[科普中国]-城市电网规划

介绍

城市电网规划是主要研究由220 kV及以下各级电压配电网组成的城市电力网(以下简称城网)发展和改造的总体计划。其任务是根据城市发展规划研究城市负荷增长的规律，改造和加强现有城网的结构，逐步解决薄弱环节，扩大供电能力，满足用电需要，实现设备和设施的标准化，提高供电质量和安全可靠性，建立与社会发展、环境保护协调一致的技术经济合理的城网。1

规划范围包括城市的全部地区，但以市区电力网规划为主要组成部分。计算城网负荷所用的供电面积，原则上不包括大片农田、山区、水域、荒地等。一个城网可根据城市中心区的布局、地理条件、负荷分布和输配电电压等级，划分为几个分区电力网。市区以外负荷集中的工业区和城镇可分别建设分区性电力网。

规划年限应与城市总体规划的年限一致。一般分为近期(5年)、中期(10年)、长期(15年以上)三个阶段。近期规划着重解决当前城网存在的主要问题，逐步满足负荷需要，提高供电质量和可靠性，是编制年度计划项目的依据。中期规划着重将城网结构及设施有步骤地过渡到规划目标，并对大型项目进行可行性研究，做好前期工作。长期规划主要考虑城网的长期发展，研究确定电源布局和规划网络，使之满足远期预测负荷水平。

规划编制由于城网既是电力系统的主要负荷中心，又是城市现代化建设的重要基础设施，为此城网规划的编制应以当地供电企业为主与城市规划部门共同编制，并纳入相应的城市规划和电力系统规划。编制工作首先要做好负荷预测，并经过技术经济比较，确定各规划期的目标、电力网技术原则和设施的标准化。为了使近期规划项目能符合规划的目标方向，中期规划能逐步过渡到规划目标，长期规划又具有现实的目标内容，编制可按以下三个步骤进行：第一步是建立长期电力网的初步布局，作为编制分期规划的发展目标;第二步根据预测的负荷和现有的电力网结构，经过分析计算，逐步编制近期的分年规划和中期规划;第三步以中期规划期末的电力网规模和预测的长期负荷水平，经过分析计算，编制长期规划。由于长期规划内容是近、中期规划的积累和发展，受各种具体因素的影响，必将对原定的初步布局有所调整和修改。

在城网规划的编制上由于元件节点较多、数据量大，而且受城市建设和用户方面的影响需要经常更新数据，世界上很多大城市已采用计算机辅助规划(computer aided planning，CAP)，可以进行大量的精确计算并节省时间。开发的程序已全面包括负荷预测、变电所定位、线路定路径、网络分析计算、可靠性校核、经济评估等方面。然而计算机辅助规划设计的成功应用需要建立强大的城网数据库(包括图形系统)，有赖于信息系统的支持。(见计算机辅助城市电力网规划)

城网电压等级中国确定城网由220 kV的送电网，110、63、35 kV的高压配电网，10 (20) kV的中压配电网，380/220 V的低压配电网组成。城网电压等级和最高一级电压的选择，要根据电力网现有的实际情况和远景发展慎重研究确定。现有非标准电压应限制发展，合理利用，分批改造。除在城网的改造过渡期间外，一个地区同一电压等级的相位排列和相序应相同。

城网结构城网结构是规划的主体，基本要求是达到供电的连续可靠、合格的电能质量和运行的经济性。结构上的点线布局形式很多，规划中应通过多方案比较确定，选择的原则一般如下：①各级电压电力网的接线应标准化；②高压电力网的接线应力求简化；③220 kV高压变电所应深入负荷中心；④满足供电可靠性的要求，用N-1准则及故障时允许对用户停电的目标时间来校核配电网结构的支持能力和元件的配置容量(见中国城市电网可靠性规定)。

无功补偿城网的无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置，可采用分散和集中补偿相结合的方式。接近用户端的分散补偿可取得较好的经济效益，集中安装在变电所内有利于控制电压水平。无功补偿设施应便于投切，装设在变电所和用户处的电容器应能自动投切

