0 引言
上海位于國家“一帶一路”和長江經濟帶發展戰略的交匯點，有比較完備的金融體系、雄厚的制造業基礎和先進的現代航運設施網絡，按國家城市規模劃分標準屬超大型城市。上海電網是我國規模最大的城市電網之一，也是國內負荷密度最大的受端電網。
城市配電網規劃是一項復雜的系統工程，具有規模大、不確定因素多、涉及領域廣等特點。近年，上海全網負荷增速放緩，但供電安全可靠性要求提升，梳理并解決超大型城市配電網發展面臨的典型問題，提高配電網規劃工作質量成為當務之急。鑒于此，本文根據《城市電網供電安全標準》（DL/T256—2012）等相關技術導則，以滿足電網供電安全可靠性發展要求為目標，在分析原策略不足之處的基礎上提出上海配電網安全可靠性提升的總體策略，探討可靠性標準提升的具體措施和成效。
1 上海超大型城市配電網特點
截至2014年底，上海電網供電面積6341km2，供電人口2450萬人，屬超大型城市。2014年夏季高峰負荷26802MW，全年累計售電量1123.47億kWh，是國內負荷密度最高的地區。
1.1 高壓配電網特點
1）35kV配電網。上海35kV配電網經歷了近60年的發展，從輸電網轉變為配電網，主變壓器容量以20、31.5MVA為主，高壓側多采用線路變壓器組接線。由于35kV線路容量與35kV主變壓器容量基本匹配，接線模式以輻射為主。35kV用戶由220kV變電站、35kV開關站、35kV變電站帶出線及架空“T”接等多種模式供電。典型接線模式見圖1。
圖135kV變電站典型輻射接線
35kV變電站容量小、布點多的特點有利于控制10kV配電網的供電半徑和電能質量，但也造成供電能力無法適應超大型城市高負荷密度的特點；輻射接線簡單可靠但站間負荷轉移能力差；變電站出口通道壓力較小，初期投資相對較少，但為滿足遠景負荷需要，規劃變電站總數偏多，站址落實困難。
2）110kV配電網。110kV電網是近年發展重點，主變壓器容量根據地區差異有40、50、63MVA及80MVA等，容量及臺數根據實際負荷需求合理選用。新建站高壓側采用“一進三出”接線，接線模式根據地區差異，采用鏈式、輻射等。遠景接線按雙側電源三鏈接線模式規劃。110kV用戶采用220kV變電站直供、110kV變電站帶出線供、110kV開關站供電等模式。110kV變電站典型接線模式見圖2。
110kV變電站供電能力強，既有利于提高220kV站點的負載率，亦可減少規劃高壓配電站總數和線路通道總數，但單個站點出口通道壓力大。110kV鏈式接線可實現上級變電站之間負荷快速轉移，但項目初期建設投資較大，短期內經濟效益難以體現。
110、35kV配電網各有特點，由于存量35kV配電網占比較大，應根據上海城市建設、負荷發展、電網供電安全可靠性要求及高壓用戶等情況，因地制宜、互補發展。
1.2中壓配電網特點
1）10kV架空網。上海10kV架空網多采用多分段多聯絡的接線。由于架空網所供地區幾乎為老城區或城郊，冗余度較小、負荷重，桿變負載率較高，電網改造壓力較大。截至2014年，上海中壓主干架空網已消除單輻射接線，但單聯絡比例仍然較高。
2）10kV電纜網。上海10kV電纜網絡主要采用環網形式。由于電纜網絡所供地區基本以新城區或新住宅區為主，與架空網絡相比，冗余度較大、配電變壓器負載率較低，距離網絡的經濟運行還有一定差距。
目前A+、A與B類地區10kV電纜網均以環網為主，C類地區以架空網為主。由于歷史發展原因，架空及電纜網距標準接線均有一定差距。
1.3供電可靠性現狀分析
表1列出了2009～2012年上海電網供電可靠率及戶均停電次數變化情況，數據由上海公司運檢部及下屬各供電公司運檢部提供。
表12009～2012年上海電網供電可靠性統計
