規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算輔助工具的研究和開發(fā)

江明純，關(guān)健，楊煒楠

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東汕頭， 515000)

0 引言

隨著配電網(wǎng)建設(shè)工作的不斷深入，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)元件“N-1”通過率作為供電可靠性的重要指標(biāo)，反映了一個地區(qū)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)水平和供電安全水平。這就要求規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)的測算準(zhǔn)確、全面。

本文通過分析在編制高壓電網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)測算中的一些常見問題，提出相應(yīng)的解決方案和計算方法，基于此開發(fā)出規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算輔助工具[1]，為配電網(wǎng)分析及規(guī)劃工作提供了參考。

1 簡述問題現(xiàn)狀

1.1 指標(biāo)說明

在判斷高壓變電站供電能力時，一方面需考慮變電站容量配置、接線方式及運(yùn)行情況，另一方面需對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的轉(zhuǎn)移能力進(jìn)行測算評估，前者表示了通常狀態(tài)下的變電站負(fù)載能力，后者表示故障條件下變電站低壓側(cè)線路能夠?qū)⒇?fù)荷轉(zhuǎn)至站外供電的能力，一般在“N-1”條件下開展配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電能力測算[2]。

根據(jù)指標(biāo)定義與認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，滿足“N-1”條件即在正常運(yùn)行方式下電力系統(tǒng)中任一元件（如線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等）故障或因斷開[3]，考慮備自投、運(yùn)行方式調(diào)整和下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)供，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，不損失負(fù)荷，其他元件不過負(fù)荷。

1.2 規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)計算過程繁瑣問題

在可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算工作中，對單一饋線組的計算較為簡單，而在計算全市指標(biāo)時，動輒幾十上百座變電站、數(shù)千回饋線，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，涉及數(shù)據(jù)量較大，依靠人工計算、判斷費時費力，隨著數(shù)據(jù)量的增加復(fù)核、糾錯的難度相應(yīng)地提高了，出現(xiàn)錯漏的可能性也大大增加。

1.3 規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)準(zhǔn)確率不足問題

對于中壓網(wǎng)架規(guī)劃而言，可轉(zhuǎn)供線路是指有聯(lián)絡(luò)關(guān)系的中壓線路處于最大負(fù)荷運(yùn)行方式下，其中某一回線路的變電站出線開關(guān)故障或計劃停運(yùn)時，其全部負(fù)荷可通過轉(zhuǎn)供電倒閘操作，轉(zhuǎn)由其余線路供電。在計算中中壓規(guī)劃僅需計算是否線路全部負(fù)荷可轉(zhuǎn)出，如全部可轉(zhuǎn)即為可轉(zhuǎn)供線路，反之無論可轉(zhuǎn)出多少負(fù)荷均視為不可轉(zhuǎn)供。

高壓配電網(wǎng)規(guī)劃時往往引用中低壓的可轉(zhuǎn)供判斷結(jié)果，這就導(dǎo)致漏計了能夠部分轉(zhuǎn)出負(fù)荷的饋線。同時中壓規(guī)劃的分析成果無需考慮高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如一回饋線轉(zhuǎn)至同個變電站另一臺主變下的站內(nèi)成環(huán)線路供電也可視為可轉(zhuǎn)供，這兩回站內(nèi)成環(huán)饋線均為可轉(zhuǎn)供線路，但實則均無法對站外轉(zhuǎn)出負(fù)荷，這同樣將導(dǎo)致測算結(jié)果的準(zhǔn)確性降低，不利于下一步開展規(guī)劃分析工作。

2 研究思路及計算方法

2.1 問題解決思路

在可轉(zhuǎn)供能力測算中，舍棄中壓網(wǎng)架規(guī)劃分析結(jié)論，按照高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自上而下重新構(gòu)建饋線臺賬信息，以饋線所屬站變母線、限流值、高峰電流、聯(lián)絡(luò)線路情況作為線路屬性。設(shè)計數(shù)種中壓典型接線的簡易判斷方法開展邏輯計算，得到全市所有10kV饋線組的轉(zhuǎn)供能力（可完全轉(zhuǎn)供、可部分轉(zhuǎn)供、不可轉(zhuǎn)供）及轉(zhuǎn)供負(fù)荷量（電流值、有功值），將10kV線路可轉(zhuǎn)供測算結(jié)果輸出至全市高壓變電站、主變負(fù)載情況表，計算在考慮下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)負(fù)荷情況下，變電站單臺主變停運(yùn)，是否造成其他元件過負(fù)荷，獲得“N-1”分析結(jié)論。

