城市保底電網(wǎng)的設(shè)計與構(gòu)建

引言

為提高城市電網(wǎng)防災(zāi)應(yīng)急保障能力,客觀應(yīng)對城市電網(wǎng)面臨的風(fēng)險,以減少損失、快速恢復(fù)供電為基本原則,提出了城市保底電網(wǎng)設(shè)計及建設(shè)工作。保底電網(wǎng)主要立足于通過電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和差異化建設(shè),提高電網(wǎng)運行靈活性和轉(zhuǎn)供電能力,提升電網(wǎng)防災(zāi)抗災(zāi)水平。同時,保底電網(wǎng)建設(shè)還應(yīng)避免大拆大建、避免大范圍簡單提升規(guī)劃建設(shè)標準,統(tǒng)籌平衡抗災(zāi)投入與投資效益。

本文以建設(shè)目標導(dǎo)向,綜合考慮歷史自然災(zāi)害對電網(wǎng)的影響,以城市指揮(應(yīng)急)機構(gòu)、核心基礎(chǔ)設(shè)施等用戶為保障對象,兼顧地市中心城區(qū)和中重冰區(qū)的縣區(qū)級行政區(qū)用電保障,自下而上逐一梳理校核,滿足極端情況下的保底負荷需求:并以某一地區(qū)的中心城區(qū)關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道、重要用戶快速復(fù)電通道為示例,提出了城市保底電網(wǎng)的設(shè)計原則與構(gòu)建建議。

1保底電網(wǎng)相關(guān)名詞的定義

(1)城市保底電網(wǎng):是針對臺風(fēng)、低溫雨雪凝凍、洪澇內(nèi)澇等嚴重自然災(zāi)害,以保障城市基本運轉(zhuǎn)、盡量降低社會影響為出發(fā)點,以城市指揮(應(yīng)急)機構(gòu)、核心基礎(chǔ)設(shè)施等用戶為保障對象,選取城市重要變電站、重要線路和抗災(zāi)保障電源進行差異化建設(shè)維護,保障城市指揮(應(yīng)急)機構(gòu)不停電、核心基礎(chǔ)設(shè)施可快速復(fù)電的最小規(guī)模網(wǎng)架。嚴重自然災(zāi)害情況下保底電網(wǎng)可分為多個局部電網(wǎng)獨立運行。

(2)城市指揮(應(yīng)急)機構(gòu):包括黨政軍機關(guān)、"三防"指揮部、應(yīng)急管理辦公室、氣象臺、交通指揮中心、電力調(diào)度中心、新聞傳播中心等。

(3)核心基礎(chǔ)設(shè)施:包括通信樞紐、供水設(shè)施(水廠、水泵房)、防洪排澇設(shè)施、屬于重要用戶的醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)、鐵路運輸和機場運輸樞紐、核電站等。

(4)抗災(zāi)保障電源:是指在嚴重自然災(zāi)害、外力破壞等極端情況下,可為城市核心區(qū)域提供穩(wěn)定可靠電力支援的電源,一般具備較強的調(diào)節(jié)能力以及孤島或黑啟動運行能力。

(5)重要電源送出通道:是指抗災(zāi)保障電源和直接送電中心城區(qū)的支撐性電源送出通道,納入保底電網(wǎng)范疇。

2保底電網(wǎng)的設(shè)計原則

城市保底電網(wǎng)的總設(shè)計原則是針對不同城市的特點和各類嚴重自然災(zāi)害特征[1],結(jié)合城市建設(shè)發(fā)展客觀需求、重要負荷供電保障要求,多措并舉,優(yōu)化保底電網(wǎng)防災(zāi)保障策略。同時合理控制保底電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模,差異化開展電網(wǎng)建設(shè)運維,提高電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害及快速復(fù)電能力,盡量減少災(zāi)害損失。積極引導(dǎo)抗災(zāi)保障電源、用戶自備電源、應(yīng)急移動電源規(guī)劃建設(shè),推動形成"大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)支撐、抗災(zāi)保障電源分層分區(qū)自平衡運行、用戶自備應(yīng)急電源兜底、應(yīng)急移動電源補充"的綜合防災(zāi)保障體系,提升城市保底電網(wǎng)供電的安全可靠性。

具體原則為:

(1)地級市中心城區(qū)保底電網(wǎng)應(yīng)具備來自兩個不同走廊的主網(wǎng)供電電源,以盡可能降低小尺度嚴重自然災(zāi)害影響。單個500kV變電站供電的中心城區(qū),其保底電網(wǎng)還應(yīng)通過一個聯(lián)絡(luò)通道與相鄰500kV供電區(qū)聯(lián)絡(luò)。

