供電可靠性的變電站主接線經(jīng)濟(jì)性研究

王 龍， 張文杰， 趙崇娟， 張怡心

(湖州電力設(shè)計(jì)院, 浙江 湖州 313000)

供電可靠性的變電站主接線經(jīng)濟(jì)性研究

王 龍， 張文杰， 趙崇娟， 張怡心

(湖州電力設(shè)計(jì)院, 浙江 湖州 313000)

為科學(xué)合理地選擇變電站主接線方案，討論變電站各電壓等級(jí)的主接線比選方案，并建立基于變電站主接線的供電可靠性模型和經(jīng)濟(jì)性模型.通過對(duì)比分析基于出線間隔數(shù)量的主接線總費(fèi)用，研究推薦變電站各電壓等級(jí)的主接線方案.研究表明:對(duì)于220 kV母線，推薦采用雙母線接線；對(duì)于110 kV母線，當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量≤9時(shí)，推薦采用雙母線接線，當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量>10時(shí)，推薦采用單母三分段接線；對(duì)于10 kV母線，推薦采用單母四分段接線.該結(jié)論為科學(xué)選擇220 kV變電站各電壓等級(jí)的主接線提供了理論參考.

供電可靠性； 經(jīng)濟(jì)性； 主接線； 變電站

變電站電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，是系統(tǒng)電能傳輸和分配的重要環(huán)節(jié)[1-2].目前變電站主接線方案的選擇主要參考《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]，但設(shè)計(jì)手冊(cè)只給定選擇范圍，具體方案仍需根據(jù)變電站實(shí)際情況來考慮[4].變電站電氣主接線方案的選擇需要考慮變電站在電網(wǎng)中的地位和作用[5]、配電裝置布置[6]、變電站建設(shè)經(jīng)濟(jì)性[7]和供電可靠性等因素[8].本文以220 kV變電站為分析對(duì)象，提出變電站供電可靠性計(jì)算模型，并基于變電站失電損失費(fèi)用和設(shè)備購置費(fèi)用等因素建立經(jīng)濟(jì)模型，然后以經(jīng)濟(jì)計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，科學(xué)合理地選擇變電站的主接線方案.

1 變電站主接線方案分析

1.1 220 kV主接線方案

依據(jù)主接線靈活、可靠、節(jié)約和便于擴(kuò)建的原則，對(duì)220 kV主接線提出兩個(gè)比選方案：雙母線接線和單母線分段接線，其接線圖如圖1所示.

分析圖1可知，相比雙母線接線，單母線分段接線的出線/主變各間隔均可節(jié)省一組隔離開關(guān).

1.2 110 kV主接線方案

根據(jù)出線規(guī)模和接線靈活等要求，對(duì)110 kV主接線提出兩個(gè)對(duì)比方案：雙母線接線和單母三分段接線，其接線圖如圖2所示.

分析圖2可知，相比雙母線接線，單母線三分段接線的出線/主變各間隔均可節(jié)省一組隔離開關(guān)，但需多配置一組母線分段間隔.

1.3 10 kV主接線方案

根據(jù)出線規(guī)模和配電室平面布置等要求，對(duì)10 kV主接線提出兩個(gè)對(duì)比方案：單母四分段接線和單母三分段環(huán)形接線，其接線圖如圖3所示.

分析圖3可知，相比單母四分段接線，單母三分段環(huán)形接線可節(jié)省一組主變進(jìn)線開關(guān)，但需要多配置一組10 kV母線橋或母線分段開關(guān)柜.

2 主接線可靠性和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型

2.1 可靠性計(jì)算模型

可靠性由故障率、年停運(yùn)時(shí)間、可靠率和期望故障受阻電能等指標(biāo)組成，各指標(biāo)計(jì)算公式[9-11]如下：

故障率：λs=FR(次/年)，

(1)

故障平均停電持續(xù)時(shí)間：Ds=RT，

(2)

(3)

其中,T是年利用小時(shí)數(shù).

(4)

期望故障受阻電能指標(biāo)：

(5)

其中，Ls為對(duì)應(yīng)可靠性判據(jù)下的進(jìn)線/出線功率(MW).

根據(jù)上述公式，可計(jì)算得到各電壓等級(jí)下的主接線方案可靠性結(jié)果.

