城市保底电网的设计与构建

引言

为提高城市电网防灾应急保障能力,客观应对城市电网面临的风险,以减少损失、快速恢复供电为基本原则,提出了城市保底电网设计及建设工作。保底电网主要立足于通过电网结构优化和差异化建设,提高电网运行灵活性和转供电能力,提升电网防灾抗灾水平。同时,保底电网建设还应避免大拆大建、避免大范围简单提升规划建设标准,统筹平衡抗灾投入与投资效益。

本文以建设目标导向,综合考虑历史自然灾害对电网的影响,以城市指挥(应急)机构、核心基础设施等用户为保障对象,兼顾地市中心城区和中重冰区的县区级行政区用电保障,自下而上逐一梳理校核,满足极端情况下的保底负荷需求:并以某一地区的中心城区关键联络通道、重要用户快速复电通道为示例,提出了城市保底电网的设计原则与构建建议。

1保底电网相关名词的定义

(1)城市保底电网:是针对台风、低温雨雪凝冻、洪涝内涝等严重自然灾害,以保障城市基本运转、尽量降低社会影响为出发点,以城市指挥(应急)机构、核心基础设施等用户为保障对象,选取城市重要变电站、重要线路和抗灾保障电源进行差异化建设维护,保障城市指挥(应急)机构不停电、核心基础设施可快速复电的最小规模网架。严重自然灾害情况下保底电网可分为多个局部电网独立运行。

(2)城市指挥(应急)机构:包括党政军机关、"三防"指挥部、应急管理办公室、气象台、交通指挥中心、电力调度中心、新闻传播中心等。

(3)核心基础设施:包括通信枢纽、供水设施(水厂、水泵房)、防洪排涝设施、属于重要用户的医疗卫生机构、铁路运输和机场运输枢纽、核电站等。

(4)抗灾保障电源:是指在严重自然灾害、外力破坏等极端情况下,可为城市核心区域提供稳定可靠电力支援的电源,一般具备较强的调节能力以及孤岛或黑启动运行能力。

(5)重要电源送出通道:是指抗灾保障电源和直接送电中心城区的支撑性电源送出通道,纳入保底电网范畴。

2保底电网的设计原则

城市保底电网的总设计原则是针对不同城市的特点和各类严重自然灾害特征[1],结合城市建设发展客观需求、重要负荷供电保障要求,多措并举,优化保底电网防灾保障策略。同时合理控制保底电网建设规模,差异化开展电网建设运维,提高电网抵御自然灾害及快速复电能力,尽量减少灾害损失。积极引导抗灾保障电源、用户自备电源、应急移动电源规划建设,推动形成"大电网联络支撑、抗灾保障电源分层分区自平衡运行、用户自备应急电源兜底、应急移动电源补充"的综合防灾保障体系,提升城市保底电网供电的安全可靠性。

具体原则为:

(1)地级市中心城区保底电网应具备来自两个不同走廊的主网供电电源,以尽可能降低小尺度严重自然灾害影响。单个500kV变电站供电的中心城区,其保底电网还应通过一个联络通道与相邻500kV供电区联络。

(2)纳入保底电网的重要用户,其供电电源应满足单一元件及同塔故障情况下的可靠供电。在此基础上,海南以外的特级重要用户应满足任一500kV及以下变电站失压可快速复电,一级重要用户宜满足任一220kV及以下变电站失压可快速复电,二级重要用户宜满足任一110kV及以下变电站失压可快速恢复。

(3)特级重要电力用户应采用多电源供电,一级重要电力用户至少应采用双电源供电,二级重要电力用户至少应采用双回路供电。

(4)线路路径走廊尽量避开强风区、重冰区、雷电活动特殊强烈地区、地震带、重污秽地区以及微地形、微气象地区,尽量避免多条重要输电、配电线路布置在同一走廊。

(5)35~220kV新建保底电网架空线路应按50年一遇气象重现期设计,存量架空线路应采取部分杆塔重建、铁塔加固、更换导线等措施提升线路防灾抗灾能力,其中冰区架空线路应具备融冰手段。提高保底电网设备防汛能力,新建保底电网变电站不得采用地下站设计方案,站址标高应高于100年一遇洪水位。巩固提升电缆隧道排水系统建设,做好电缆接头等关键设备防水保护。

)6)结合保底电网规划建设,积极推动各级政府优化具有孤岛或黑启动运行能力的抗灾保障电源规划建设,并分层分区接入电网,重要负荷与抗灾保障电源基本平衡的区域(保障电源规模大于重要用户负荷需求,能够满足重要用户的供电),抗灾保障电源应能适应电网解列运行后孤立电网安全供电的需要。推动每个保底电网至少接入一座本地保障电源,并且不少于一座本地保障电源具备黑启动或孤岛运行能力,保障电源规模满足重要用户负荷需求。在严重自然灾害情况下为城市核心区域、重要负荷提供稳定可靠的电力供应。

