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[摘 要]在城市的电力系统中，配电系统直接联系着广大用电客户，它的供电可靠性直接影响了人们的正常生产生活用电，因此其规划和设计工作越来越受到人们的重视。为了适应城市的基本供电需求，电缆化供电成为了一种必然的发展趋势。城市电缆配电网规划是对城市电缆配电网建设的指导，它不但要提高城市供电的质量和效率，还要保证用户用电的安全性和经济性。电缆供电凭借其独特的优越性被广泛应用在了各大城市中，并有效的改善了城市的供电环境，优化了城市电网的结构，提高了城市供电的安全性和可靠性。本文主要对城市电缆配电网的优化规划进行了具体的分析，旨在为当前的城市电缆配电网规划工作提供参考。
[关键词]城市电缆；配电网；优化规划
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0326-01
1、我国城市配电网发展中存在的主要问题
1.1 110KV电源不足且中低压配电网容量不足
近年来第三产业迅速发展，人民生活水平的提高，现代化家用电器大量进入家庭，使原来就滞后电源建设的城市电网不适应用电负荷增长迅猛的要求。城网建设近年虽然有了很大发展，仍然存在不少问题。城市城网电源不足、电源可靠性不够，网架脆弱，城市110kV变电站临时过渡T接较多，一旦上级变电站或线路发生故障，会造成全部停电。中低压配电网能力不足，城市内220kV和110kV变电站较少，变电容载比偏低。配电网主干线导线截面偏小，每年度夏迎峰期，各地配电网主设备严重过载，不得不采取高峰限负荷或者拉闸限电措施。
1.2 供电可靠性不高
配电网建设由于线路通道资源有限和变压器布点难度大，虽经多年城网改造，但滞后于高速发展的社会经济，因此线路设备超满栽严重，造成电网网架脆弱，使得供电质量差，故障发生频繁。配电网自动化程度低，切除故障时间慢，恢复供电时间长，供电可靠性不高，大多数城市电网实际10kV供电可靠率仍在99.8%以下。目前国际上发达国家供电可靠率在99.99%以上，平均每年每户停电时间仅十几分钟[1]。
1.3 线损率高
运行维护人员管理水平不够，精细化管理不到位，设备负荷控制不够，许多城网无功补偿补偿仍然不足，调节手段落后，同时感性无功补偿装置也配置不足，无功补偿装置质量也存在一定问题。
1.4电压质量不高
城网电压质量仍然较低，少数城网10kV母线电压合格率停留在86%一90%，多数城网仍存在末端电压偏低和后夜电压偏高问题。主要原因是负荷增长过快、无功补偿不足或缺乏无功调节手段、供电线路过长而负荷过重及配电变压器布点不合理等。另外，烧坏用电设备的事故时有发生。由于谐波污染日趋严重，这也影响了电压波形。
1.5城建规划考虑城网发展不够
市区电力线走廊紧张，扩建困难城市中低压电网与城市建设规划不协调，与邮电、有线广播、交通及各种管道等市政设施缺少统一规划，互相争道，互相制约，市区电力线走廊紧张，扩建困难，交叉拥挤，在老城市表现的尤为严重，结果供电安全事故增多，同时使得电网的扩建很困难。
2、电缆化供电的优点和不足之处
2.1电缆化供电的优点
电缆化供电是城市电网发展的方向。与传统的架空电线供电相比，电缆供电有下列优点：