2.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型

分析比較變電站主接線不同方案的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，需考慮的費(fèi)用包括設(shè)備購置費(fèi)、建筑費(fèi)用和電能損失費(fèi)用(因故障損失的電能收益)等.因?yàn)樽冸娬緝?nèi)設(shè)備布置較緊湊，相比設(shè)備購置費(fèi)和電能損失費(fèi)用，不同主接線方式的占地面積費(fèi)用差別相對(duì)較小，因此，在計(jì)算不同主接線經(jīng)濟(jì)性時(shí)，忽略建筑費(fèi)用.不同主接線方案的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型如下：

(6)

式中：COST為主接線方案的總費(fèi)用；Cs,i為第i類設(shè)備間隔的費(fèi)用；ni為第i類設(shè)備間隔的數(shù)量；CLOSS，j為第j個(gè)出線間隔所輸送的電能損失費(fèi)用.

電能損失費(fèi)用計(jì)算公式為：

CLOSS，j=EENSj×P，

(7)

式中：EENSj為第j個(gè)出線間隔所輸送的電能量；P為電能價(jià)格.

依據(jù)《電力建設(shè)工程概預(yù)算定額》和《國網(wǎng)電網(wǎng)工程設(shè)備材料信息價(jià)》等文件，可得到各電壓等級(jí)下主要變電設(shè)備(GIS設(shè)備)的價(jià)格，如表1所示.根據(jù)上述模型，可計(jì)算并對(duì)比分析各主接線方案的經(jīng)濟(jì)性.

表1 各電壓等級(jí)下的主要變電設(shè)備價(jià)格

3 算例分析

3.1 220 kV主接線方案

220 kV不同出線間隔數(shù)量時(shí)的主接線經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果如圖4所示.

分析圖4可知，220 kV采用雙母線接線時(shí)，其總費(fèi)用比單母雙分段接線的總費(fèi)用更低，且隨著出線間隔數(shù)量的增加，雙母線接線的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)更明顯.因此，對(duì)于220 kV母線主接線，研究推薦采取雙母線接線.

3.2 110 kV主接線方案

110 kV不同出線間隔數(shù)量時(shí)的主接線方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果如圖5所示.

分析圖5可知，當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量≤9時(shí)，其主接線采用雙母線接線時(shí)的總費(fèi)用更低；當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量>10時(shí)，其主接線采用單母三分段時(shí)總費(fèi)用更低.因此，對(duì)于110 kV出線間隔數(shù)量≤9時(shí)，研究推薦110 kV主接線采用雙母線接線；當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量>10時(shí)，研究推薦110 kV主接線采用單母三分段接線.

3.3 10 kV主接線方案

10 kV不同出線間隔數(shù)量時(shí)的主接線方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果如圖6所示.

分析圖6可知，對(duì)于不同出線間隔數(shù)量，相比10 kV母線采用單母三分段環(huán)形接線，單母四分段的總費(fèi)用更低，但兩者總費(fèi)用相差較小.綜合考慮10 kV母線停運(yùn)檢修或新增10 kV間隔等因素，研究推薦10 kV采用單母四分段接線.

4 結(jié) 論

基于220 kV變電站不同出線間隔數(shù)量，對(duì)比分析不同主接線方案的經(jīng)濟(jì)性，研究表明：對(duì)于220 kV母線主接線，推薦采用雙母線接線；對(duì)于110 kV母線主接線，當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量≤9時(shí)，推薦采用雙母線接線，當(dāng)110 kV出線間隔數(shù)量>10時(shí)，推薦采用單母三分段接線；對(duì)于10 kV母線主接線，推薦采用單母四分段接線.該結(jié)果為科學(xué)合理地選擇220 kV變電站各電壓等級(jí)的主接線方案提供了理論參考.

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[責(zé)任編輯 高俊娥]

EENSs=Us×Ls(MWh/年)，

A Research on the Substation Main Connection Economy Considering Power Supply Reliability

WANG Long, ZHANG Wenjie, ZHAO Chongjuan, ZHANG Yixin

(Huzhou Electric Power Design Institute, Huzhou 313000, China)

In order to reasonably select the main connection scheme of substation, firstly, the main connection schemes of different voltage level of substation are discussed. After that, the power supply reliability model and economic model are built based on the substation main connection; finally, the main connection schemes of different voltage of substation are recommended by comparing and analyzing the total cost of main connection based on the outgoing lines number. The results show that double-bus connection is recommended for the 220 kV bus. The double-bus connection is recommended for the 110 kV bus if the outgoing lines number≤9, and single-bus 3 segments is recommended for the 110 kV bus if the outgoing lines number >10, and single-bus 4 segments is recommended for 10 kV bus. All these results provide the theoretical references for the scientific selection of main connection of 220 kV substation.

power supply reliability; economy; main connection; substation

2016-11-10

王龍，工程師，研究方向：變電設(shè)計(jì)和電網(wǎng)規(guī)劃.E-mail：20876663@qq.com

TM406

A

1009-1734(2017)02-0083-05