海绵城市的配电网设计理念和思路

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摘要：海绵城市建设遵循的5大基本原则———“规划引领，生态优先，安全为重，因地制宜，统筹建设”。其中，“规划引领”作为首要原则，是指导海绵城市建设的重要依据。如何在某一规划水平年，根据负荷预测的结果和现有网络设施确定电网建设的方案，以满足到规划水平年的用电需求和安全可靠的电网运行，同步结合新型的海绵城市设计理念促进配网整张图纸绘制到底，是当前电力专项规划一重大课题。该文针对海绵城市配电网规划设计提供设计理念与思路，对后续电力规划有一定指导意见。

关键词：海绵城市；规划；配电网；原则；设计理念；思路

近年来，城市化进程的快速发展引发了一系列城市水问题，如城市内涝频发、水环境严重污染、水资源短缺、水土流失、生态环境破坏等。国务院办公厅2015年印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》提出，通过“海绵城市”建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，最大限度地降低内涝发生的风险。在全国范围内开展海绵城市建设试点评选工作，并产生了包括湖北某市在内的首批16个试点城市。某市以示范区海绵城市建设为起点，在全市推进海绵城市建设。至2020年，实现某市20%建成区达到海绵城市建设目标要求。其中为满足海绵城市建设中最后一个“排”环节的目标要求，近期内涝防治系统性骨干工程的3大系统工程分别是出江泵站工程、骨干通道工程和湖泊调蓄工程,其中近期出江泵站工程将新改扩建14个水系的出江泵站共18座，新增出江规模1038.5m3/s。初步测算新增排涝水泵电机总装机容量约14~22万kW，分散在某市发展区总用地面积约3261km2内。

1建设海绵城市配电网规划设计难点

从环境角度来分析，海绵城市实际操作面临的复杂性、科学性和功能性的挑战不是一个量级。需要定量的分析报告才能去执行，具体如下[1-3]：（1）各个精细地块的设计最大降雨量、流向及特点。（2）当前软硬质地表对应的雨水阻滞能力，对比对应的各种海绵城市策略下的单位地块的雨水阻滞能力，实施的可行性。（3）针对现有设施和降水记录的调研与数据报告。（4）基于以上数据的降雨滞排数学模型。（5）在数学模型指导下的规划设计策论。与此同时，从电力需求角度分析，此类特殊电力用户的主要特点是：①建设周期紧；②单机容量大；③用电间歇长；④可靠性要求高。目前电网企业面临的主要困境是：①供电方案论证时间短，难以确保方案最优；②需兼顾周边其他电力用户对电能质量的要求；③大量输配电资源闲置或紧张；④电网薄弱区域难以满足用户可靠性要求。而泵站工程供电方案通常需要根据当地电网情况、经济条件、发展规划和工程本身特点等多方面因素进行综合设计与选择，因此提升配电网规划的科学性和精准性，为解决特殊用户的供电难点，具有极其重要的意义。

2推进海绵城市建设跨界规划的需要

由于我国海绵城市建设刚刚起步，现阶段相关规划涉及的主要内容、指标体系、关键技术及措施等的科学性和合理性不足，这导致许多城市在进行海绵城市建设时，出现对控制目标把握不准确、控制指标无法落实，以及各行业、各专业各自为政和建设工作进程缓慢等诸多问题[4-5]。针对这一现象，首先需要开展海绵城市建设专题研究，对总体战略、实施计划等进行系统分析，然后指导城市排水防涝、城市水系、道路交通及电力设施等专项规划，以及控制性详细规划和修建性详细规划的修编，在各层级规划中提出落实海绵城市建设要求的内容和方法（图1），从而完善规划体系，加强对城市雨水管理、防洪排涝工作的力度，将总体思路渗透到各规划中时较易操作，但其所涉及的学科范围跨度较大，对各专业间的需求研究、各部门间的统筹协调等提出较高的要求。城市总体规划作为顶层设计，在城市总体布局时需明确海绵城市建设的总体目标及相关指标，编制海绵城市专项规划，对现有的城市各相关专项规划、控制性详细规划及修建性详细规划进行修编，同时调整自身的不足，最终将海绵城市建设的理念融入到各类专项规划中。而建设海绵城市最终要有效解决排涝问题。城市用于排涝的泵站设备平时往往处于停用状态，许多城市忽略了用于排涝泵站的配电网规划或在规划设计中考虑不足。当发生的灾害是百年不遇的洪水时，就会因配电网规划设计缺陷，造成部分用于排涝的泵站没有可靠的供电，因而造成更大的经济损失。