负荷预测和分析负荷预测是城网规划的基础，要有一定的准确性，应在经常调查分析的基础上，收集城市建设和各行各业发展的信息，充分研究本地区用电量和负荷的历史数据及发展趋势，采用符合实际规律的数学方法进行测算，并适当参考各国同类型地区的资料进行校核。负荷预测数据按规划的目标年限分为近、中、远各期，由于影响负荷变化的因素太多，预测数据也可用高低两个幅值。为使城网结构的规划设计更为合理，负荷预测还应按用电性质分类，按地理区域功能分区，并按电压等级分层等几方面分别进行。在中低压配电网规划中，还要做好负荷分布预测，即将分区的预测负荷分解落实到地块中，以利电网的布局。负荷测算的方法很多，中国各城市常用的几种实用方法是：综合水平法、外推法、单耗法、弹性系数法、负荷密度法等，并将其结果相互校核。目前，国内外对模糊理论、灰色理论、神经网络等不确定数学模型已有新的发展，宜尽量探索采用。由于城网预测所需数据量多，分析工作量大，因此宜用计算机进行。

城网供电设备的选择城网供电设备的选择应坚持技术进步、安全可靠、节约能源和节约用地的原则，适应城市建设的特点，与市容环境协调，提高城市电网安全运行水平，增强抗拒自然灾害的能力，重视环境保护，电磁环境应符合标准等。为了简化设计施工，方便运行维护，城网供电设施应逐步实现标准化。如变电所的主变压器台数、容量，架空线或电缆的导线截面都应统一规定，减少规格，并按长期规划考虑实施。又如变电所宜采用占地较少的布置及选用相应的设备，市中心区多采用全屋内型布置并考虑与其他建筑物综合建设或建地下变电所。应选用小型化、无油化、性能质量好、可靠性高、免维修或少维护的设备。城区变电所优先选用高压SF6全封闭组合电器。积极推广应用节能型输配电设备，淘汰高耗能设备。

城市电网规划的目的及意义城市电网规划的好坏能够在一定程度上体现这个城市整体的规划情况，对电网进行规划是为了满足广大城市民众对电力的需求。要想使一个城市的电力系统符合国家规定标准，就必须从城市电网的编制做起，做到一切从实际出发，在深入研究分析该城市电网情况的基础上，提出科学合理的电网规划方案。城市电网规划的意义主要体现在以下几方面:

(1)对电网进行规划后，配电系统能够得到优化，这是提高系统效益的有效途径，它不仅能够降低电力系统的电量损耗，而且能够提高电网的运行效率。

(2)电网的规划能够优化配电系统的结构，这将极大地提高电力系统供电的可靠性。

(3)科学合理的电网规划能够起到确定变电站容量以及供电范围的作用，这两者的确定不仅有利于电力系统的运行及管理，而且在很大程度上提高了电力系统的管理及运行效率。2

城市电网规划的内容城市电网规划的内容包括以下几个方面：

(1)在对城市电网进行规划之前，要对目前城市电网进行分析，清楚地掌握即将要进行规划的区域内电网的布置情况，如需要的电量总数、负载情况、负载的分布情况等；

(2)制定即将要进行电网规划的区域的各级规划目标，确定电网规划的结构，并应用标准化的供电设施；

(3)保持电力平衡，并提出对城市电网电源点的布置要求；

(4)根据城市的实际情况，选择城市供电系统变电所的建设位置，确定供电线路的铺设路径，明确工程建设的工期；

(5)明确城市电网的建设与改造工程对自动化等方面的要求；

(6)编写城市电网规划说明书，绘制城市电网规划图纸。

城市电网规划中存在的不足及对策(1)城市电网的规划中缺少基础数据。对城市电网的规划是以基础数据作为依据的。但是现阶段城市电网中的基础数据变化速度较快．而且新数据不能被及时统计，致使在使用时容易出现偏差，运用基础数据进行计算的结果准确程度相对降低。

