遼寧電網(wǎng)容載比問題及合理取值研究

商文穎，夏俊巖

(1．遼寧省電力有限公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110006;2．國家電網(wǎng)公司，北京 100031)

容載比是指某一供電區(qū)域內(nèi)，變電設(shè)備總?cè)萘颗c對應(yīng)總負(fù)荷的比值。容載比的確定是電網(wǎng)規(guī)劃中的重要內(nèi)容，不僅與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障情況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方式以及供電可靠性有直接的聯(lián)系，而且對資金的合理投入與利用有深遠(yuǎn)的意義。

近年來，遼寧電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，變電站布點逐步增多，各電壓等級變電容量不斷增大，但受經(jīng)濟(jì)形勢及負(fù)荷分布不均影響，出現(xiàn)了電網(wǎng)各電壓等級整體容載比偏高，而局部地區(qū)因變電容量不足導(dǎo)致負(fù)荷受限的局面。本文從遼寧電網(wǎng)容載比現(xiàn)狀入手，分析遼寧電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展與變電容量配置間存在的問題，并考慮應(yīng)用范圍、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷發(fā)展的均衡度、負(fù)荷發(fā)展的裕度和不確定性等因素對電網(wǎng)容載比取值的影響，探討分層分區(qū)電網(wǎng)容載比的合理取值。

1 容載比的定義解析［1－6］

1.1 容載比的定義

《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中容載比的定義:變電容載比是指在某一電壓等級中，變電容量在滿足供電可靠性基礎(chǔ)上與對應(yīng)的最大負(fù)荷之比。另外，《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中還給出了對應(yīng)的城網(wǎng)負(fù)荷增長速度可分為較慢、中等、較快3種情況，相應(yīng)各電壓等級城網(wǎng)的容載比，宜控制在1.5～2.2。表1列出了對應(yīng)不同負(fù)荷增長速度容載比取值的指導(dǎo)范圍。

表1 不同負(fù)荷增長速度各電壓等級容載比取值表

1.2 容載比定義的弊端

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)日益成為配電網(wǎng)絡(luò)，部分變電站負(fù)荷變化甚至取決于一個或幾個工業(yè)區(qū)的建設(shè)或擴(kuò)建搬遷，這便造成了實際電網(wǎng)中各變電站的供電容量及負(fù)荷分布不均衡。就整個電網(wǎng)而言，可能出現(xiàn)全網(wǎng)同一電壓等級的變電容載比偏高，但局部變電站會出現(xiàn)“超載”現(xiàn)象。

在實際電網(wǎng)規(guī)劃中，一般采用容載比來確定某一個電壓等級的整體容量，然后再用負(fù)載率來選取單個變電站的容量。負(fù)載率定義為:變壓器所帶負(fù)荷的視在功率與其變電容量之比。工程中負(fù)載率的取值大小與變壓器數(shù)量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)運行情況等因素有關(guān)。當(dāng)運行臺數(shù)一定時，其取值主要是考慮變壓器在N－1短時故障情況下確保其余主變安全運行的最大允許運行率，也就是容載比中提到的變壓器的安全運行率。不同變壓器臺數(shù)下的負(fù)載率取值的高、低方案:2臺時為50% ～65%;3臺時為67%～87%;4臺時為75% ～100%，而實際電網(wǎng)中還存在單臺單變的現(xiàn)象。

相對于容載比來講，負(fù)載率的計算取值中并未考慮到負(fù)荷的發(fā)展因素，它只能確定電網(wǎng)中某一個時間點的變電容量，并不能體現(xiàn)在負(fù)荷動態(tài)發(fā)展情況下的某一個時間段內(nèi)的容量裕度情況，難以在規(guī)劃變電站的容量中使用。

2 遼寧電網(wǎng)容載比現(xiàn)狀及存在問題分析

2.1 電網(wǎng)容載比現(xiàn)狀

遼寧電網(wǎng)500 kV、220 kV、66 kV容載比分別為2.30、2.64、2.67，均高于導(dǎo)則要求，容載比偏高。

500 kV變電站容載比小于1.5的變電站3座，占比16.67%;大于2.0的變電站6座，占比33.33%;在1.5～2.0之間的變電站9座，占比50%。

220 kV容載比高于2.1的變電站50座，占比30.5%;低于1.6的變電站36座，占比21.9%;在1.6～2.1之間的變電站78座，占比47.6%。

66 kV容載比高于2.2的變電站476座，占比35.5%;低于1.8的變電站234座，占比17.5%;在1.8～2.2之間的變電站631座，占比47%。

2.2 問題分析

a． 容載比偏高的原因

容載比偏高的原因如下:為滿足未來負(fù)荷增長而新投產(chǎn)的變電站容載比偏高;由于負(fù)荷增長緩慢或用電項目發(fā)生變化，導(dǎo)致容載比偏高;為提高電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)導(dǎo)致容載比偏高;農(nóng)網(wǎng)地區(qū)負(fù)荷發(fā)展緩慢導(dǎo)致容載比偏高;由于風(fēng)電的大規(guī)模接入系統(tǒng)，導(dǎo)致容載比偏高;由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)限制不能轉(zhuǎn)移負(fù)荷造成部分變電站容載比偏高。

