《浅谈一流配电网的规划与发展》

浅谈一流配电网的规划与发展

从日本配网建设看我国配电网的发展刘勇韩文

摘要。讨论了日本电网供电可靠性及配电网的建设情况，推广的配电自动化技术。文章着重介绍了九州在提高配电设备质量的同时，通过对配电网事故的故障隔离和供电恢复等自动管理，提高电网的供电质量。并结合我省实际情况提出了对配电网建设建设的几点看法

日本电网按照电压等级分为：500kv、220kv、66kv、22kv、6.6kv和100v几级，其中前三种为输电网，后三种为配电网。日本在1950年代开始配电网的研究与建设，目前已将配电技术实用化并取得了明显的效果。以1999年的统计数据显示：日本全年售电量为81690亿kwh，最大负荷为16567万kw，而1999年全年日本的平均停电时间仅为3分钟/户。我国以上海为例，1999年的平均停电时间为7小时24分钟/户，由此可见，我们与其差距是很大的。

日本按地区由九个供电公司提供电力服务，由于各个公司的具体情况不同，由于历史和自然的因素，他们在提高配电网可靠性方面的侧重点也不一样。例如：日本九州电力与东京电力公司都基本实现了中压馈线的自动化。但是，东京区内人口密度大，自然环境相对稳定，东京电力公司因此强调设备的预防维护，在配电网建设中主要着眼于以设备安全性和可靠性的投入提高供电质量。而作为日本第四大电力公司九州电力的配电网主要以架空线为主，地下电缆只占不到4%比例，并且由于地处日本最南端，经常受到台风、雷电等自然灾害的影响，高压配电网事故多，1999年由于台风、雷电等自然因素造成的配电网事故共266次，占全年配电网事故的43%。公司认为受地理限制，自然灾害导致的线路故障再所难免，因此应该在事故后的故障处理和供电恢复上花工夫，推广了配电自动化技术。在提高配电设备质量的同时，通过对配电网事故的故障隔离和供电恢复等自动管理，提高电网的供电质量。

以下为部分国家和地区电力公司的供电可靠性的数据统：

公司名称

纽约

旧金山

洛杉基

东京

九州

香港中电

每户年停电时间

9.4min

市区：5min城郊：60~90min

60~90min

5min

1min

5min

我们看到。以现有的技术和规模而言，日本九州的配电网自动化水平是最先进的代表，可以作为我们建设的一个参考。

1.配电自动化效果显著

九州地处日本的南部，总面积为42000km2，人口为1300万，整个电力公司分为八个供电区，由85个供电营业所管理。供电用户超过800万户，这个用电量占日本的10%。1999年度售电量731亿度，最大负荷1432万kw，总的说来，其规模比广东省电力系统的容量小一些。

九州电力配电网22kv主要用于工厂和大型楼宇的供电，

6.6kv主要用于住宅区和小型工厂的供电。公司6.6kv配电线16.3万km，柱上变压器81万台，配电线开关12万台。全公司80多个供电营业所平均控制1500个开关。福冈市是九州政治、文化中心，福冈市区供电营业所负责全市供电管理。此营业所下属16个变电站，与相邻营业所的6个变电站相连，有22kv、6.6kv两种配电电压系统营业所控制室可以控制6.6kv开关5000多台。

九州电力公司在1950年代开始配电自动化建设，1970年代完成了全部约500处变电站远方信息的收集，1994年实现了对全部开关的远方控制，到2000年为止共完成77个供电营业所计算机自动化控制系统的改造，并预计在2002年完成全部电力公司配电营业所计算机自动化控制系统的引入改造。

九州电力公司在重视配电自动化的同时，也注重配电设备的投入。公司对供电可靠性和供电质量的保证从两个方面展开了工作：一方面减少事故的发生，包括加强了设备对雷电、盐尘、台风的抵抗能力；提高了设备的电气绝缘水平，在运行方面也加强了对设备的在线监视和定期检查。另一方面，加强了对事故的处理能力，包括加强配电网的结构、环网供电、增加开关数量，提供应急送电能力等。其中效果最明显的是实现配电自动化。

