高壓電網(wǎng)的網(wǎng)架結構和配電網(wǎng)接線方式應該是對應的。

網(wǎng)架結構在電力系統(tǒng)設計中，應該屬于比較頂層的設計了，一直缺少系統(tǒng)的梳理，都是憑著經(jīng)驗、思路或者是計算合理，所以值得好好總結下，不過稍微有點偏專業(yè)。

首先特高壓，個人認為，沒有組網(wǎng)的必要，就不寫了，500kV開始。

一、500kV網(wǎng)架結構

500kV電網(wǎng)結構及靈活性

環(huán)型結構和網(wǎng)格型結構為500kV電網(wǎng)普遍采用的結構型式，有其合理性和必然性：

環(huán)型結構：環(huán)網(wǎng)結構的特點是環(huán)網(wǎng)上變電站間相互支援能力強；便于從多個方向受入電力；便于采取解環(huán)或擴大環(huán)網(wǎng)的方式調整結構。

網(wǎng)格型結構：網(wǎng)格型結構的特點是線路短、相互支援能力更強、網(wǎng)架堅固；便于多點受入電力；缺點是短路電流難以控制；難以通過采取解列電網(wǎng)的措施控制事故范圍。

環(huán)型結構在形態(tài)上可分為單環(huán)網(wǎng)、C（U）環(huán)網(wǎng)（半環(huán)網(wǎng)）和雙環(huán)網(wǎng)，分別對應城市電網(wǎng)發(fā)展的不同階段，單環(huán)網(wǎng)和半環(huán)網(wǎng)可以很容易地過渡到雙環(huán)網(wǎng)。

網(wǎng)格結構從形態(tài)上可分為日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡型，由圍繞城市多個中心區(qū)或多個城市的500kV環(huán)網(wǎng)疊加而成。日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡型對應城市擴展的不同階段，過渡方式為雙環(huán)網(wǎng)-日字型-目字型-田字型-網(wǎng)絡型。

二、220kV網(wǎng)架結構

220kV電網(wǎng)，一直是各級電網(wǎng)里面比較值得研究的。因為220kV電網(wǎng)分區(qū)規(guī)劃和運行不僅能夠分解系統(tǒng)，而且對于降低短路電流、控制潮流等方面具有重要現(xiàn)實意義。

一般來講，當最高電壓等級（如500kV）環(huán)網(wǎng)運行且網(wǎng)架堅強，為確保電網(wǎng)結構優(yōu)化，低一電壓等級（如220kV）電網(wǎng)應分區(qū)規(guī)劃和運行，分區(qū)間保持合理聯(lián)絡和支援。此時，城市高壓配電網(wǎng)（如110kV）應采用環(huán)網(wǎng)結構、輻射運行，環(huán)網(wǎng)結構宜優(yōu)先在同一220kV分區(qū)電網(wǎng)內形成，盡量減少不同220kV分區(qū)間的110kV環(huán)網(wǎng)結構。

1）220kV電網(wǎng)分區(qū)原則

分層分區(qū)是指打開電磁環(huán)網(wǎng)，按電網(wǎng)的電壓等級將電網(wǎng)分成若干結構層次，按供電能力劃分出若干包含不同結構層次的供電區(qū)域，在各區(qū)域內根據(jù)電力負荷安排相應的電力供應，形成區(qū)域內電力供需大致平衡。分區(qū)應遵循如下原則：

• 獨立原則：合理的分區(qū)應當盡量使區(qū)內的負荷與裝機基本平衡。

• 聯(lián)絡原則：保持分區(qū)之間保持適度聯(lián)絡。區(qū)與區(qū)之間界面要清晰。

• 可靠原則：電網(wǎng)結構的簡化使得熱備用線路減少可能會導致可靠性降低。

2）220kV電網(wǎng)分區(qū)類型

根據(jù)供區(qū)內500kV變電站個數(shù)和運行方式的不同，220kV電網(wǎng)可分為獨立分區(qū)和互聯(lián)分區(qū)兩種模式。

獨立分區(qū)：以一座500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點，運行時只有一座500kV變電站作為與大網(wǎng)的聯(lián)絡點，一般呈圍繞500kV變電站220kV母線的放射網(wǎng)或自環(huán)網(wǎng)結構。

互聯(lián)分區(qū)：互聯(lián)分區(qū)以兩座及以上500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點。運行時有兩座及以上500kV變電站作為與大網(wǎng)的聯(lián)絡點，一般呈日字形、目字型、田字形或網(wǎng)絡等網(wǎng)格結構。各分區(qū)之間在正常方式下相對獨立, 事故情況相互支援。