b． 容載比偏低的原因

容載比偏低的原因如下:變電站布點少，負(fù)荷密度高及發(fā)展較快導(dǎo)致容載比偏低;典型負(fù)荷的集中用電導(dǎo)致容載比偏低;電網(wǎng)建設(shè)滯后，不能按時投產(chǎn)導(dǎo)致容載比偏低;部分地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱、裝備水平較差導(dǎo)致容載比偏低。

3 規(guī)劃容載比的確定

3.1 規(guī)劃容載比計算公式

根據(jù)城網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則中的定義，有:

式中 R——容載比;

K1——分散系數(shù);

K2——功率因數(shù);

K3——主變壓器運行率;

K4——發(fā)展儲備系數(shù)。

容載比合理取值的關(guān)鍵在于如何在分析各地電網(wǎng)不同特點的基礎(chǔ)上，確定上述4個系數(shù)的合理數(shù)值。

3.2 各影響系數(shù)合理取值的確定

3.2.1 分散系數(shù)K1

分散系數(shù)K1=電網(wǎng)內(nèi)各主變壓器最高負(fù)荷累加值/電網(wǎng)總負(fù)荷最高值。體現(xiàn)了容載比的應(yīng)用范圍，體現(xiàn)在規(guī)劃電網(wǎng)中考慮了各主變壓器最大負(fù)荷與電網(wǎng)總負(fù)荷最高值之間的同時率。

應(yīng)用于單個變電站時，如果主變壓器并列運行，K1=1;主變壓器分列運行時，K1＞1，即各主變壓器最高負(fù)荷代數(shù)和除以全站最高負(fù)荷。由于多個變電站之間必定存在不同時出現(xiàn)最高負(fù)荷的現(xiàn)象，因此分散系數(shù)K1通常大于1，且應(yīng)用范圍越大，變電站越多，K1的數(shù)值就越大。

3.2.2 平均功率因數(shù)K2

表征容載比應(yīng)用范圍內(nèi)電網(wǎng)的平均功率因數(shù)，可從運行數(shù)據(jù)積累獲得。電網(wǎng)規(guī)劃中要求變電站中變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95以上。

3.2.3 變壓器運行率K3

《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中，不同變壓器臺數(shù)下K3的取值為

式中:KH為變壓器短時允許過載率;N為變電站變壓器的臺數(shù);Se為每臺變壓器的額定容量。式(2)中沒有考慮變壓器發(fā)生N－1故障時其余變壓器所帶負(fù)荷的不均衡度。而實際運行中，如果變電站中變壓器分列運行超過3臺時，若其中的1臺主變發(fā)生故障，其負(fù)荷可能會不均衡地轉(zhuǎn)移到剩余的變壓器上，這就可能造成有些變壓器短時負(fù)載超過其極限值 (130%)。當(dāng)主變臺數(shù)越多時這種情況會越明顯。

為使式 (2)更適應(yīng)實際電網(wǎng)的分析，將式(2)修正成式 (3)，配網(wǎng)轉(zhuǎn)出負(fù)荷的能力為Lout時:

式中:L=min ［Se(KH－1)(N －1)，Lout］

由于在N－1情況下，主變壓器可以短時過載，并可將該過載的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相鄰配網(wǎng)，因此，主變壓器在N－1情況下的短時負(fù)載能力比額定值高，其增加值L為短時過載能力Se(KH－1)(N－1)和負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力Lout的最小值。

3.2.4 發(fā)展儲備系數(shù)K4

發(fā)展儲備系數(shù)目前未有定量計算公式，以下提出相關(guān)計算公式供參考。

a． 負(fù)荷的不確定性系數(shù)K41

城市電網(wǎng)規(guī)劃中要求負(fù)荷預(yù)測 (年均增長率)有高 (Rmax)、中 (Rmed)、低 (Rlow)3個方案，以應(yīng)對負(fù)荷的不確定性，一般采用的方案是取Rmed。因此，負(fù)荷發(fā)展的不確定性可以通過負(fù)荷預(yù)測來求得，建議根據(jù)負(fù)荷預(yù)測方案中的Rmax和Rmed值之比求得負(fù)荷的不確定性系數(shù)K41，即:

