試論電網(wǎng)設(shè)計(jì)的原理及應(yīng)用

姚春鵬

（通遼市郊區(qū)農(nóng)電局，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

試論電網(wǎng)設(shè)計(jì)的原理及應(yīng)用

姚春鵬

（通遼市郊區(qū)農(nóng)電局，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

電網(wǎng)設(shè)計(jì)的目的在于確定未來(lái)有關(guān)地區(qū)電網(wǎng)的電壓等級(jí)、輸電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，解決在何時(shí)、何地架設(shè)什么樣的輸電線路的問(wèn)題.電網(wǎng)設(shè)計(jì)是輸電線路及變電站設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)，對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響.文章探討了電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素、原理和方法，并對(duì)電網(wǎng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較作了分析.

電網(wǎng)設(shè)計(jì)；常規(guī)電網(wǎng)設(shè)計(jì)；優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)計(jì)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1 引言

電網(wǎng)設(shè)計(jì)可以用常規(guī)的方式或優(yōu)化的方式進(jìn)行.常規(guī)電網(wǎng)設(shè)計(jì)主要采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的方法.設(shè)計(jì)人員首先根據(jù)自己的判斷提出幾種接線方案，然后通過(guò)技術(shù)分析改善這些方案的技術(shù)指標(biāo)，使它們?cè)诩夹g(shù)上可行，最后通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較確定最終方案[1].電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是利用數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的.一般包括分析模型和綜合模型兩部分.分析模型用來(lái)分析電網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)，校驗(yàn)是否滿足技術(shù)要求；綜合模型則用來(lái)產(chǎn)生電網(wǎng)擴(kuò)建方案.由于電網(wǎng)優(yōu)化非常復(fù)雜，即使現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)和硬件設(shè)備也難以完全滿足對(duì)電網(wǎng)方案優(yōu)化所提出的要求.因此，至少在目前，電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式還不能完全代替設(shè)計(jì)人員進(jìn)行決策[2]，基于這一點(diǎn)，本文對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì)的常規(guī)方式進(jìn)行了探討.

2 電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素

在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素.

2.1 可靠性

設(shè)計(jì)的電網(wǎng)應(yīng)滿足正常情況下及個(gè)別元件故障時(shí)不引起其它線路或變壓器過(guò)負(fù)荷，不引起母線電壓超出容許范圍[3].當(dāng)系統(tǒng)中任何一個(gè)元件故障都滿足上述條件時(shí)，則稱(chēng)該電網(wǎng)滿足N-1校驗(yàn)；當(dāng)系統(tǒng)中任何兩個(gè)元件滿足上述條件時(shí)，則稱(chēng)該電網(wǎng)滿足N-2校驗(yàn)，依次類(lèi)推.通常進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)分析或經(jīng)驗(yàn)確定各輸電線路的容量，見(jiàn)表1，然后選擇接線方案并進(jìn)行各種運(yùn)行方式下的安全校驗(yàn).

表1 我國(guó)的電壓等級(jí)及輸電范圍

2.2 投資

電網(wǎng)的投資應(yīng)包括輸電線路投資和變電站投資兩部分.對(duì)于輸電線路投資應(yīng)區(qū)分同桿塔第一回路投資和第二回路投資，以及輸電線路是利用原有出線走廊還是新的出線走廊等.當(dāng)采用不同電壓等級(jí)時(shí)，變電站的投資差別應(yīng)詳細(xì)比較.

2.3 運(yùn)行費(fèi)用

應(yīng)包括管理、維修及網(wǎng)損費(fèi)用.不同的電網(wǎng)接線方案將產(chǎn)生不同的功率損耗，這不僅使供電成本提高，而且還需要增加系統(tǒng)裝機(jī)容量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，因而間接地增加了投資.通常在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較時(shí)應(yīng)考慮這些費(fèi)用和投資的時(shí)間因素.

2.4 靈活性與適應(yīng)性

靈活性是指所定電網(wǎng)方案應(yīng)能在各種情況下安全、可靠地運(yùn)行.在這里應(yīng)考慮在各種檢修情況下的正常運(yùn)行問(wèn)題.適應(yīng)性是指當(dāng)涉及的地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)時(shí)或出現(xiàn)新的用戶時(shí)，電網(wǎng)易于發(fā)展、擴(kuò)展，且能充分利用原有設(shè)備.隨著電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)短路電流也會(huì)不斷增大.在選擇電網(wǎng)接線時(shí)，應(yīng)注意使短路電流限制在一定范圍內(nèi)，否則開(kāi)關(guān)設(shè)備的切斷能力可能出現(xiàn)問(wèn)題.

以上各因素在選擇方案時(shí)往往是相互矛盾的，因此需要多選擇一些方案進(jìn)行全面的分析比較.

3 電網(wǎng)接線的基本類(lèi)型

電網(wǎng)的接線類(lèi)型大致可分為四類(lèi)，即無(wú)備用的開(kāi)式接線方式、有備用的開(kāi)式接線方式、簡(jiǎn)單閉式接線方式和復(fù)雜閉式接線方式[4].

