì)音頻電纜的通信線路干擾的允許范圍之內(nèi)；

  • 單相接地時(shí)的線路的繼電保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度和選擇性