(2)由于目前城市电网的覆盖范围相对较为广泛，对建设变电站地理位置的确定通常依靠施工人员的经验，而没有确切的标准，因此在电网线路布置以及配电设备的安置等问题上往往会出现疏漏。

(3)城市发展方向的未知性。一般来说，城市的规划是由政府相关部门负责的，其会编写相关的指导性文件对城市的规划进行一定程度的约束，例如城市发展方向以及征用土地的用途，这类指导性文件也是城市电网建设的依据。然而在城市建设过程中，并不是所有的项目都能严格按照城市规划文件执行，致使在城市的发展过程中出现不确定性的因素，进而使得在城市电网的建设不能根据计划制定合理的目标，给电网规划带来了一定的困难。

(4)城市电网的规划工作与城市建设中其他工作不能同步进行。现阶段，城市建设过程中各个项目通常都是独立进行的，相互之间缺少必要的沟通，使得城市电网规划与城市建设过程中其他规划工作不能同步进行，与社会的发展出现脱节现象。在城市建设的过程中，对电网线路以及变电站没有预留出所需要的空间．影响城市电网规划的进度。

(5)受到传统观念的影响，电力部门对城市电网的规划工作重视程度不够，传统的规划理念已经不能满足现今城市电网规划的需要。同时，在规划方案中电力部门对于电压等级的顺序以及投资回报比例没有给予足够的重视。

(6)现今，通常将城市电网规划的管理工作分成3个等级，分别由3个不同级别的部门进行管理。虽然这种管理模式能够对城市电网的管理起到一定的积极作用，但是同样会导致各个管理部门之间无法进行良好的沟通，从而严重制约了城市电网向着最优的方向发展。

针对现今城市电网规划中存在的问题，笔者结合自身的实践经验，提出如下几点改进措施：

(1)合理有效的城市电网规划需要建立在完善的前期准备工作之上。所谓前期工作，包括整理各个地域电力负荷的情况、该城市的经济情况、电能输出线路的布置以及变电所的建设位置等。为了合理完成城市电网的规划工作，必须对前期资料的收集整理给予足够重视，其中包括每年发电总量、该城市最大电力负荷等，从而为城市电网规划提供有力的依据。

(2)电力系统的发展受到多方面因素的影响，其中包括该城市社会经济的发展情况、城市重点产业的变化情况等，加之现今各个城市都对招商引资非常重视，城市中的工业园区相继建成，导致电能消耗量大幅增加，使得电力部门对电能负荷的预测值与实际的电能负荷值之间有较大的差异。所以，城市的电力部门应加强与政府相关部门的交流，对重大建设项目要进行及时充分的了解，根据一年之内收集的城市各个地区电力负荷数据情况，运用先进的科学技术手段进行分析处理，得出较为准确的预测结果。

(3)城市电网的规划不能独立进行，要同城市的发展规划相联系，并处理好两者之间的关系。城市电网规划要实现在城市当中合理布置，在经济、技术层面合理发展，而城市的整体规划则是为了城市能够实现经济的迅速发展，因此，应对城市中各个建筑进行合理的布置，强化对规划的管理。城市电网规划以及城市整体规划有着相类似的规划对象，因此要在两者之间建立良好的关系，从规划说明书的编制阶段就开始两者之间的协调，从根本上防止出现两者相互制约的现象。

(4)城市电网的规划归根究底是由相关人员完成的，因此要想使其具有科学合理的性质，就要求参与规划的人员要清楚地掌握现阶段以及过去城市各地区的负荷情况，还要对现在以及过去电能用户的相关数据进行整理分析。但是如果仅仅采用人工方式．就会导致人力、物力的大量浪费，且工作效率相对较低。因此，建立城市电网规划的计算机软件系统具有极强的现实意义。

(5)在城市变电站建立位置的选择上，要充分考虑城市的实际情况，以有效地防止出现大面积停电的现象。同时要加大城市电网规划重要性的宣传力度，增强人们对电力设备的认识，使得城市居民能够积极配合城市电网规划以及建设工作。3