3）220kV電網(wǎng)結構模型

• 獨立分區(qū)電網(wǎng)結構

獨立分區(qū)存在一個500kV變電站作為分區(qū)電網(wǎng)的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區(qū)電網(wǎng)的電源支撐。根據(jù)220kV電網(wǎng)分區(qū)的可靠性原則，為保證220kV電網(wǎng)的運行可靠性，獨立分區(qū)內部宜采用環(huán)網(wǎng)運行。

據(jù)此推薦獨立分區(qū)三種電網(wǎng)結構，雙放射結構、雙鏈結構和自環(huán)網(wǎng)結構。

雙放射結構中任一220kV變電站均有兩回線路供電。

雙鏈結構中任一220kV變電站均有四回線路供電。

雙放射結構中任一220kV變電站（不含終端站或電廠連接變電站）均有四回線供電。

網(wǎng)格結構中任一220kV變電站（不含終端站或負荷站）均有四回及以上線路供電。

• 互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)結構

互聯(lián)分區(qū)存在兩個及以上500kV變電站作為分區(qū)電網(wǎng)的電力下載通道，若干220kV地方電廠作為分區(qū)電網(wǎng)的電源支撐。根據(jù)220kV電網(wǎng)分區(qū)的可靠性原則，為保證220kV電網(wǎng)的運行可靠性，互聯(lián)分區(qū)內部宜采用環(huán)網(wǎng)運行。

雙鏈結構中任一220kV變電站均有四回線路供電。

球拍型結構中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

啞鈴型結構中任一220kV變電站均有四回到六回線路供電。

網(wǎng)格結構中任一220kV變電站（不含終端站或負荷站）均有四回及以上線路供電。

4）220kV電網(wǎng)結構過渡過程

三、110kV網(wǎng)架結構

110kV屬于高壓配網(wǎng)，主要是目前適合城市高壓變電站中的配電網(wǎng)絡結構模型，以及各種網(wǎng)絡結構的可靠性、經(jīng)濟性和靈活性。

1）110kV變電站結構

110kV變電站結構的研究對象為變電站主接線形式。常用的形式有：內橋、線路變壓器組、內橋+線變組、單母線分段和單元接線等。

2）110kV電網(wǎng)結構

110kV電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運行的方式，目的是避免與220kV電網(wǎng)形成電磁環(huán)網(wǎng)，從而形成以220kV變電站為獨立電源點的110kV電網(wǎng)。

由于110kV電網(wǎng)網(wǎng)絡接線形式繁多，以下主要根據(jù)變電站最終規(guī)模的不同，結合各種接線模式與主變臺數(shù)、變電站主接線的合理搭配，介紹幾種常用的電網(wǎng)接線形式。

• 兩臺主變模式

• 三臺主變模式

3）110kV電網(wǎng)結構的可靠性

城市電力網(wǎng)的供電安全采用N-1準則。

• 主變N-1負載率

主變N-1負載率是指滿足N-1原則的主變負載率。

• 電網(wǎng)結構N-1分析

4）110kV電網(wǎng)結構的供電能力

在滿足主變N-1原則下，110kV電網(wǎng)結構的供電能力如下。

110kV線路中，一般來說，環(huán)境空氣溫度選擇40℃，110kV架空線路選取鋼芯鋁絞線（LGJ），110kV電纜線路選取交聯(lián)聚乙烯電力電纜（YJV）。

• 電網(wǎng)供電能力

  • 線路供電能力

• 導線選型

• 5）110kV電網(wǎng)結構的過渡方案

  • 兩臺主變模式的網(wǎng)架過渡

  情景一：兩線一變（單電源）→三線兩變→四線兩變→四線三變

  情景二：兩線一變（雙電源）→兩線兩變（雙電源）→四線兩變→四線三變

  

  • 三臺主變模式的網(wǎng)架過渡

  1）鏈式結構網(wǎng)架過渡

  情景一：完全與不完全雙鏈網(wǎng)架的過渡；

  情景二：三鏈網(wǎng)架的過渡。

  

  2）“三T”結構網(wǎng)架過渡

  情景一：六線兩變向六線三變過渡；

  情景二：四線兩變向四線三變過渡。

  3）四線兩變向四線三變過渡

  情景一：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座三臺主變規(guī)模的變電站；

  情景二：四線兩變（模式一）兩座變電站中間新增一座兩臺主變規(guī)模的變電站。

  

