4. 变电站规划与选址定容

变电站是配电网的电源支撑点，其布点位置、容量配置和供电半径直接决定了中压线路的长度、线损水平、故障影响范围以及后续扩容的灵活性。变电站规划做得好，配电网的骨架就顺；做得不好，后期无论怎样调整线路，都难以摆脱“线路绕、半径长、末端电压低”的被动局面。本节围绕布点原则、容量配置、供电半径、选址模型与优化方法，并结合一个实际工程案例，说明变电站规划从原则到落地的完整思路。

一、变电站布点原则

布点不是在地图上随意选几个点，而是要在负荷分布、电网结构和建设条件之间取得平衡。工程上通常遵循以下原则：

• 靠近负荷中心：变电站应尽量位于其供电区域负荷矩的重心附近，使各方向出线长度均衡，减少线路总长度和电压损耗。
• 分层分区、容量匹配：高压变电站与中压配电网络分层衔接，每个变电站的供电范围应相对独立、边界清晰，避免交叉供电和重复投资。
• 满足供电半径约束：中压线路供电半径应控制在合理范围内，A类供电区域一般不超过3 km，B类不超过4 km，C类不超过6 km，D类可适当放宽，具体以当地规划导则为依据。
• 站址条件可行：需考虑用地性质、地质条件、防洪排涝、消防通道、进出线走廊以及噪声与环保要求，避免选在低洼易涝、地质不良或难以出线的位置。
• 与城市规划协调：站址应纳入城市控制性详细规划，预留站址和线路走廊，避免后期因用地冲突被迫改址。

这些原则之间存在张力：靠近负荷中心往往意味着用地紧张，满足半径约束可能要求增加布点数量。规划的本质就是在可靠性、经济性和可实施性之间寻找可接受的折中方案。

二、容量配置与供电半径

容量配置的核心是确定单站容量和变电站数量。常用方法是先根据规划水平年的负荷预测结果，计算区域总负荷，再考虑容载比确定所需总变电容量。容载比一般取1.8～2.2，负荷增长快、可靠性要求高的区域取上限，负荷稳定的区域可取下限。

以某规划区为例：预测饱和负荷为120 MW，容载比取2.0，则所需总变电容量为240 MVA。若选用3×50 MVA的110 kV变电站，单站容量150 MVA，则至少需要2座变电站。但2座站能否满足供电半径要求，还需结合负荷分布进一步校验。

供电半径与容量之间存在耦合关系。单站容量越大，其经济供电范围越大，但半径过长会导致末端电压偏低、线损增加。对于10 kV中压线路，若采用LGJ-185导线，输送功率约3 MW，功率因数0.9，线路单位电阻约0.17 Ω/km，电抗约0.35 Ω/km，则每公里电压损耗约为：

ΔU% ≈ (P·R + Q·X) / (10·U²) × 100%
     = (3×0.17 + 1.45×0.35) / (10×10²) × 100%
     ≈ 0.10%/km

若允许末端电压偏差不超过5%，扣除变压器和上级电网压降后，中压线路允许压降约2%～3%，对应供电半径约20～30 km。但实际工程中还需考虑线路分支、负荷分布不均和故障转供要求，因此规划导则给出的3～6 km半径限制，更多是从可靠性、线损和运维角度综合确定的经验值，而非单纯电压降计算结果。

三、选址模型与优化方法

变电站选址本质上是一个带约束的选址—定容问题。其数学模型可描述为：在给定负荷点集合和候选站址集合的条件下，确定变电站的数量、位置和容量，使总费用最小，同时满足供电半径、容量裕度和可靠性约束。

目标函数通常包括变电站建设投资、线路投资、运行线损费用和停电损失费用。约束条件包括：每个负荷点必须被至少一个变电站覆盖；每个变电站的供电负荷不超过其容量；负荷点到所属变电站的电气距离不超过最大供电半径；变电站数量不超过规划允许值。

求解方法上，工程中常用以下几类：

• 重心法：以负荷矩重心作为初始站址，计算简单，适合负荷分布均匀的场景，但无法处理容量约束和地理障碍。
• 交替选址—分配法：先给定站址，将负荷分配到最近变电站；再根据分配结果重新优化站址，反复迭代直至收敛。该方法能较好处理容量约束。
• 混合整数规划：将选址和定容统一建模，用分支定界或割平面法求解，适合候选站址有限、规模不大的规划问题。
• 启发式算法：如遗传算法、粒子群算法，适合大规模、多目标、非线性问题，但需注意解的稳定性和可解释性。

实际规划中，往往先用重心法或交替分配法得到初步方案，再用混合整数规划或启发式算法进行精细优化，最后结合地理信息和现场踏勘对候选站址进行修正。

四、实际工程案例分析

某地级市新区规划面积约28 km²，预测饱和负荷120 MW，负荷密度约4.3 MW/km²，属于B类供电区域。规划要求中压线路供电半径不超过4 km，容载比不低于1.8。

初步方案采用2座110 kV变电站，每座3×50 MVA，总容量300 MVA，容载比2.5，偏高。经负荷分布分析发现，新区负荷呈“双中心”分布：西部为商业与居住混合区，负荷约70 MW；东部为工业与物流区，负荷约50 MW。若仅设2座站，西部负荷中心到东部站的距离超过5 km，不满足半径约束。

调整方案为：西部设A站，3×50 MVA，供电范围约3.8 km；东部设B站，2×63 MVA，供电范围约3.5 km。两站总容量276 MVA，容载比2.3，略高于下限但留有一定裕度。经交替选址—分配法迭代后，A站站址向西部负荷重心偏移约600 m，B站向东部工业区偏移约400 m，线路总长度由初步方案的86 km降至72 km，估算年线损费用降低约18%。

该案例说明：变电站规划不能只看总容量是否满足，还必须校验供电半径和负荷分配是否合理。容量略高但布点合理，往往比容量刚好但线路绕远的方案更经济、更可靠。