由表1可見上海電網供電可靠性逐年提高，但用戶平均停電次數逐年上升，主要原因是用戶計劃停電次數的大幅上升。統計表明，上海電網供電可靠率處于國內一流水平，但與新家坡、日本、法國等國際先進水平相比尚有差距。
用戶停電按責任原因可分為計劃停電和故障停電。表2列出了2009～2012年，用戶計劃停電及故障停電的總次數、總時戶數及占比情況。可見，上海電網計劃停電是停電的主導因素。
表22009～2012年上海電網停電次數及時戶數統計
此外，2009～2012年停電原因統計表明，影響上海電網供電可靠性的最主要因素是工程計劃停電（56.84%）、檢修計劃停電（14.12%）、10kV配電網設施故障停電（12.54%）、用戶申請計劃停電（8.06%）、10kV及以上輸變電設施故障停電（4.95%）等。2012年以來，隨著配電網網架不斷完善，工程計劃和檢修計劃停電時間有所減少。
2超大型城市配電網發展面臨的問題
2.1滿足負荷增長需求下的高可靠性要求
1）降壓容量需求遞增。上海2015年夏季高峰負荷29820MW，創歷史新高，局部地區變電站重載現象明顯。預計上海電網“十三五”期間負荷仍將保持增長，因此需加大110kV變電站布點，同時提高10kV網絡負荷轉移能力，以滿足降壓容量需求并提高抵御事故能力。
2）供電可靠性要求大幅提升。根據新一輪城市總體規劃，2040年上海將打造成為比肩紐約、倫敦、東京的“全球城市”，城市安全運營對供電安全可靠性要求大幅提高，且不同區域供電可靠性要求應差異化區分。外環以內中心城區、區縣政府所在地及迪士尼、自貿區、臨港等重點發展區域考慮在滿足正常方式N-1標準的前提下，按滿足春秋季檢修方式N-1進行規劃設計。
2.2中壓配電網站間聯絡能力不足且出線負載率偏低
1）站間聯絡能力不足。中壓配電網雖已消除單輻射，但目前站間聯絡率56.7%，偏低的站間聯絡率已經影響到全網的供電可靠性，特別是故障情況下的負荷轉移能力，且會影響未來配電自動化系統的應用效果。
2）出線負載率偏低。10kV間隔利用率高，已使用間隔數達到總間隔的89.7%，且普遍存在并倉現象，但由于變電站直送用戶線路多而裝接小，導致10kV出線負載率偏低，線路最大負載率的平均值僅為26.1%。過高的間隔使用率和偏低的出線負載率既降低了電網的經濟性，也不利于110kV主變壓器的容量釋放。
2.3線路切改與負荷轉移
目前上海存在新建110kV變電站與原有的35kV變電站負荷分布不均的問題。35kV電網規模龐大，發展成熟，變電站利用率較高，但重載現象也較多。110kV電網則是近年發展重點，但投運初期負載率不高。由于線路切改工作量大，通道情況復雜，需進一步將負荷從35kV電網轉移至110kV電網，提升110kV電網利用率，降低35kV電網的供電壓力。
2.4外部建設條件日益趨緊
上海地區由于資源稀缺、市民環保意識強，變配電設施落地困難。而開發商多要求變電設施采用地下布置、線路均采用電纜出線，同時政府部門也劃定了大面積的架空線入地范圍。近年，由于地下管網資源大量消耗，通道建設更是成為了中心城區電網建設的瓶頸。上述問題均極大地增加了電網企業投資成本，多個項目因為站址及通道問題受阻。
3上海配電網安全可靠性提升總體策略
3.1原技術原則需進一步提升
1）城市定位升級，供電可靠性要求與國際一流水平仍有差距。
上海定位于具有全球資源配置能力、較強國際競爭力和影響力的全球城市。而上海電網的供電可靠性雖然在國內暫時領先，但距離國際一流水平仍有較大差距。隨著城市的不斷發展進步，上海電網對安全可靠供電的要求還將日益提高。因此，有必要充分借鑒國內外先進經驗，提升上海電網的安全可靠性建設標準。