(2)納入保底電網(wǎng)的重要用戶,其供電電源應(yīng)滿足單一元件及同塔故障情況下的可靠供電。在此基礎(chǔ)上,海南以外的特級重要用戶應(yīng)滿足任一500kV及以下變電站失壓可快速復(fù)電,一級重要用戶宜滿足任一220kV及以下變電站失壓可快速復(fù)電,二級重要用戶宜滿足任一110kV及以下變電站失壓可快速恢復(fù)。

(3)特級重要電力用戶應(yīng)采用多電源供電,一級重要電力用戶至少應(yīng)采用雙電源供電,二級重要電力用戶至少應(yīng)采用雙回路供電。

(4)線路路徑走廊盡量避開強風(fēng)區(qū)、重冰區(qū)、雷電活動特殊強烈地區(qū)、地震帶、重污穢地區(qū)以及微地形、微氣象地區(qū),盡量避免多條重要輸電、配電線路布置在同一走廊。

(5)35~220kV新建保底電網(wǎng)架空線路應(yīng)按50年一遇氣象重現(xiàn)期設(shè)計,存量架空線路應(yīng)采取部分桿塔重建、鐵塔加固、更換導(dǎo)線等措施提升線路防災(zāi)抗災(zāi)能力,其中冰區(qū)架空線路應(yīng)具備融冰手段。提高保底電網(wǎng)設(shè)備防汛能力,新建保底電網(wǎng)變電站不得采用地下站設(shè)計方案,站址標高應(yīng)高于100年一遇洪水位。鞏固提升電纜隧道排水系統(tǒng)建設(shè),做好電纜接頭等關(guān)鍵設(shè)備防水保護。

)6)結(jié)合保底電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè),積極推動各級政府優(yōu)化具有孤島或黑啟動運行能力的抗災(zāi)保障電源規(guī)劃建設(shè),并分層分區(qū)接入電網(wǎng),重要負荷與抗災(zāi)保障電源基本平衡的區(qū)域(保障電源規(guī)模大于重要用戶負荷需求,能夠滿足重要用戶的供電),抗災(zāi)保障電源應(yīng)能適應(yīng)電網(wǎng)解列運行后孤立電網(wǎng)安全供電的需要。推動每個保底電網(wǎng)至少接入一座本地保障電源,并且不少于一座本地保障電源具備黑啟動或孤島運行能力,保障電源規(guī)模滿足重要用戶負荷需求。在嚴重自然災(zāi)害情況下為城市核心區(qū)域、重要負荷提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

(7)納入保底電網(wǎng)保障范圍內(nèi)重要用戶配置應(yīng)急自備電源,裝機容量應(yīng)大于保安負荷需求,所有重要用戶應(yīng)急自備電源配置率達到100%及以上。啟動時間、切換方式和持續(xù)運行時間的技術(shù)性能應(yīng)滿足重要用戶保安負荷的特性要求,具備極端狀態(tài)下安全自保能力。應(yīng)急自備電源宜采用汽/柴油發(fā)電機、不間斷電源(UPs)等配置。

(8)對于保底通信網(wǎng)應(yīng)滿足保護、自動化、穩(wěn)控、調(diào)度電話等生產(chǎn)實時控制業(yè)務(wù)基本通信需求。

3示例分析

按照上述原則,以建設(shè)目標為導(dǎo)向,以一、二級重要用戶為保障對象,自下而上逐一梳理校核,滿足極端情況下的保底負荷供電需求。縱向梳理即針對一、二級重要用戶,按向重要用戶供電的0.4kV線路一10kV線路一110kV站點一110kV線路一220kV站點一220kV線路一500kV站點的方式自下而上梳理向重要用戶的完整供電鏈路,"由點到面"地形成電網(wǎng)向重要用戶供電的輻射型網(wǎng)架。橫向整合即在輻射型網(wǎng)架基礎(chǔ)上,形成四重綜合保障體系。