  • 組合模式

  組合模式接線方式較為靈活，任何兩個或三個典型接線模式，組合在一起只要能夠滿足可靠性要求即可。組合結構的優(yōu)點是節(jié)約了線路通道，在滿足可靠性的前提下提高了電網(wǎng)建設的經(jīng)濟性，也在一定程度上簡化了典型模式過渡到最終規(guī)模的過渡過程。典型組合模式如下：

  

  模式C-1是由兩線一變與四線兩變組合而成，解決了兩線一變的110kV變電站主變發(fā)展到3臺時的電源問題，就近節(jié)約了一側電源通道，提高了電網(wǎng)建設的經(jīng)濟性。同時可靠性也能滿足要求，其中四線兩變部分能夠滿足線路“N-2”校驗，兩線一變部分能夠滿足線路“N-1”校驗。

  6）110kV電網(wǎng)結構方案應用原則

  

  四、電網(wǎng)電壓序列

  合理的電壓序列事關電網(wǎng)運行的可靠性、經(jīng)濟性和安全性。

  發(fā)達國家城市電網(wǎng)的電壓等級配置一般為4-5級。各國都根據(jù)實際情況選擇了合理的高壓輸電電壓等級，并形成了堅強的輸電網(wǎng)架結構。

  電壓等級縱向關系，之前在電網(wǎng)規(guī)劃里面已經(jīng)總結了一些，這里主要說下20kV電網(wǎng)。

  1）采用20kV對高壓變電站主變容量選擇的影響

  

  可以看出，若變壓器的低壓側電壓不變，僅主變的高壓側電壓提高，當采用相同的阻抗電壓百分比時主變的最大容量提高不大。

  經(jīng)計算受短路電流和阻抗電壓百分比的限制，一般情況下110/10KV 雙繞組變壓器最大容量為50MVA，220/20kV雙繞組變壓器最大容量為120MVA，110/20kV雙繞組變壓器最大容量為100MVA。當采用三繞組變壓器時，容量可適當增加。

  2）采用20kV 對高壓變電站設計的影響

  目前，國內110/10kV 變電所主變容量為31.5MVA、40MVA及50MVA，少數(shù)地區(qū)也在嘗試使用63MVA主變，而目前國產10kV 大電流開關柜最理論上僅能滿足50MVA主變要求，采用63MVA主變需購買國外產品或采取特殊接線及限制運行方式。

  采用20kV 電壓等級后，設備額定電流將降低一半，因此110/20kV 可采用63MVA 甚至90MVA 主變，國內生產廠家經(jīng)過技術改造均能提供相應的開關柜。

  

  隨著城市電網(wǎng)的日益密集，與20kV電壓等級相比較，110/10kV 主變需選用更高的阻抗值以滿足中壓開關柜短路電流限額16kA 標準的要求，這樣做一方面會增加主變電能損耗，另一方面高阻抗變壓器價格要比低阻抗變壓器價格貴許多。

  還有其他有點，比如中壓線路輸送功率增大，中壓間隔和線路通道減少，高壓變電站供電半徑增大，中壓線路功率損耗降低，中壓側短路電流降低一半等等，并不是鼓吹20kV網(wǎng)絡，它也有一些缺點，只是提供一個思路：新建配網(wǎng)區(qū)域，同時預測負荷密度較高，確實比較適合20kV網(wǎng)絡。

  五、中性點接地方式
  
  隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜在我國城市電網(wǎng)中的使用率越來越高，電纜線路的大量應用在提高配電網(wǎng)供電可靠性的同時也帶來了新的問題：電容電流的快速增長給城市電網(wǎng)的安全運行和中性點接地方式的選擇帶來了新的課題。

  城市電網(wǎng)中性點接地方式分為有效接地和非有效接地兩大類。其中，有效接地包括中性點直接接地和中性點經(jīng)低值阻抗接地兩種；而中性點經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻抗接地和中性點不接地都屬于非有效接地方式。

  《Q/GDW 156-2006 城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》中對配網(wǎng)中性點運行方式規(guī)定如下：

  • 20kV、10kV不接地或經(jīng)消弧線圈接地，或經(jīng)小電阻接地。

  • 對于20kV和10kV電壓等級的中性點不接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，若單相接地電流在 10A 以上，宜采用經(jīng)消弧線圈接地方式，宜將接地電流控制在10A以內，并允許單相接地運行2小時。 

