法国配电网及其规划管理浅析

2013-08-09崔凯李敬如赵娟

电力建设 2013年8期

崔凯，李敬如，赵娟

(国网北京经济技术研究院，北京市 100052)

0 引言

法国是世界主要发达国家之一，国内生产总值居世界前列，人均GDP超过4万美元［1］。自2000年7月开始，法国实施电力工业改革，目前已实现厂网分开、输配分开和配售分开，输电和配电实行监管，发电和售电开放竞争［2-3］。

法国配电网主要由法国配电公司(ERDF)负责运营。此外，全国还有157个小型地方配电公司。ERDF与法国输电公司(RTE)同为法国电力集团(EDF)的全资子公司，二者经营范围以50 kV电压等级为界。50 kV以上属于 RTE，包括400、225、90、63 kV;50 kV 以下属于ERDF，包括20 kV(中压)、400/230 V(低压)以及正在淘汰的15 kV。在人口密度较低地区，配电网依靠63 kV供电;在人口密度较高地区，225 kV电网尽量靠近负荷中心，直接通过225/20 kV输出中压［4］。

截止2011年底［5］，ERDF共有各类变电站2200座、变压器4500台，其中225/20 kV变压器400台;20 kV线路59.3万km，其中架空线占62%，地下电缆占38%;20 kV电缆线路开关84.6万个，其中遥控开关6.6万个;20 kV架空线路开关17.7万个，其中遥控开关1.8万个;20 kV配变72.7万台，其中柱上变34.5万台;400 V线路66.4万km，其中地下电缆占35%、架空绝缘线占48%、裸导线占17%。

1 配电网规划管理模式

ERDF组织架构分为3级，包括总部、8个大区(IRD)和23个地方单位(DR)。每个大区管辖2～3个地方单位。大区下设电力研究院，全国共有22个。每个地方单位下设1～2个调度中心(RCA)、3～5个运行机构(OA)和1个事故应急中心(RCC)。ERDF组织架构详细情况如图1所示。

ERDF配电网规划采取“两级管理、三级参与”的工作模式，各层级职责分工如下:

(1)总部层面负责把握配电网规划的总体原则、技术路线、电网发展方向、投资管控重点，研究规划方法和工具。

(2)大区层面负责组织编制并审定地方电网规划、电网加强工程和用户接入。其中，电网部负责确定区域内电网发展方向和建设重点，审查电力研究院完成的规划报告和工程设计方案，对项目投资进行优化;电力研究院在电网部的指导下，具体从事配电网规划设计和研究工作，以及电网加强工程和用户接入的设计工作。

图1 ERDF组织架构示意图Fig.1 Organization structure of ERDF

(3)地方单位负责为大区公司提供运行中发现的问题，协助现状诊断，按分配的投资对项目进行优选。

2 配电网规划编制

2.1 编制年限

ERDF配电网规划分为30年长期规划和10年中期规划，每5年滚动修编1次。30年电网规划不考虑投资，仅从技术上规划理想的目标电网，目的是确定电网发展战略。10年中期电网规划建立在30年长期规划目标下，具体到每个工程进行技术经济分析，对多个解决方案通过对比投资收益率选择最优。

2.2 编制流程

ERDF配电网规划重视解决现状问题，并考虑电网长远发展需求，一般分为5个步骤:(1)根据电网总量，细分规划区域，一般每个规划单元含3～6座变电站;(2)将已确定的、列入计划的工程加入现状电网，对形成的电网初始状态进行分析，并开展负荷预测工作;(3)建立30年长期目标;(4)确定电网发展战略，通过战略方案的技术经济比较，明确中期理论目标;(5)从理论目标过渡到10年实用目标，并评估10年规划的供电质量水平。

按照上述步骤，全国22个电力研究院分别编制完成配电网规划后，由各大区向总部上报规划投资。总部层面负责确定全国配电网总投资，并对各大区进行综合平衡。ERDF不开展全国性的配电网规划。

3 配电网结构选择

3.1 供电安全标准

ERDF制定网络方案时考虑不同时期、不同地区对配电网的具体要求，不机械地追求电网层层满足“N －1”［6］，供电安全标准如表1 所示。

表1 供电安全标准Tab.1 Power supply safety standard

按照供电安全标准，法国对输电线路和主变要求满足“N－1”，但当特殊时期(如变电站建设初期)和特殊地区(如首都巴黎)依靠输电网自身不能满足时，可通过中压线路转供实现供电可靠性要求。

3.2 中压配电网

ERDF中压配电网典型结构不多，大致分为“双T”结构、链式结构和放射结构3种［3］。

(1)“双T”结构。用于负荷密度较大的重点城市，中压主干线采用双环及多环结构，配变“双T”接入，如图2所示。

图2 “双T”结构配电网Fig.2 Distribution network with double‘T’structure

(2)链式结构。适用于中等负荷密度城市，中压主干线采用单环链式结构，配变破口接入，如图3所示。

图3 链式结构配电网Fig.3 Distribution network with chain structure

(3)放射结构。适用于农村地区，中压主干线采用单环结构，配变“单T”接入树枝状支线，主干线一般采用电缆，支线采用架空线，如图4所示。

图4 放射结构配电网Fig.4 Distribution network with radiation structure

3.3 低压配电网

ERDF低压配电网结构为树枝状［7］，依据道路系统和负荷密度而建。在低压配电网发展的早期，巴黎曾通过熔丝互联，但从1998年开始逐步打开。低压配电网发展趋势是越简单越好，连接点越少越好，因为连接点往往是故障的滋生点。统计显示，配电网故障多发生在中压，若采用低压互联方式，不仅带来设备长期闲置，而且还需定期维护更换，增加了运维成本。