（1） 可减少外力的破坏。（2）不受自然环境条件的影响。架空线易受暴风、暴雨、雷电、雪灾、冰雹、沙尘暴等自然灾害影响造成断线、短路或其他故障，而电缆线路敷设于地下，除电缆分接箱和户外终端部分外，不受外界恶劣气候环境影响。（3）可以减少人身触电事故。（4）可以节省地面上“架空线走廊”所占的面积。架空线走廊占地面积不小，一般比较平直，而且线路走向通常不能与城市道路方向相符，使城市建筑布局困难。采用电缆输电可以腾出架空走廊面积，而且电缆地下敷设可以转弯躲开建筑物，使市容布局更加合理。（5）有利于提高城网的功率因数。电缆芯线与其外面的接地屏蔽层构成一个电容器。这就相当于每相加进无功补偿电容器，容性无功电流分量将部分补偿线路上感性无功电流分量，使总电流幅值降低。（6）电缆馈电可以直接深入负荷中心。电缆可直接引至负荷密集地区，如繁华商业区、大工业区、高层建筑物等，从而缩小供电半径，减少线损，提高供电系统质量[2]。
2.2电缆化供电的不足之处
电缆供电具有许多优点，但是由于电缆自身的一些固有特点，决定了电缆供电也存在不足之处，主要表现在：
（1） 投资费用较大。这是由于电缆及其附件均为高技术产品，其价格比架空线路加上塔杆的总价还要高一些。（2）配电线路不易变更。电缆线路长期埋于地下，其外护层会受到腐蚀，一般不宜搬动。这就要求电缆敷设前须有长远规划，线路不再更改，必要时利用电缆分接箱留出备用分支接头。（3）故障点的寻测和修复比较困难。
3、城市电缆配电网的规划方案
3.1基于循环最小生成树电缆沟道规划
在配电网架空线网架规划中，通常采用支路交换技术，同时配合传统优化算法，求解实际的大规模配电网规划问题，或采取遗传算法、蚁群算法等随机优化方法，但计算量大且优化时间较长。相关参考文献中提出用最小生成树法来进行配电网架空线的网架规划，将规划区内各个可能路径的建设费用作为各边的权重，在获得初步规划结果后，将建设费用和运行费用之和作为各边的权重，采取动态调整各条边的权值反复迭代的方法，获得总费用最小的优化结果[3]。对于城市电缆配电网，电缆沟道是电缆配电网的整体框架，相较于架空线网架建设，电缆沟道的建设费用远远高于电缆的运行损耗，同时在电缆配电网规划的整体预算费用中也占有相当高的比例。在不同路段建设相同长度的电缆沟道费用也可能相差几倍，要根据具体的地理位置才能确定该路段内电缆沟道的建设费用。因此，本文考虑将电缆沟道路径规划的总建设费用最小作为规划的目标，采用循环最小生成树法规划电缆沟道走径。
3.2基于手拉手供电模式的联合分区
《城市电力网规划设计导则》和《城市中低压配电网改造技术导则》均指出城市中压配电网应根据高压变电所布点、负荷密度和运行管理的需要划分成若干个相对独立的分区配电网。中压配电网中每一线路都应有明确的供电范围（称作“供电分区”），一般不应交错重叠，10kV中压电缆的供电半径不应超过10km[4]。在规划中将配电网分成若干相对独立的分区，使负荷分区分布趋于平衡，这种划分有利于配电网有相对明确、基本稳定的供电范围。传统的配电网分区方法主要是依靠人工经验，根据待规划区域的地理状况以及负荷分布情况，简单地将总负荷人为划分。该法主观影响较大，很多重要因素没有考虑到，从而得不到最优的结果，造成了规划上的偏差。先进的分区方法是将待规划区域按不同层次进行划分，采取两级分区方式。分区的原则是：一级区的划分以大市政道路及河道等天然屏障為分界标志，适当兼顾行政建制。二级区块的划分方法主要有自由分区法、均一网格法和等负荷分区法三种。相关文献中提出用等负荷法配电网优化分区，以街区为最小的负荷块，在选定核心街区的基础上，以各个分区的负荷最均匀为目标，以架空线供电半径的限制为约束条件，通过将若干相邻街区合并和调整实现负荷优化分区。
结语
城市配电网规划是一项长期复杂的工程，规划过程中不仅要考虑到国家的相关供电安全需求，还要和城市规划发展配合好，选取出最经济、最实用的规划方案，以促进我国城市电缆配电网的发展。
参考文献
[1]徐辰婧.配电网精益化规划研究及应用[D].浙江大学，2014.