(7)纳入保底电网保障范围内重要用户配置应急自备电源,装机容量应大于保安负荷需求,所有重要用户应急自备电源配置率达到100%及以上。启动时间、切换方式和持续运行时间的技术性能应满足重要用户保安负荷的特性要求,具备极端状态下安全自保能力。应急自备电源宜采用汽/柴油发电机、不间断电源(UPs)等配置。

(8)对于保底通信网应满足保护、自动化、稳控、调度电话等生产实时控制业务基本通信需求。

3示例分析

按照上述原则,以建设目标为导向,以一、二级重要用户为保障对象,自下而上逐一梳理校核,满足极端情况下的保底负荷供电需求。纵向梳理即针对一、二级重要用户,按向重要用户供电的0.4kV线路一10kV线路一110kV站点一110kV线路一220kV站点一220kV线路一500kV站点的方式自下而上梳理向重要用户的完整供电链路,"由点到面"地形成电网向重要用户供电的辐射型网架。横向整合即在辐射型网架基础上,形成四重综合保障体系。

下面以某一城市核心区保底电网、重要用户的供电路径及复电通道、电源送出通道为例,设计城市保底电网。

3.1城市核心区保底电网即关键联络通道示例

例一:某中心城区主供电源为220kVA变和220kVB变,两座220kV变电站上一级电源分别来自500kVA变、500kVB变,联络通道分别为220kVA变一500kVA变、220kVB变一500kVB变。因此,在将220kVA变、500kVA变、220kVB变、500kVB变及图中所示加粗线路纳入保底电网范围后,满足地级市中心城区坚强局部电网应具备来自两个不同走廊的主网供电电源。城市核心区保底电网即关键联络通道示例如图1所示。

例二:某中心城区主供电源为220kVA变和220kVB变,两座220kV变电站上一级电源来自500kVA变(500kVA变双主变,可靠性较高),属于单个500kV变电站供电的中心城区。因此,选择500kVA变一220kVC变一220kVA变一220kVB变一500kVB变一个联络通道与相邻500kVB变供电区联络。在将500kVA变、220kVA变、220kVB变、220kVC变及图中所示加粗线路纳入保底电网范围后,可保证中心城区保底电网具备来自两个不同走廊的主网供电电源,尽可能降低小尺度严重自然灾害影响。城市核心区保底电网即关键联络通道示例如图2所示。

3.2一级重要用户快速复电通道示例

例三:10kV电压等级供电的某一级用户,满足供电电源单一路径、单一母线故障情况下的可靠供电,即220kVA变一110kVA变一用户、220kVB变一110kVA变一用户、220kVA变一110kVB变一用户、220kVC变一110kVB变一用户:220kVA变失压,用户快速复电通道为220kVB变一110kVA变一用户、220kVC变一110kVB变一用户,满足任一220kV及以下变电站失压可快速复电。同时220kVA变、220kVB变、220kVC变、110kVA变、110kVB变也为城市核心区域主供变电站,相关线路也纳入了城市保底电网范围,如图3粗线所示。

3.3二级重要用户快速复电通道分析思路

例四:35kV电压等级供电的某二级用户,满足双回路供电要求,即220kVA变一某二级用户一110kVB变:若110kVB变失压,某二级用户快速复电通道为220kVA变一35kVC线路,满足任一路电源停电后快速复电要求。二级重要用户快速复电通道示例如图4所示。

3.4电源送出通道分析思路

例五:某中心城区有一座本地保障电源,总装机容量为120Mw,电源类型为水电,为A水电站。220kV重要电源送出通道为A水电站一220kVA变一500kVA变。至2022年8月底,某中心城区重要用户负荷40Mw,本地保障电源120Mw,占重要用户负荷比例为300%,水电考虑枯期系数后,电源保障负荷可以满足要求。电源送出通道示例如图5所示。

4相关建议

(1)建议加强政府、电网、用户的信息联动,及时更新重要用户的相关资料,确保重要电力用户信息的正确性,确保重要用户供电满足要求。

(2)纳入保底电网范畴的本地保障电源,建议完善检查机制,定期核实本地保障电源的启动时间、切换方式、持续运行时间是否达到技术要求,在严重自然灾害情况下快速可靠投入使用。

(3)建议用户自行配置自备应急电源,同时确保具备公用应急移动电源接入的条件,以保证用户保安负荷不停电。

(4)建议具备条件的城市利用水电、抽蓄、燃气发电和电化学储能等电源构建多元化保障格局,避免依赖单一性质电源。

5结语

本文综合考虑历史自然灾害对电网的影响,以城市指挥(应急)机构、核心基础设施等用户为保障对象,兼顾城市中心城区用电保障,提出了城市正常运转的保底电网的设计原则:并通过示例规范了保底电网的设计与构建,为电网规划及综合防灾体系建设提供了参考。