3.1 簡(jiǎn)單閉式接線方式

當(dāng)負(fù)荷或變電站需要備用電源時(shí)，在很多情況下可以采用由不同出現(xiàn)走廊的輸電線路供電，這種接線稱(chēng)為閉式電網(wǎng)接線方式.簡(jiǎn)單閉式接線方式有環(huán)形電網(wǎng)和兩端供電電網(wǎng)兩種方式.這種接線可以保證每個(gè)變電站均可得到兩條不同輸電線路供電，因而有較高的可靠性.另一方面，和有備用的開(kāi)式接線方式相比，這種接線方式的輸電線路要短一些，可以節(jié)約投資.

3.2 復(fù)雜閉式接線方式

110千伏以上輸電系統(tǒng)通常形成復(fù)雜閉式接線方式，電網(wǎng)由很多環(huán)形電網(wǎng)和雙回路（或多回路）輸電線路構(gòu)成.這種電網(wǎng)具有較大的輸電容量和較高的可靠性，但其運(yùn)行和繼電保護(hù)比較復(fù)雜.對(duì)復(fù)雜閉式電網(wǎng)方案的選取和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析往往借助于電子計(jì)算機(jī).圖1為復(fù)雜閉式電網(wǎng)示例.

圖1 復(fù)雜閉式電網(wǎng)示例

3.3 無(wú)備用的開(kāi)式接線方式

當(dāng)電網(wǎng)中受電變電站只有一個(gè)電源供電時(shí)，該電網(wǎng)稱(chēng)為開(kāi)式電網(wǎng).在電力系統(tǒng)中，輸電線路是最容易發(fā)生故障的元件，輸電線路越長(zhǎng)則故障的概率越大.一般來(lái)說(shuō)，無(wú)備用的開(kāi)式接線方式的可靠性不高，只能向不太重要的小型變電站或用戶供電.無(wú)備用開(kāi)線接線方式電網(wǎng)又可分為輻射型和干線型兩種，圖2表示了這兩種接線方式.

圖2 開(kāi)式電網(wǎng)

3.4 有備用的開(kāi)式接線方式

為了提高其可靠性，可以對(duì)上述開(kāi)式接線方式增加備用設(shè)備.例如對(duì)輻射型接線而言，在電源和每個(gè)變電站之間不是用一條線路相連，而是采用兩條輸電線路供電，形成雙回輸電線路，可以顯著提高供電的可靠性.

4 電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的分析比較[5].技術(shù)比較主要計(jì)算方案的技術(shù)指標(biāo)，校驗(yàn)方案在技術(shù)上是否可行.分析內(nèi)容包括潮流計(jì)算、安全校驗(yàn)計(jì)算、短路電流計(jì)算，在涉及高壓遠(yuǎn)距離輸電情況時(shí)還要進(jìn)行各種運(yùn)行方式下的穩(wěn)定性校驗(yàn).

潮流計(jì)算的目的在于分析電網(wǎng)在各種負(fù)荷及電源出力情況下的運(yùn)行情況及適應(yīng)能力，校驗(yàn)輸電線路或變壓器是否有過(guò)負(fù)荷情況，各母線電壓是否出現(xiàn)超過(guò)規(guī)定范圍的情況等.

安全校驗(yàn)計(jì)算分靜態(tài)安全分析和動(dòng)態(tài)安全分析兩種.靜態(tài)安全分析主要作N-1校驗(yàn)，即校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)元件故障退出運(yùn)行時(shí)網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，以判斷其他元件有無(wú)過(guò)負(fù)荷及電壓越限情況.對(duì)220千伏以上電網(wǎng)一般要進(jìn)行各種運(yùn)行方式的穩(wěn)定分析計(jì)算，此即所謂動(dòng)態(tài)安全校驗(yàn).當(dāng)以上校驗(yàn)不滿足要求時(shí)，而發(fā)生過(guò)負(fù)荷、電壓越限或失去穩(wěn)定時(shí)，則應(yīng)采取措施，如：加設(shè)輸電線路，加大導(dǎo)線截面，增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備或提高穩(wěn)定措施等，使電網(wǎng)滿足運(yùn)行要求，否則應(yīng)放棄不滿足運(yùn)行要求的電網(wǎng)方案.

短路電流計(jì)算用來(lái)確定各種故障情況下電網(wǎng)短路電流的分布，以此來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定情況及斷路器的切斷能力.有些電力系統(tǒng)對(duì)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)規(guī)定了斷路器的最大切斷能力.電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)使短路電流限制在給定范圍之內(nèi)，否則可能迫使電網(wǎng)更新一大批斷路器，使投資增大.

在滿足上述技術(shù)要求的條件下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較以選取最優(yōu)方案.工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)估有各種各樣方法.我國(guó)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)大多采用“費(fèi)用的現(xiàn)值比較法”或“等年費(fèi)用法”.

應(yīng)該指出，由于對(duì)電網(wǎng)可靠性越來(lái)越重視，在設(shè)計(jì)電網(wǎng)時(shí)可能還要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的可靠性分析計(jì)算，而且由此得到的停電損失費(fèi)也要加入經(jīng)濟(jì)比較之中.

〔1〕韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1993.

〔2〕王錫凡.電力系統(tǒng)規(guī)劃基礎(chǔ)[M].北京：水利電力出版社，1994.

〔3〕周海峰，朱革蘭.高壓直流輸電換流站設(shè)備常見(jiàn)故障及其對(duì)策[J].水電能源科學(xué)，2008（3）.

〔4〕尹克寧.電力工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

〔5〕王耀華，張風(fēng)營(yíng)，白建華.輸煤輸電經(jīng)濟(jì)性比較[J].中國(guó)電力，2007，40(12).

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