K41=Rmax/Rmed(4)

b． 電網(wǎng)建設(shè)速度的不確定性系數(shù)K42

城網(wǎng)規(guī)劃中水平年的變壓器容量通常是根據(jù)各地制訂的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工期來安排的。而實際上建設(shè)工期可能超前，也可能滯后。一般可根據(jù)各地上一個5年計劃內(nèi)j項電網(wǎng)建設(shè)項目的實際情況 (設(shè)第i個項目實際工期Pi，其項目標(biāo)準(zhǔn)工期PSTi)，求得工期滯后年數(shù)Y，再由年平均負(fù)荷增長率r，可求得電網(wǎng)建設(shè)速度不確定性系數(shù)K42:

雖然某些地區(qū)電網(wǎng)的不確定性較小，但由于適度超前發(fā)展的需要，仍應(yīng)保持適當(dāng)?shù)娜萘績?，因此儲備系?shù)應(yīng)有一個最小值，這里推薦為1.1。發(fā)展儲備系數(shù)取值為

4 遼寧電網(wǎng)容載比合理取值計算

4.1 分散系數(shù)

由于500 kV容載比是就全省而言，給出一個合理的推薦取值，500 kV分散系數(shù)原則上不分地區(qū)分析，采用500 kV變電站最大負(fù)荷的總和與500 kV網(wǎng)供負(fù)荷的比值，K1500=1 853.3萬kVA/1 388萬kVA=1.34，220 kV、66 kV變電分地市給出，采用各地市220 kV、66 kV變電站最大負(fù)荷總和與各地市220 kV、66 kV網(wǎng)供負(fù)荷的比值，并據(jù)此得到全省K1220=1.16、K166=1.30。

4.2 功率因數(shù)

從積累的運行數(shù)據(jù)分析可得，遼寧500 kV電網(wǎng)平均功率因數(shù)取0.98，220 kV電網(wǎng)功率因數(shù)取0.95，66 kV功率因數(shù)取0.92。

4.3 變壓器運行率

主變過載能力按1.2考慮。遼寧農(nóng)網(wǎng)地區(qū)較多，且存在一定比例的單變變電站，按單變變電站平均負(fù)載率為50%，且主變故障時負(fù)荷能夠全部導(dǎo)出。

500 kV主變壓器運行率K3取0.67，220 kV、66 kV主變運行率為0.65、0.61。

4.4 發(fā)展儲備系數(shù)

遼寧電網(wǎng)建設(shè)難度較大，平均建設(shè)工期滯后年數(shù)Y=1年;規(guī)劃負(fù)荷年均增長速率為9.1%，負(fù)荷預(yù)測方案取Rmax=10.1%，因此得到發(fā)展儲備系數(shù)為1.1。

4.5 遼寧電網(wǎng)容載比取值

由上述分析可得，遼寧電網(wǎng)各電壓等級容載比校驗參考值500 kV容載比校驗參考值為2.24，220 kV容載比為2.06，66 kV容載比校驗參考值為2.57。

5 結(jié)束語

與實際容載比對比可得遼寧電網(wǎng)各電壓等級容載比實際值均高于校驗參考值，電網(wǎng)建設(shè)略超前，但從根據(jù)遼寧電網(wǎng)實際情況出發(fā)推導(dǎo)出的遼寧電網(wǎng)容載比校驗參考值與導(dǎo)則規(guī)定的容載比取值范圍有一定區(qū)別，在地區(qū)電網(wǎng)評估和規(guī)劃建設(shè)中還應(yīng)針對各地區(qū)實際特點制定合理的容載比參考值，指導(dǎo)電網(wǎng)更加合理有序發(fā)展。

［1］ Q/GDW156—2006，城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則［S］．

［2］ 李欣然，劉友強(qiáng)，朱湘友，等．地區(qū)中壓配電網(wǎng)容載比的研究 ［J］．繼電器，2006，34(7):47－50．

［3］ 張建波，羅滇生，姚建剛，等．基于經(jīng)濟(jì)性分析的城網(wǎng)變電容載比取值方法研究［J］．繼電器，2007，35(13):39－43．

［4］ 程浩忠，張 焰．電力系統(tǒng)規(guī)劃的方法與應(yīng)用 ［M］．上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002．

［5］ 王方亮．變壓器經(jīng)濟(jì)運行方式分析與應(yīng)用 ［J］．變壓器，2005，42(12):35－37．

［6］ 王正風(fēng)．變壓器的容量選擇與經(jīng)濟(jì)運行 ［J］．變壓器，2006，43(3):30－32．