[2]完善，吴万禄，贺静，韦钢.基于最大供电能力的中压电缆网络优化[J].华东电力，2014，05：906-911.
[3]赵智勇.配电网供电可靠性规划研究[D].华北电力大学，2014.
[4]张丽君.城市配电网规划及其技术评估方法研究[D].华南理工大学，2010.
[关键词]城市电缆；配电网；优化规划
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0326-01
1、我国城市配电网发展中存在的主要问题
1.1 110KV电源不足且中低压配电网容量不足
近年来第三产业迅速发展，人民生活水平的提高，现代化家用电器大量进入家庭，使原来就滞后电源建设的城市电网不适应用电负荷增长迅猛的要求。城网建设近年虽然有了很大发展，仍然存在不少问题。城市城网电源不足、电源可靠性不够，网架脆弱，城市110kV变电站临时过渡T接较多，一旦上级变电站或线路发生故障，会造成全部停电。中低压配电网能力不足，城市内220kV和110kV变电站较少，变电容载比偏低。配电网主干线导线截面偏小，每年度夏迎峰期，各地配电网主设备严重过载，不得不采取高峰限负荷或者拉闸限电措施。
1.2 供电可靠性不高
配电网建设由于线路通道资源有限和变压器布点难度大，虽经多年城网改造，但滞后于高速发展的社会经济，因此线路设备超满栽严重，造成电网网架脆弱，使得供电质量差，故障发生频繁。配电网自动化程度低，切除故障时间慢，恢复供电时间长，供电可靠性不高，大多数城市电网实际10kV供电可靠率仍在99.8%以下。目前国际上发达国家供电可靠率在99.99%以上，平均每年每户停电时间仅十几分钟[1]。
1.3 线损率高
运行维护人员管理水平不够，精细化管理不到位，设备负荷控制不够，许多城网无功补偿补偿仍然不足，调节手段落后，同时感性无功补偿装置也配置不足，无功补偿装置质量也存在一定问题。
1.4电压质量不高
城网电压质量仍然较低，少数城网10kV母线电压合格率停留在86%一90%，多数城网仍存在末端电压偏低和后夜电压偏高问题。主要原因是负荷增长过快、无功补偿不足或缺乏无功调节手段、供电线路过长而负荷过重及配电变压器布点不合理等。另外，烧坏用电设备的事故时有发生。由于谐波污染日趋严重，这也影响了电压波形。
1.5城建规划考虑城网发展不够
市区电力线走廊紧张，扩建困难城市中低压电网与城市建设规划不协调，与邮电、有线广播、交通及各种管道等市政设施缺少统一规划，互相争道，互相制约，市区电力线走廊紧张，扩建困难，交叉拥挤，在老城市表现的尤为严重，结果供电安全事故增多，同时使得电网的扩建很困难。
2、电缆化供电的优点和不足之处
2.1电缆化供电的优点
电缆化供电是城市电网发展的方向。与传统的架空电线供电相比，电缆供电有下列优点：
（1） 可减少外力的破坏。（2）不受自然环境条件的影响。架空线易受暴风、暴雨、雷电、雪灾、冰雹、沙尘暴等自然灾害影响造成断线、短路或其他故障，而电缆线路敷设于地下，除电缆分接箱和户外终端部分外，不受外界恶劣气候环境影响。（3）可以减少人身触电事故。（4）可以节省地面上“架空线走廊”所占的面积。架空线走廊占地面积不小，一般比较平直，而且线路走向通常不能与城市道路方向相符，使城市建筑布局困难。采用电缆输电可以腾出架空走廊面积，而且电缆地下敷设可以转弯躲开建筑物，使市容布局更加合理。（5）有利于提高城网的功率因数。电缆芯线与其外面的接地屏蔽层构成一个电容器。这就相当于每相加进无功补偿电容器，容性无功电流分量将部分补偿线路上感性无功电流分量，使总电流幅值降低。（6）电缆馈电可以直接深入负荷中心。电缆可直接引至负荷密集地区，如繁华商业区、大工业区、高层建筑物等，从而缩小供电半径，减少线损，提高供电系统质量[2]。