4 配电设备选型

4.1 配电变压器

在城市及城镇地区，配电变压器的容量选择范围为250 ～1000kVA(250，400，630，1000kVA)，在农村地区为 50 ～ 630 kVA(50，100，160，250，400，630 kVA)。

法国对于非晶合金变压器尚未进行推广应用，但已开展对中国和日本应用情况的调查，目前正处在研究试验阶段。

4.2 中压线路

4.2.1 电缆线路

中压埋地电缆包括铝95 mm2、铝150 mm2、铝240 mm2、铜 240 mm2这 4 种。铝 150 mm2、铝240 mm2电缆用于主干线。铝95 mm2电缆保留在现有放射线路中，以后不再发展。铜240 mm2电缆仅应用于变电站直接出线等少数场合。

中压电缆都是单相电缆。电缆线路的供电容量一般按照6000kVA配置，最大不超过12000kVA。主干电缆的载流量一般按400 A考虑，在使用2根电缆并联时，可按630 A考虑载流量。分支电缆的载流量一般按250 A考虑。

4.2.2 架空线路

法国中压架空线路基本为裸导线，一般选择铝绞线，在覆冰地区选择钢芯铝绞线。中压主干架空线路导线截面一般为148 mm2，分支线路导线截面一般为75，54 mm2。

中压主干架空线路的载流量一般按400 A考虑，分支架空线路的载流量一般按100 A考虑。

4.2.3 低压线路

法国低压埋地电缆包括铝240 mm2、铝150 mm2、铝95 mm2这3种。低压电缆最大负载电流按400 A考虑，低压接线箱电缆按400 A或250 A考虑。

法国低压架空线路一般采用绝缘铝导线，导线截面有70，150 mm2。架空线路最大负载电流按250 A考虑。

4.3 开关

中压开关的设置原则是每800 kW负荷点安装1台远程控制开关，远控开关装在主干线上，平均占到整条线路总开关数的1/5～1/4。其他开关都是手动控制开关。中压开关仅在变电站出口线路上使用断路器，其他均为负荷开关。在配电站内部，中压开关的额定电流一般选择400 A，开关的绝缘方式有真空、SF6等。

低压馈线开关的额定电流一般选择250 A。低压主进线侧为负荷开关，低压出线侧均为熔丝。

5 分布式电源接入

法国分布式电源主要有生物质能发电、余热发电、垃圾发电、风力发电、水力发电、光伏发电等。其中，发展较快的是光伏发电和风力发电。

5.1 接入容量

根据ERDF的有关研究，分布式电源允许接入电网的最大容量主要取决于地区电源结构及其调峰能力。法国核电、水电装机容量分别占总装机容量的50%和20%，法国电网目前有能力接受更多的分布式电源，但推荐最多不宜超过总装机容量的30%。

5.2 接入电压等级

按照法国的规定，250 kW以下的分布式电源接入低压配电网，大于250 kW且小于12 MW的分布式电源接入中压配电网［8］。中压配电网如不能消纳，在满足电流、电压和功率不越限情况下，允许经主变向上送电，但上送容量在低谷时段不能超过主变容量。法国分布式电源一般都小于12 MW，光伏发电基本接在低压配电网，风电大部分接在中压配电网。

5.3 接入电网方式

分布式电源接入变电站还是接入线路，要经过计算确定。以尽量就近、简单为原则，计算内容包括分布式电源接入后的最大电流、最大短路电流、电压幅值、谐波等。如满足要求，则可直接从线路接入，否则根据情况选择接入变电站。接入时一方面考虑供电安全性，另一方面考虑对附近电网的影响。

5.4 接入电网投资

分布式电源接入电网费用由发电商承担。作为政策导向，此规定旨在引导发电商选择经济的接入方案，使电网发展科学、合理。

6 配电网供电可靠性

6.1 供电可靠性指标

法国配电网供电可靠性指标分为低压用户供电可靠性指标B和中压用户供电可靠性指标M［9］。由于指标M已经废除，指标B在供电质量管理中占据十分重要地位，其计算公式如下:

计算指标B时，不考虑电源供电不足、输电网造成停电、极端恶劣天气造成停电、计划停电以及低于3 min 的短时停电等因素［10］。

ERDF的指标B经历了从1988年的3 h 40 min到1995年的1 h 17 min，到2002年降为57 min的变化。近年来随着设备的老化，设备故障率有所提高，低压用户停电时间呈增加趋势。ERDF公司根据设备故障情况，对达到运行年限的设备逐步开展升级改造，通过增大投资力度、加强电网建设改造等手段，到2010年低压用户停电时间稳定至85 min，2011年进一步降低至73 min，其中小巴黎为15 min，整个巴黎地区为35 min。

6.2 供电可靠性监管

2000年以前，供电可靠性目标由EDF和政府部门协商制定。2000年以后，法国开放电力市场，形成竞争机制，供电可靠性目标由各级政府职能部门以法律、法规形式实行监管。在国家层面，政府与ERDF签署了公共服务合同，要求遇到极端恶劣天气时90%用户恢复供电时间不能超过5天;同时按照质量激励规定TURP3，法国能监会从2009年开始执行奖惩机制。地方供电可靠性监管工作由法国各省分别负责，考核标准是停电次数和时长超出标准的用户比例不超过5%，地方政府依此对ERDF进行奖励或罚款。