下面以某一城市核心區(qū)保底電網(wǎng)、重要用戶的供電路徑及復(fù)電通道、電源送出通道為例,設(shè)計城市保底電網(wǎng)。

3.1城市核心區(qū)保底電網(wǎng)即關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道示例

例一:某中心城區(qū)主供電源為220kVA變和220kVB變,兩座220kV變電站上一級電源分別來自500kVA變、500kVB變,聯(lián)絡(luò)通道分別為220kVA變一500kVA變、220kVB變一500kVB變。因此,在將220kVA變、500kVA變、220kVB變、500kVB變及圖中所示加粗線路納入保底電網(wǎng)范圍后,滿足地級市中心城區(qū)堅強局部電網(wǎng)應(yīng)具備來自兩個不同走廊的主網(wǎng)供電電源。城市核心區(qū)保底電網(wǎng)即關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道示例如圖1所示。

例二:某中心城區(qū)主供電源為220kVA變和220kVB變,兩座220kV變電站上一級電源來自500kVA變(500kVA變雙主變,可靠性較高),屬于單個500kV變電站供電的中心城區(qū)。因此,選擇500kVA變一220kVC變一220kVA變一220kVB變一500kVB變一個聯(lián)絡(luò)通道與相鄰500kVB變供電區(qū)聯(lián)絡(luò)。在將500kVA變、220kVA變、220kVB變、220kVC變及圖中所示加粗線路納入保底電網(wǎng)范圍后,可保證中心城區(qū)保底電網(wǎng)具備來自兩個不同走廊的主網(wǎng)供電電源,盡可能降低小尺度嚴重自然災(zāi)害影響。城市核心區(qū)保底電網(wǎng)即關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)通道示例如圖2所示。

3.2一級重要用戶快速復(fù)電通道示例

例三:10kV電壓等級供電的某一級用戶,滿足供電電源單一路徑、單一母線故障情況下的可靠供電,即220kVA變一110kVA變一用戶、220kVB變一110kVA變一用戶、220kVA變一110kVB變一用戶、220kVC變一110kVB變一用戶:220kVA變失壓,用戶快速復(fù)電通道為220kVB變一110kVA變一用戶、220kVC變一110kVB變一用戶,滿足任一220kV及以下變電站失壓可快速復(fù)電。同時220kVA變、220kVB變、220kVC變、110kVA變、110kVB變也為城市核心區(qū)域主供變電站,相關(guān)線路也納入了城市保底電網(wǎng)范圍,如圖3粗線所示。

3.3二級重要用戶快速復(fù)電通道分析思路

例四:35kV電壓等級供電的某二級用戶,滿足雙回路供電要求,即220kVA變一某二級用戶一110kVB變:若110kVB變失壓,某二級用戶快速復(fù)電通道為220kVA變一35kVC線路,滿足任一路電源停電后快速復(fù)電要求。二級重要用戶快速復(fù)電通道示例如圖4所示。

3.4電源送出通道分析思路

例五:某中心城區(qū)有一座本地保障電源,總裝機容量為120Mw,電源類型為水電,為A水電站。220kV重要電源送出通道為A水電站一220kVA變一500kVA變。至2022年8月底,某中心城區(qū)重要用戶負荷40Mw,本地保障電源120Mw,占重要用戶負荷比例為300%,水電考慮枯期系數(shù)后,電源保障負荷可以滿足要求。電源送出通道示例如圖5所示。

4相關(guān)建議

(1)建議加強政府、電網(wǎng)、用戶的信息聯(lián)動,及時更新重要用戶的相關(guān)資料,確保重要電力用戶信息的正確性,確保重要用戶供電滿足要求。

(2)納入保底電網(wǎng)范疇的本地保障電源,建議完善檢查機制,定期核實本地保障電源的啟動時間、切換方式、持續(xù)運行時間是否達到技術(shù)要求,在嚴重自然災(zāi)害情況下快速可靠投入使用。

(3)建議用戶自行配置自備應(yīng)急電源,同時確保具備公用應(yīng)急移動電源接入的條件,以保證用戶保安負荷不停電。

(4)建議具備條件的城市利用水電、抽蓄、燃氣發(fā)電和電化學(xué)儲能等電源構(gòu)建多元化保障格局,避免依賴單一性質(zhì)電源。

5結(jié)語

本文綜合考慮歷史自然災(zāi)害對電網(wǎng)的影響,以城市指揮(應(yīng)急)機構(gòu)、核心基礎(chǔ)設(shè)施等用戶為保障對象,兼顧城市中心城區(qū)用電保障,提出了城市正常運轉(zhuǎn)的保底電網(wǎng)的設(shè)計原則:并通過示例規(guī)范了保底電網(wǎng)的設(shè)計與構(gòu)建,為電網(wǎng)規(guī)劃及綜合防災(zāi)體系建設(shè)提供了參考。