2.2电缆化供电的不足之处
电缆供电具有许多优点，但是由于电缆自身的一些固有特点，决定了电缆供电也存在不足之处，主要表现在：
（1） 投资费用较大。这是由于电缆及其附件均为高技术产品，其价格比架空线路加上塔杆的总价还要高一些。（2）配电线路不易变更。电缆线路长期埋于地下，其外护层会受到腐蚀，一般不宜搬动。这就要求电缆敷设前须有长远规划，线路不再更改，必要时利用电缆分接箱留出备用分支接头。（3）故障点的寻测和修复比较困难。
3、城市电缆配电网的规划方案
3.1基于循环最小生成树电缆沟道规划
在配电网架空线网架规划中，通常采用支路交换技术，同时配合传统优化算法，求解实际的大规模配电网规划问题，或采取遗传算法、蚁群算法等随机优化方法，但计算量大且优化时间较长。相关参考文献中提出用最小生成树法来进行配电网架空线的网架规划，将规划区内各个可能路径的建设费用作为各边的权重，在获得初步规划结果后，将建设费用和运行费用之和作为各边的权重，采取动态调整各条边的权值反复迭代的方法，获得总费用最小的优化结果[3]。对于城市电缆配电网，电缆沟道是电缆配电网的整体框架，相较于架空线网架建设，电缆沟道的建设费用远远高于电缆的运行损耗，同时在电缆配电网规划的整体预算费用中也占有相当高的比例。在不同路段建设相同长度的电缆沟道费用也可能相差几倍，要根据具体的地理位置才能确定该路段内电缆沟道的建设费用。因此，本文考虑将电缆沟道路径规划的总建设费用最小作为规划的目标，采用循环最小生成树法规划电缆沟道走径。
3.2基于手拉手供电模式的联合分区
《城市电力网规划设计导则》和《城市中低压配电网改造技术导则》均指出城市中压配电网应根据高压变电所布点、负荷密度和运行管理的需要划分成若干个相对独立的分区配电网。中压配电网中每一线路都应有明确的供电范围（称作“供电分区”），一般不应交错重叠，10kV中压电缆的供电半径不应超过10km[4]。在规划中将配电网分成若干相对独立的分区，使负荷分区分布趋于平衡，这种划分有利于配电网有相对明确、基本稳定的供电范围。传统的配电网分区方法主要是依靠人工经验，根据待规划区域的地理状况以及负荷分布情况，简单地将总负荷人为划分。该法主观影响较大，很多重要因素没有考虑到，从而得不到最优的结果，造成了规划上的偏差。先进的分区方法是将待规划区域按不同层次进行划分，采取两级分区方式。分区的原则是：一级区的划分以大市政道路及河道等天然屏障為分界标志，适当兼顾行政建制。二级区块的划分方法主要有自由分区法、均一网格法和等负荷分区法三种。相关文献中提出用等负荷法配电网优化分区，以街区为最小的负荷块，在选定核心街区的基础上，以各个分区的负荷最均匀为目标，以架空线供电半径的限制为约束条件，通过将若干相邻街区合并和调整实现负荷优化分区。
结语
城市配电网规划是一项长期复杂的工程，规划过程中不仅要考虑到国家的相关供电安全需求，还要和城市规划发展配合好，选取出最经济、最实用的规划方案，以促进我国城市电缆配电网的发展。
参考文献
[1]徐辰婧.配电网精益化规划研究及应用[D].浙江大学，2014.
[2]完善，吴万禄，贺静，韦钢.基于最大供电能力的中压电缆网络优化[J].华东电力，2014，05：906-911.
[3]赵智勇.配电网供电可靠性规划研究[D].华北电力大学，2014.
[4]张丽君.城市配电网规划及其技术评估方法研究[D].华南理工大学，2010.