2）中心城區負荷密度大、重要用戶聚集，可靠性要求更為特殊。中心城區負荷密度大、重要用戶聚集，一旦停電影響十分惡劣。原技術導則未提出檢修方式N-1不失負荷的要求，對于不同區域也沒有提出差異化標準。根據國外先進城市地區配電網規劃成果，針對不同區域實施差異化的標準是電網成熟發展的必然趨勢，中心城區應實施更高的安全可靠性標準。
3）原標準不具備承受計劃檢修方式N-1等嚴重故障的能力。
原技術導則根據不同區域的供電可靠性要求對變電站的上級電源的方向、通道選擇及接線方式等提出了差異化要求。但按照原技術標準建設，中心城區電網很難承受檢修方式N-1等嚴重故障。
3.2上海超大型城市配電網安全可靠性提升總體策略
基于發展現狀分析及超大型城市配電網可靠性要求，提出上海配電網安全可靠性提升總體策略如下：
充分利用110kV和35kV各自優勢，因地制宜，互補發展。積極發展110kV公共電網，以雙側電源鏈式結構為目標網架，近期結合地區重要程度，合理選擇輻射、單鏈、雙鏈等電網接線方式；初期電網接線宜達到雙側電源，確有困難時應保證下級電網一定的轉供能力。因地制宜，建設35kV公共電網，對于負荷接近飽和、供電能力嚴重不足、供電可靠性要求較高的中心城區，可以擴建、增容35kV變電站；對于遠景城市規劃負荷密度低、且無110kV電源點的地區，可考慮新建35kV變電站；同時加大35kV配電網升級改造力度。
10kV電纜網以開關站為核心節點，形成單環網、雙環網接線結構。除少量負荷較高的直供用戶、電纜環網及規定應由變電站直供的重要用戶外，變電站10kV電纜出線采用供開關站后轉供環網站、用戶的接線模式，同時根據不同區域可靠性要求采用中心開關站供終端開關站或中心開關站站間的鏈式接線模式，最大程度釋放110kV大容量主變壓器供電能力。10kV架空網架應形成環網布置開環運行的架空配電網，按多分段三聯絡接線模式規劃建設，宜分3個供電單元，每個供電單元宜由3個及以下分段組成，每段接入節點數根據不同分區控制在6個或9個以下，電源由變電站直供。
4 配電網安全可靠性標準提升措施
4.1可靠性標準應用現狀
1）國內強制性標準。主網和配電網的考核標準主要以N-1標準為主，其中，主網除需滿足N-1標準外，還需滿足檢修方式N-1標準；新頒布的《城市電網供電安全標準》（DL/T256—2012）根據不同的負荷組大小對檢修方式N-1后的恢復時間和恢復容量作了規定，但對小于600MW的負荷組（對應配電網）基本不作檢修方式N-1后快速恢復供電的要求。
2）國內先進省市地方標準。北京電網的標準相對較高，A+、A類地區要求檢修方式N-1停運不損失負荷。浙江電網A+、A類地區、廣東電網A+、A、B類地區的高壓配電網在達到目標網架后需滿足檢修方式N-1。蘇州電網對于大于100MW的負荷組檢修方式N-1后提出了即刻恢復30%負荷的要求。
3）國外先進城市和地區標準。倫敦對于大于300MW的負荷組，檢修方式N-1故障后立即恢復2/3負荷；北美東北部和西部電網要求檢修方式N-1故障后不影響整個系統安全穩定，但局部網絡允許計劃斷電或采取負荷控制措施，失穩或過載均不會危及整個系統安全穩定的子系統，無需滿足該準則。
4.2提升可靠性標準的具體措施
1）提升檢修方式N-1標準。立足于打造高可靠性的國際一流城市電網，同時考慮重要地區對電網安全可靠供電的特殊要求，明確提出檢修方式N-1標準：35kV及以上變電站的主變壓器、進線，應按滿足正常方式N-1標準規劃設計，外環以內中心城區、區縣政府所在地及重要地區（如迪士尼、自貿區、臨港等）電網，應按春秋季檢修方式N-1不失負荷進行規劃設計。春秋季計劃檢修負荷水平，按照最高負荷的70%進行控制。過渡階段應根據不同電壓等級負荷組的大小和故障的影響程度，分階段逐步滿足檢修方式N-1不失負荷。
