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.12.04
国外发达城市配电网
及上海“钻石型”电网简介
作者：白蕾
不久前，纽约曼哈顿发生大面积停电，波及用户超过7万户，再次引发各界对超大城市电力安全的关注和思考。对于正在打造卓越全球城市的上海而言，不仅需要充裕、可靠的电力供应做保障，同时还需在电网长远发展规划上未雨绸缪。为此，上海正在积极探索构建“钻石型”配电网，加快形成具有首创效应的城市中心地区电网提升模式，进而打造坚强智能城市电网高质量发展的上海样板。
一．国外发达城市配电网
1、新加坡配电网典型接线
新加坡城市配电网供电面积约为714km2，最大负荷6639MW。
电压等级有：400kV，230kV，66kV，22kV，6.6kV，400V/230V。
电压序列为：
400/230/66/22/0.4kV
400/230/66/6.6/0.4kV
其中，22kV及以下电压等级网络属于配电网，6.6kV网络的发展己经受到限制。
22kV配网采用以变电站为中心的花瓣形接线，即同一个双电源变压器并联运行的变电站（66/22kV）的每两回馈线构成一个环网，闭环运行。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1 新加坡城市电网扩展图
6.6kV以及400V低压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。
配电网全面采用差动保护实现故障隔离，自动化信号采用电缆屏蔽层载波传输。配电网管理及支撑体系实行配电网专业集中管理、配电网设备运行和用户服务一体化运作。
图2 花瓣式（分区）线路接线示意图
图3 花瓣式(互补)线路接线示意图
花瓣型电网主要有两种，分别是分区式和互补式，具体如图2和图3所示。其运行方式如表1所示。
表1 花瓣型电网运行方式
新加坡电网在1993-1994年应用的环网运行技术，直接使平均停电时间由27.4分钟减少到10.7分钟。而在/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。新加坡电网供电可靠率已达到99.999941%，用户平均停电时间为0.31分钟。
2.东京配电网典型接线
东京核心区配电网结构简单，可靠性较高。核心区（东京都）面积约715km2，最高负荷1524万kW。
东京电压等级有：500kV，275kV，154kV，66kV，22kV，6.6kV， 200V/100V。
电压序列为：
500/275/66/22/0.2kV
500/275/66/6.6/0.1kV
500/154/22/6.6/0.1kV
其中154kV电压等级只出现在东京外围圈，22kV则在首都中心区的负荷高密度地区广泛采用。66kV及以下电压等级网络属于配电网。
22kV电缆采用三射网络结构，每一个中压用户的双路电源分别T接自三回路中任意两回不同电缆，其中一路为主供，另一路为热备用。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4 东京22kV电缆三射网结构
6.6kV电缆网接线方式以4分段2并网为主。此系统一路进线，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5分段2并网地下配电系统
6.6kV架空网采用六分段三联络方式，6.6kV电缆网采用站间单环网接线方式，低压电网采用网格化供电模式。配变采用非晶合金变压器和小容量多布点模式，输配电线损率在5%以下。
图6 分段3并网架空配电系统
配电自动化100%全面覆盖，但智能化程度不高。20世纪80年代中期东京就实现了配电自动化全面覆盖。配电自动化方案主要采用分布/集中混合方式，故障定位采取分布式，依靠断路器和开关的配合就地自动完成定位，然后主站采用遥控方式恢复供电。在事故处理及正常检修时，大大缩短了负荷开关的操作时间。
东京1982年供电可靠性率为99.99315%、用户平均停电时间为36分钟。1986年东京电力公司开始采取配网自动化措施，供电可靠率进一步提高。之后随着带电作业的普及，至东京电力公司可靠率为99.999618%、用户平均停电时间为2分钟。
3.巴黎配电网典型接线
巴黎电压等级有：400kV，225kV，20kV，0.4kV。电压等级序列为400/225/20/0.4kV，形成了多方向互联的环状电网结构，取得了卓有成效的成绩。
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1-2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7 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。
图8 巴黎中压配电网的三环网结构
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%，供电可靠率为99.9991%。
二．“钻石型”配电网
所谓“钻石型”配电网，是指目前在上海打造的以10千伏开关站为核心节点、双侧电源供电、配置自愈功能的双环网结构。
该模式由国网上海电力在对标国内外先进配电网的基础上首创，具有显著提升供电可靠性和负荷转供能力，同时兼顾建设改造经济性的特点。“钻石型”配电网因其网络拓扑结构类似钻石造型而得名，并且“钻石”的意象也深度契合未来电网的发展理念：钻石无比的坚强度是电网规划的核心追求，钻石精巧的切割工艺是电网建设的最佳参照，钻石恒远的生命力是电网运营的最终目标。
具体而言，上海的“钻石型”配电网将传统的以环网站（负荷开关）为核心的接线模式变为以开关站（断路器）为核心，并以国网上海电力组织开发的自愈系统取代传统的配电自动化系统，可以实现就地采集信息，远方自动执行自愈策略，从而将故障处理时间由分钟级压缩至秒级。同时，由于采用不同变电站双侧电源供电方式，其负荷转供能力达100%。凭借这种灵活可控的负荷转供性能，“钻石型”配电网可以满足检修方式下“N-1”安全校核，从而有效减少计划检修及施工停电时间，大幅提升城市中心区的供电可靠性。
在国际对标领域，“钻石型”配电网同样具有显著的先进性。相较于东京电网的“点网式”接线方式，“钻石型”配电网不仅供电可靠水平（户均停电时间）相近，并且拥有更强的站间负荷转移及负荷平衡能力。
三. “钻石型”配电网的试行
作为电网规划领域的一项前瞻性探索，上海“钻石型”配电网构想已由蓝图变为现实，并在一系列先行先试中取得成效。
，国网上海电力针对首届进博会供电“六零三确保”的保障目标，结合西虹桥地区架空线入地工程规划建设10座开关站，并同步配置自愈系统，形成4个高可靠性的“小钻石”，推动该区域电网供电可靠性达“5个9”（99.999%）以上，成功保障进博会圆满顺利召开。
“钻石型”配电网在西虹桥地区的成功试点，也为推进泛在电力物联网和坚强智能电网“两网融合”打下了坚实的物理基础。今年，随着泛在电力物联技术的深度推广应用，西虹桥地区“钻石型”配电网的可靠性优势进一步突显，供电可靠性比肩东京、新加坡等国际先进城市，达世界一流水平。
参考文献：
[1] 国内外典型配电网结构及其发展趋势综述[J]. 电器与能效管理技术, (5).
[2] 李昌原. 配电网接线方式的综合评价分析研究[D].
[3] 何超. 城市配网规划与优化的研究思路构架实践[J]. 通信电源技术, , 36(04):258-259.
[4] 张铭泽, 仇成, 秦旷宇, et al. 上海超大型城市配电网安全可靠性提升策略研究 [J]. 供用电, (5):16-21,共6页.
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博观而约取
厚积而薄发
