荆州供区不同负荷密度等级电网建设理论研究

周斌 周伟民

摘 要：在进行不同负荷密度等级前确定区域面积，根据此区域面积、变电站系统参数、线路参数等进行假设，再根据相关理论计算得出电网不同电压等级的建设方案。

关键词：负荷密度；电压等级；片区面积；建设方案

一、基本假设

1）假定负荷为均匀分布。在负荷均匀分布的前提下，同理可推算出同等级（110kV或35kV）变电站及上级电源也应为均匀分布，因此在需求模型计算中变电站座数为小数，保留两位，对高、中压网架规模计算也按此座数进行计算。

2）区域面积及片区的划分。调研荆州供区所需县级面积，采用均数取整的方式，确定区域基准面积为300km2，考虑部分片区密度较低确定片区面积上限500km2。为突出对比效果，增加面积为150km2、100km2和50km2为三个面积类型进行参数设定。

3）满足供电半径需求的变电站供电面积计算。根据实际情况，一般变电站的供电范围受行政区划、河流、道路等因素影响，多为不规则多边形，为便于计算，在本研究中假定为正方形，其中正方形对角线的长度为中压线路供电半径的2倍。

根据《配电网规划设计技术导则》，中低压配电网线路的供电半径指从变电站（配电变压器）二次侧出线到其供电的最远负荷点之间的线路长度。线路供电半径应满足末端电压质量的要求。正常负荷下，10kV线路供电半径C类不宜超过5km；D类不宜超过15km。

将此标准作为单回线路的供电长度，应用公式3-2（L=rq），考虑曲折系数1.6，得到大小两个正方形边长分别为13.26km、4.42km。从而计算出两个正方形的面积分别为175.8km2、19.5km2。

当负荷密度较高时，应按C类供电半径要求计算（线路供电半径应控制在3-5km），计算后已确定不适宜采用35kV电网供电，本研究不列举电网规模。

二、计算步骤

模型计算的过程如下：

根据区域面积、负荷密度，计算区域负荷。

考虑远景容载比取下限1.8，110kV容量按2*50MVA、35kV容量按2*10MVA，计算变电站需求座数。

利用供电半径需求计算变电站座数，即将区域面积用每座变电站面积进行变电站摆放，得到符合供电半径要求的变电站座数。当变电站需求座数超过供电半径对应座数时，方案将被舍弃。

根据片区面积估算一回高压线路长度，利用公式得到高压线路规模。

根据片区面积估算一回中压线路长度，每座变电站按18回线路计算，利用公式计算得到中压线路规模。

对可采用35kV电压等级供电片区进行经济比较，以投资总额小为优选方案作为论证结论。

三、不同负荷密度等级电网建设

（1）片区面积为300、500km2时，从经济上看110kV建设方案更优，因此不推荐采用35kV建设方案。

（2）片区面积为150km2，且负荷密度为0.1MW/km2时，110kV建设方案与35kV建设方案经济数值接近，但从片区长远发展角度，不推荐采用35kV建设方案。

（3）片区面积为100km2以内，且负荷密度在0.2MW/km2以下时宜采用35kV建设方案。

（4）片区面积为50km2以内，且负荷密度在0.4MW/km2以下时宜采用35kV建设方案。

利用上述两个上限节点对35kV建设方案的适宜区域进行曲线拟合，得到如下图形。

f（x） = p1*x + p2，其中p1 = -0.004，p2 =0.6， SSE： 1.233e-032，R-square： 1，说明曲线拟合度很高。

由于f（x）只有大于0才有意义，计算当f（x）=0时，x=150km2，即细化片区的面积需要控制在150km2以内，当x=0时，f（x）=0.6MW/km2。利用公式f（x） = -0.004*x + 0.6，可以算出35kV电网建设方案应用区域。

当片区可采用35kV和110kV方案时，从经济计算角度看，110kV电网建设方案经济性更优，因此优先选取110kV等级电网作为推荐方案。但所选方案应满足电压质量要求（進行电压质量测算），尤其是现状已存在成片低电压问题区域。

四、小结

根据片区负荷数据，电网建设方案结论如下：

片区面积需控制在500km2以内，确定是否满足片区划分要求，不满足时应重新划分。

片区面积大于150km2且小于500km2，且负荷密度大于0.1MW/km2时；片区面积小于150 km2且负荷密度大于0.6MW/km2时，推荐采用110kV电网建设方案。方案规划后以电压质量验证作为敏感性分析。

若各变电站电压质量均满足要求，采用110kV电网建设方案；

若存在变电站电压质量不满足要求，则应在此变电站周边区域建设35kV变电站，并测算其周边电源站（110kV变电站或220kV变电站）容量是否满足需求，若不满足，则需要新建110kV变电站。

片区面积小于150km2，且负荷密度小于0.6MW/km2时，在公式曲线f（x） = -0.004*x + 0.6下部的区域推荐采用35kV等级电网供电，110kV变电站或220kV变电站作为区域（非单独片区）上级电源进行规划；其他区域采用110kV建设方案。

根据上述结论在片区面积较大时无法针对性制定出具体电压等级方案，考虑以现状变电站供电区域为范围，形成一座或几座变电站供区为一个小片区，将其面积控制在150km2以内。针对小片区负荷密度水平，确定采用的电压等级。当无法将小片区（单座变电站供电范围）面积降到150km2以下，且负荷密度小于0.1MW/km2时，推荐采用35kV电网建设方案，若负荷密度大于0.1MW/km2时，推荐采用110kV电网建设方案。