  • 對于20kV、10kV 電壓等級的非有效接地系統(tǒng)，當單相接地故障電流達到150A以上的水平時，宜改為小電阻接地系統(tǒng)。

  • 對于35kV、20kV、10 kV電壓等級的中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，20kV，10kV接地電流宜控制在150～500A范圍內，35kV接地電流為1000A，應考慮跳閘停運，并注意與重合閘的配合。

  目前，國內大部分省市和地區(qū)仍采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式；廣州、深圳等供電公司近幾年先后改用經(jīng)小電阻接地。然而對于城市中壓配電網(wǎng)，尤其是實際電網(wǎng)中最常見的電纜架空線混合系統(tǒng)，究竟哪種接地方式更為適用，這一問題在工程界和理論界都存在著分歧。

  配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇是一個綜合性的經(jīng)濟技術問題，既要考慮配電系統(tǒng)設備投資和運行的經(jīng)濟性，又要考慮電網(wǎng)供電可靠性、安全性、過電壓水平、系統(tǒng)絕緣水平、繼電保護及安全自動裝置、對通訊線路的干擾以及系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的技術問題。

  

  對一些城市和地區(qū)電網(wǎng)的10kV系統(tǒng)的中性點經(jīng)電阻接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式進行了了解和總結，具體情況介紹如下。

  1） 華東某市

  華東某市電網(wǎng)對中性點接地方式的選擇有如下規(guī)定：主城區(qū)部分，35 kV、10 kV系統(tǒng)由于電纜出線日益增多，電纜在發(fā)生單相接地故障后，如不及時切除，易擴大事故，因此，新建變電站應采用電阻接地方式。邊緣地區(qū)新建35 kV、10 kV系統(tǒng)宜采用電阻接地方式。郊區(qū)農村地區(qū)35 kV和10 kV架空配電線路宜采用消弧線圈接地方式。

  2） 東北某市

  東北某市按照電容電流在10~200A之間采用消弧線圈接地，大于200A采用小電阻接地。

  在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，電纜仍按不接地系統(tǒng)選擇。

  3） 南方某市

  南方某市郊區(qū)以架空出線為主的變電站，按單臺變壓器變低運行方式,當單相接地電容電流不超過20A時，可以采用不接地系統(tǒng)運行，當超過20A時,采用低電阻接地方式運行；城區(qū)以電纜出線為主的變電站，按全站變低最大運行方式，即考慮10kV母線并列運行時，當單相接地電容電流不超過30A時，可以采用不接地系統(tǒng)運行，當超過30A時，采用低電阻接地方式運行；對不接地運行的變電站，隨著饋線增加、運行方式變化進行單相接地電容電流計算和測量，以確定是否接地運行。

  4） 各單位配電系統(tǒng)運行中的一些情況及意見

  • 華東某市供電局認為在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，另外兩相電壓也會升高，因此，電纜仍應按不接地系統(tǒng)選擇。

  • 南方某市供電局采用中性點經(jīng)電阻接地方式，單相接地電流較大，容易發(fā)生針式瓷瓶爆裂。

  • 南方某市供電局在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，曾發(fā)生過單相接地不跳閘，原因是安裝變電站的零序電流互感器時，沒有將電纜的鎧裝外護套剝掉，一起穿過零序電流互感器。當發(fā)生單相接地時，電纜和鎧裝分流，導致零序保護拒動。

  • 各地區(qū)在改為中性點經(jīng)電阻接地后，沒有發(fā)生過因導線斷落對行人造成傷害，也沒有發(fā)生過因跨步電壓、接觸電壓或反擊造成人員或設備事故。

  • 有些地區(qū)的供電局都認為中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地時，過電壓倍數(shù)過高，可達7-8倍。而中性點經(jīng)電阻(電抗)接地系統(tǒng)過電壓倍數(shù)較低。

  • 華東某市曾發(fā)生過在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，因線路單相接地產生過電壓導致變電站母線故障全站失電事故。華北某市10kV配電系統(tǒng)也發(fā)生過幾起單相接地過電壓事故，均擴大了事故范圍。雖然上述事故的擴大是由于多種因素造成的，但也不能排除中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式的影響。

  6）采用中性點經(jīng)小電阻接地方式，應考慮的問題

  • 單相接地時線路應考慮跳閘，為了保證供電可靠性要求，應考慮負荷轉移問題；

  • 單相接地時的接地電流應限制在對音頻電纜的通信線路干擾的允許范圍之內；

  • 單相接地時的線路的繼電保護應有足夠的靈敏度和選擇性