2）提升變電站雙側電源標準。雙側電源是指電源直接來自兩個變電站或電廠，并能追溯至不同的上級電源（變電站或電廠）的供電方式，僅有兩路電源線的不采用同桿雙回線路供電。雙側電源是實現檢修方式N-1標準的重要手段。上海地區35kV及以上變電站最終均應達到雙側電源標準，過渡階段在外環以內中心城區、區縣政府所在地及重要地區應根據不同電壓等級負荷組的大小和故障的影響程度，分階段逐步滿足檢修方式N-1不失負荷。新建變電站初期宜達到雙側電源標準。如因上級電源點建設滯后或通道落實受阻等原因，初期無法達到雙側電源標準的，應明確提出雙側電源完善時間和下級電網不少于50%負荷的轉供能力控制目標。
3）明確高壓配電網目標網架結構。為實現供電可靠性要求，各區域110kV遠景接線均按110kV雙側三鏈實施，35kV網絡遠景接線均按雙側電源實施，近期可根據地區重要程度，合理選擇輻射、單鏈、雙鏈等電網接線方式。同時根據不同供電區域差異化要求，A+、A類區域初期宜按較高標準實施，B、C類供電區域初期可按次高標準實施。新建項目嚴格按照標準網絡接線模式實施，而原有不滿足標準的現狀接線宜結合基建、業擴等項目創造條件逐步向標準接線優化，高可靠性區域優先改造優化。
4）新增鏈式接線“自愈”系統。通常，鏈式接線下的110kV線路故障時，故障線路所供110kV主變壓器失電，變電站通過10kV母線自切轉移負荷。為恢復正常運行，調度人員根據故障情況安排運行方式，運行人員至現場進行控制，恢復時間為小時級。而通過自愈系統子站采集信息至主站，主站通過協同控制策略決策并下發執行指令，恢復時間縮短至自動控制的秒級，大大縮短了故障情況下恢復正常運行方式供電的時間，提升了供電可靠性和電網運行效率。2015年4月3日，松江公司陳春B串自愈系統動作，2s即恢復故障變電站供電。綜合此類使用情況表明，該系統穩定可靠，效果良好。
5）優化中壓配電網結構。
中壓配電網建設是提高供電可靠性的重點，中壓配電網的優化是釋放110kV主變壓器供電能力、提高10kV電網轉供能力的核心手段。上海10kV電纜網的建設以開關站為核心節點，形成單環網、雙環網接線結構。除少量負荷較高的直供用戶、電纜環網及規定應由變電站直供的重要用戶外，變電站10kV電纜出線采用圖3所示的出線供開關站后轉供環網站、用戶的接線模式，最大程度釋放110kV主變壓器供電能力。10kV架空網架應形成環網布置開環運行的架空配電網，按多分段三聯絡接線模式規劃建設，電源由變電站直供。
圖310kV電纜網出線典型供電模式
4.3 標準提升對投資影響
根據上述配電網安全可靠性標準提升要求和措施，上海配電網規劃編制中分類安排了雙側電源改造、鏈接網絡建設、110kV自愈系統建設、加強分區聯絡、增加互饋線等多類項目提升供電安全水平。至2020年，上海電網擬實施70余項110kV電網可靠性提升工程、30余項35kV電網可靠性提升工程，其中用于可靠性提升的工程投資超過50億元，約占35～110kV電網基建投資的17.5%。分電壓等級來看，110、35kV電網基建投資中，可靠性提升工程投資分別約52.0億元和3.8億元，占比分別為17.9%和13.4%。
5 結語
本文根據上海超大型城市配電網發展面臨的實際需求，首先對上海配電網現狀進行了簡述，對高中壓配電網的運行特點和不足進行了分析。圍繞超大型城市配電網發展面臨的典型問題，從建設國際一流電網的要求出發提出并論述了上海配電網供電安全可靠性提升總體策略和主要措施。這些措施的應用將有效提升上海超大型城市配電網的供電可靠性，為建設與“全球城市”相匹配的城市電網提供理論指導和實踐依據，同時也為國內其他大型城市的配電網規劃建設提供一定參考。
下一步，上海電網將以現有規劃原則為基礎，充分考慮分布式電源、電動汽車等多元化負荷的大量接入，結合主動配電網技術進一步探索適合上海超大型城市配電網發展的優化思路和措施。 來源:供用電雜志