根据记录数据显示，九州电力公司从1985年开始在配电系统中引入计算机技术，此时配电网的停电时间是18分/年户，1994年实现全公司负荷开关的100%远方控制后，到1999年为止的统计数据显示，全公司配电网的停电时间保持在1~2分/年户水平。用户的停电次数也从1985年的0.32次/年户降到1995年以后的0.02~0.03次/年户。可见：配电自动化提高了系统的自动恢复能力，对用户因事故而引起的停电时间大大缩短，提高了用户供电的可靠性。

从九州电力配电自动化的效果看，配电网供电质量的提高建立在全网自动化系统实施的基础上。以福冈营业所5000多个可控开关为例，其自动化的规模远远超出了我们常规设计的想象。就我国已经见诸报道的各个配电自动化的试点与实施系统规模看，最大的仅100多个可控负荷开关和断路器。我省的各大城市对供电的需求应该与福冈具有可比拟性，按照福冈市的配电自动化规模，数目巨大的控制点，加上配电网结构的复杂性，使得我们在配电网的系统规划上必须十分慎重，必须考虑因为大容量控制开关而带来的通讯网络的可靠性、通讯容量的冗余度、远方控制的实时性问题，因配电网拓扑结构的复杂性而导致网络故障识别的可信性、负荷转移及供电恢复时网架结构的可行性等。由此得出：目前已经实现的国内部分试点工程，在我省今后的配电网规划中只能够作为参考，而不能以此为蓝本照搬照套。

九州电力公司配电的建设经历的时间长，但效果明显，其主要原因还在于：九州电力公司的技术人员作为系统开发方，参与了整个配电网自动化系统的开发研制，并根据公司的运行经验和使用要求，对系统进行了量身定做和不断完善。因此，一个稳定、持续的系统维护队伍，在配电网建设中也是不可缺少的。在国内部分配电网的试点工作中，采用了交钥匙的建设方式，虽然业主比较省事，但由于配电网涉及的东西太多，系统的建设肯定不是一次可以完成的，由此会带来规划、建设与运行管理各方面的脱节，这一点是值得我们加以重视的。

2.可靠的供电设备与完善的配电网结构是配电自动化实施的基础

配电系统涉及的范围广，规模大，而且用电环境、用电设备及用电系统的运行水平不同，导致配电系统供电可靠性各不一样。在日本，提高配电线供电可靠性是从两个方面来采取措施的：

（一）

预防维护体制：

主要强调提高设备对异常电压（雷电过电压或开关过电压）、异常电流（过负荷或短路）、以及异常环境（盐害、灰尘、气体、台风及水灾）的耐受水平，制订用电设备合理的运行、维护和监测制度，加强对设备老化、破损的检查，预防不必要的事故发生。

（二）

事故维修体制：

主要强调在事故发生后的故障处理能力，包括电网双重化、故障点快速定位、故障隔离、健全用电区间的恢复供电，在必要的情况下还需要提供应急电源。

在九州配电网中的设备可靠性是相当高的，同样以1999年配电网事故的统计信息表明：1999年因设备不良造成的高压配电线事故占全年总事故的8%。配电系统用到了大量的柱上开关和控制器，以开关为例，全部采用了耐盐全封闭sf6式开关。在我国，由于制造方面的原因，设备免维护水平低，以1999年统计资料表明，因维护设备而停电的次数占计划停电检修次数的60%，平均使每户每年多停电5.5小时。由此可见运行设备的质量好坏直接关系到配电网运行水平的高低。