3对国家“五大”发展理念应答的需要

创新、协调、绿色、开放、共享“五大”发展理念被视为关系我国发展全局的一场深刻变革。创新是灵魂，规划设计要与当地政策结合，要与实际问题相结合，要应当突破过时的、不合时宜的条条框框，在新理念的指导下，将规划设计做得更能解决问题、更能节约资源且更能造福社会。协调是先导，规划设计应当做到顶层设计、团队合作及内外交流相统一。顶层设计决定着项目的深度、规模和广度，海绵城市的建设离不开多行业、跨专业间的团队合作和内外交流。建设海绵城市需要杜绝“各人自扫门前雪”似的“为海绵而海绵”“为规划而规划”，不仅坚持“管得宽”，而且“管得远”。将城市基础设施建设、域外引水工程及城市排涝工程等举措协同推进，并将各类项目需求纳入配电网规划范畴统筹考虑。绿色是精髓，规划设计应当坚持做到节约资源和保护环境，以“用户需求的精准定位为导向”的前提下树立规划的理念。加快建设资源节约型、环境友好型社会，形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局。

4建设海绵城市配电网规划设计创新的内涵和主要做法

4.1确立建设海绵城市配电网规划设计创新的目标、方式和方法。

4.1.1目标

配电网规划积极响应国家建设海绵城市的号召，合理运用海绵城市技术精髓，在规划原则中对变电站建设形式提出明确指导意见，实现变电站建设绿色环保、无公害生产。同时以特殊用户的用电需求为出发点，结合电网情况、经济条件、发展规划和工程本身特点等多方面因素进行综合规划设计，达到为用户提供高供电可靠性、高电能质量和高品质电力相关服务并考虑项目整体经济性的目标，实现多方参与共赢、社会效益最大化。

4.1.2方式和方法

建成区以问题为导向，针对问题，系统治理；新建区以目标为导向，高标准设计、提前布局和超前建设。（1）将海绵城市理念融入变电站建设。根据变电站工艺要求及实际情况，现今站内均采用高智能无人管理的智能化运行模式，变电站对雨水的处理回收利用率不高，参照海绵城市理念，对变电站建设，特别是在降雨多、雨量集中地区修建的变电站，应在下渗、滞蓄技术方面进行改善，提高变电站站区内的透水地面及绿化率，加强地面入渗，以减少地面径流汇水，消弱暴雨洪峰季节雨水汇流排放量，减轻站区内渍、排涝负担，同时也能保持良好的地下水补给，实现水土保持、水生态自平衡及低环境影响的目标。（2）加强基础研究。全面准确掌握配电网发展情况，深入分析电网存在的问题，运用一体化电网规划设计平台、配电网计算分析软件，加强基础数据管理和量化计算，坚持问题导向，增强建设改造的针对性，提升配电网发展质量和效益，为电力用户提供最优解决方案。（3）建立统一平台，做好现行多规对比分析。通过统一的地理信息系统管理平台，实现规划“一张图”，统一各行业数据标准和成果，实现规划数据交互与共享。优化规划实施运行环境、统筹需求及能力等要素，充分理解海绵城市建设意图，实现多行业跨专业信息的展示、查询、动态更新与实时共享。