在提高设备可靠性的基础上，保证供电质量是配电系统的主要任务和目标，这是以完善配电网结构为前提的。

配电网建设的首要问题在于网络的规划。合理的网络结构和电源布局才能实现配电系统负荷的可靠转移和网络潮流的合理调度，保障配电系统供电的连续性并降低供电网线损。否则，空有一个内容丰富的配电管理系统是不能达到配电自动化的目的的。在此方面，日本采取了相应措施并在实际系统推广使用。

日本22kv等级配电网主要用于构成配电主干网，一种情况采用3回线并行布置互为备用的snw地下电缆供电方式，用于城区1000kw以上用户密集地区或对供电可靠性要求比较高的重点用户和高科技企业；另一种情况采用箱式变电站供电方式，主要用于农村地区的远距离送电以改善电压质量并降低线损。随着用电负荷的增加，在日本东京市中心地区的配电网也开始采用此电压等级供电，其他部分地区则在研究11kv供电的可能性问题。在接线形式上，此电压等级的电缆系统中性点采用了小电阻接地的方式。

日本6.6kv为通用配电方式，平均每条线路的供电长度为2.32km，一般而言，单台配变的平均容量为34.8kva，而线路每公里接挂的配变约10.3台，每台配变拥有低压线路的长度约98米，每台配变的供电户数为8.5户，这种采用了就近直接通过小容量的配电变压器接入用户端的接线方式降低了配电网线损。同时，为提高配电网供电可靠性，此电压等级的接线采用了3相3线中性点不接地的方式。网络结构上，日本采用了3分段4连接的环网供电方式。配电网故障时，配电线被分割成3部分，各部分可以分别从相连的其他配电线上进行负荷转送，保证了配电线n-1的转送能力。

对于配电网的供电方式，我国目前主要采用辐射树枝装结构，基本上处于“一台开关管一线，一条馈线供一片”的状态，由此导致我国配电网的供电半径大，无功补偿不足。有数据显示：以国电公司当前的状态，配电网平均每条线路的供电长度为4~12km，单台配变的平均容量为282kva，而线路每公里接挂的配变约3.8台，每台配变拥有低压线路的长度约400~1200米，每台配变的供电户数为200~400户。

此次全国范围的城市、农村电网，其目的便包括降低配电网线损，提高供电质量和供电的连续性，因此，国内部分专家在对我国配网现状调查的基础上，提出了各种可行的配电网结构，其立足点在于保证n-1情况下，配电网供电的可靠性和连续性，例如目前典型的“手拉手”接线带分段开关模式、三分段三连接的接线方式、环网接线方式、4´6网络接线方式等。但对于日本的snw和三分段四连接的网络接线对我国配电网的满足程度的研究的报道不多，由于这些方式在日本已经推广普及，并在多个电力公司取得了良好的应用先例，特别是他们小容量、多布点、短距离的配电模式，比较适合我省部分经济发达地区对供电系统的需求，可以为我们今后配电网的规划和建设做一些参考和借鉴。

但也应该指出。虽然我国配电网10kv系统还主要以架空线为主，但部分城市供电地区由于电网规模的扩大和地下电缆的改造，导致单相接地故障时接地电容电流太大而无法自然熄弧，10kv系统的接地方式以逐渐由中性点不接地方式转向中性经小电阻或消弧接地的模式，消弧接地模式因其技术的优势，已逐渐被用户接受而成为主要的系统接线方式，但由此产生了单相接点时故障回路的识别和定位困难。

3.配电自动化的通讯

日本对配电自动化的通讯方式进行了多方面的尝试，并在目前的配电系统中确定了几种主要的通讯模式，包括：基于fsk技术的音频电缆通讯方式（pc）、中压配电载波方式（rc），高速配电载波通讯方式（ss）和光纤通讯等。

作者简介：

1.刘勇（1970-），男，硕士，从事电力系统自动化及微机保护的研究和开发工作。：liuyong@gzzg.com.cn

2.韩文（1968-），男，博士，从事电力系统自动化及配网自动化的研究和开发工作。：hanwen@gzzg.com.cn