4.2为特殊电力客户做好“望”“闻”“问”“切”，强化用电“体检”的权威性和检后“诊疗”的专业性

目前某供电公司开展用电“体检”工作，对客户的用电设备安全状况、供电可靠性及设备运行管理等方面进行全面检查诊断和评估，建立了客户用电设备健康档案，为客户安全用电、合理用电和经济用电提供帮助。同时在此类工作中也针对24家泵站用户的现有的供电方式、供电能力和设备健康水平进行评估。受历史条件影响，近1/3的用户存在不合理现象。例如单电源供电、容量与电压选择不匹配、重复降压及夏季高峰时电机启动困难等，这些问题将对城市防汛排涝工作埋下隐患。考虑到海绵城市建设中最后一个“排”环节的目标要求，不仅要对现有泵站用户面临的问题进行整改，还要超前谋划未来3年近14~22万kW的新增排涝水泵电机总装机的供电方案，对每一家特殊电力客户量身定制适合各自特点的解决方案。对于此类泵站用户传统的供电方案的流程往往是：一是用户提需求，仅根据报装容量大小，选择电压等级；二是根据周边现有电网资源拟定接入电网方案。这样做存在的问题包括：一是投资过大、经济效益差，不仅对用户而言单个项目经济性差，而且有时大量电网资源会出现闲置或紧张的问题；二是供电方案本身对供电能力的评估不足，导致用户设备在使用时无法达到设计要求，存在泵站主电机启动困难；三是对周边其他敏感电力用户对电能质量的要求产生不利影响，造成其他间接经济损失。而建设海绵城市配电网规划设计为彻底解决此类问题，从源头改进传统做法，深入用户需求，对用户提出的用电需求溯源，充分了解用户特点对配电网规划工作的要求，从系统的角度来选择方案，优化方案，对每个特殊用户的用电需求，通过运用一体化电网规划设计平台和电力系统计算分析软件进行建模、仿真计算，论证出合理的技术方案，并对多个解决方案进行技术经济和SEC比选后，得出最优规划设计方案。另外在规划中引入先进的预防维护体制管理理念，强调提高排涝设备对异常电压、异常电流及异常环境的承受能力，制定合理的运行方式、检修模式和监测机制，确保排涝泵站的供电连续性。同时将规划设计与运行、检修和监测工作紧密结合，使设计满足建设海绵城市需求。特别是在对用户进行供电方案设计时，一是要考虑变电站（开闭所、环网柜）的标高要依据当地状况开展差异化设计，按百年难遇洪水水位考虑变电站（开闭所、环网柜）的站址，确保变电站能够在大规模自然灾害情况下保持正常供电，确保城市排涝泵站的可靠供电。二是考虑泵站电源的可靠性需求，对泵站进行等级分类，根据配电网规划中的泵站等级分类：一、二级重要用户和普通用户（一般指村级泵站），对于二级以上重要用户，在供电方案设计中为用户配备两路以上电源，防止泵站失去电源无法对外排水。某市是具有滨江、滨湖特色的现代化城市，城区湖泊众多，水网密集，地区排水存在设计标准低、排水设施不完善、湖泊和渠道的水位不能得到有效控制、排水系统对城区供水安全构成威胁等问题。针对为解决以上问题而新建的大型泵站，配电网规划实时跟踪并为该类特殊电力用户量身定制最优供电方案、提升其供电可靠性。从而为提升该市特殊地区的排涝能力、保障城市居民供水安全、改善水环境及满足城市可持续性发展提供了有效的服务。

5创新工作机制，实现跨专业协同，提升企业管理水平

开展建设海绵城市配电网规划设计管理创新工作以来，发策、营销、运检和规划设计等部门岗位职责得到进一步明晰，信息共享成为常态，专业壁垒得到消除，持续提升公司经营管理水平与业务运营效率。创建“外部联络、内部协同”的工作机制，一方面，做好外部联络沟通工作，按照“专业归口、分级负责”的原则，某市供电公司各部门单位按职责与对口市区级政府的规划、市政、水务和利益相关方沟通联络，实时参与重点开发及试点区域的设计联盟。另一方面，通过横向协同的方式，成立了以公司领导为组长、发展策划部为规划牵头、经济技术研究所为研究主力，以及建设部和设计院为实施主体，各专业部门协同配合的工作机制，形成一套分工明确、数据共享及协调统一的配电网规划设计与实施工作体系。

6落实规划要求，提升专业理论研究水平

配电网规划按照对供电可靠性的要求分类，将电力用户分为重要用户和普通用户；按照对电能质量影响分类，将电力用户分为特殊用户和普通用户，并针对不同的用户提出了相应的接入要求和设计原则。在具体的排涝泵站用户工程供电方案研究中，随着排涝标准的不断提高，大量的大型电机增加到系统中，这种趋势对电力系统起动大型电机的能力提出了更高的要求，而大型电机的起动过程会严重影响小型电力系统的稳定运行。为落实配电网规划要求，在工程实际中，应用ETAP软件，建立系统拓扑图，输入相应元件数据，实现对电机静态、动态起动仿真计算，得到直观的曲线和报告，从而减少了供电方案论证环节的工作量，制定出合理的供电方案，为泵站用户供电方案的答复节省时间，有效提升了专业理论的研究水平。

7结束语

海绵城市还能起到缓解城市热岛效应、雨岛效应等作用，修复和治理城市生态环境，构建绿色健康和谐的生态体系，另外，海绵城市建设中的透水铺装、雨水花园和绿色屋顶等技术手段，还能增加城市美观度，提高城市品位。本文促进配网规划设计与最新海绵城市设计理念相结合，实现电网规划设计有续进行，以达到电网网架坚强可靠和可持续发展目的。

作者：吕文 单位：国网湖北省电力有限公司武汉供电公司