2.2 饋線可轉(zhuǎn)供能力測算

2.2.1 簡化線路信息

將饋線信息簡化為標(biāo)準(zhǔn)臺賬，每條饋線分別擁有5-9個值，分別為所屬變電站、所屬主變、所屬10kV母線、高峰電流值、安全電流值、聯(lián)絡(luò)線路1、聯(lián)絡(luò)線路2、聯(lián)絡(luò)線路3、聯(lián)絡(luò)線路4。

2.2.2 邏輯判斷過程

在實際生產(chǎn)運(yùn)行中，饋線轉(zhuǎn)供需要結(jié)合實際網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、分段聯(lián)絡(luò)位置和現(xiàn)場運(yùn)行情況綜合考慮，由于后續(xù)“N-1”測算是以高壓變電站主變?yōu)閷ο箝_展研究，饋線轉(zhuǎn)供能力的測算僅考慮中壓電網(wǎng)網(wǎng)架支撐能力即可[4]，此處列舉了變電站的幾種常見中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提出簡化的可轉(zhuǎn)供判斷與計算方法。

①饋線組中均為變電站1出線，多回饋線分布于站內(nèi)不同母線：以“2-1”單環(huán)網(wǎng)典型接線為例。

圖1 “2-1”單環(huán)網(wǎng)典型接線示意圖

每回饋線高峰負(fù)荷電流分別為Ia、Ib，安全電流分別為Ia0、Ib0，若Ib0>Ia+Ib，則饋線A可向母線外轉(zhuǎn)出全部負(fù)荷，向母線外的可轉(zhuǎn)出負(fù)荷量記為I1=Ia；若Ib0

②饋線組中僅有一回饋線屬于變電站1，其余線路為站外聯(lián)絡(luò)線路：以3供一備典型接線為例。

圖2 3供一備典型接線示意圖

饋線D為備供線路，其余饋線高峰負(fù)荷電流分別為Ia、Ib、Ic，四回饋線安全電流分別為Ia0、Ib0、Ic0、Id0，饋線組內(nèi)站外總安全電流I站外0=Ib0+Ic0+Id0，饋線組內(nèi)站外總電流I站外=Ib+Ic，若I站外0-I站外>Ia，則饋線 A可向站外轉(zhuǎn)出全部負(fù)荷，向站外的可轉(zhuǎn)出負(fù)荷量記為I2=Ia；若I站外0-I站外

③饋線組中有兩回及以上饋線屬于變電站1，其余線路為站外聯(lián)絡(luò)線路：以“3-1”單環(huán)網(wǎng)（3回線路為1組）典型接線為例。

圖3 “3-1”單環(huán)網(wǎng)（3回線路為1組）典型接線示意圖

每回饋線高峰負(fù)荷電流分別為Ia、Ib、Ic，安全電流分別為Ia0、Ib0、Ic0，饋線組內(nèi)站外總安全電流I站外0=Ic0，饋線組內(nèi)站外總電流I站外=Ic，若I站外0-I站外>Ia+Ib，則饋線 A、饋線B可向站外轉(zhuǎn)出全部負(fù)荷，可共同向站外的可轉(zhuǎn)出負(fù)荷量記為I2=Ia+Ib；若I站外0-I站外

在累加全站可轉(zhuǎn)出負(fù)荷時，該種多回站內(nèi)線路通過同一站外聯(lián)絡(luò)線路向外送出的情況，應(yīng)以饋線組為單位進(jìn)行計算，避免重復(fù)計入可轉(zhuǎn)出負(fù)荷。

④饋線組中饋線間無直接聯(lián)絡(luò)的復(fù)雜接線情況：以“3-1”單環(huán)網(wǎng)（4回線路為1組）接線為例，饋線A與饋線B、饋線C聯(lián)絡(luò)，與饋線D無直接聯(lián)絡(luò)；饋線B與饋線A、饋線D聯(lián)絡(luò)，與饋線C無直接聯(lián)絡(luò)；饋線C、饋線D同樣與饋線B、饋線A無直接聯(lián)絡(luò)。

每回饋線高峰負(fù)荷電流分別為Ia、Ib、Ic、Id，安全電流分別為Ia0、Ib0、Ic0、Id0。在計算變電站1饋線向站外轉(zhuǎn)供能力時，對饋線A、饋線B進(jìn)行分類討論，即將該饋線組拆分視作兩個“2-1”單環(huán)網(wǎng)接線饋線組開展計算，計算方式同例①，若Ic0-Ic>Ia，則饋線A可完全轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)出負(fù)荷量為I2=Ia；若Ic0-IcIa，則饋線 A可向母線外轉(zhuǎn)出全部負(fù)荷，向母線外的可轉(zhuǎn)出負(fù)荷量記為I1=Ia；若I母線外0-I母線外

圖4 “3-1”單環(huán)網(wǎng)（4回線路為1組）典型接線示意圖

盡管該種網(wǎng)架接線與例③同為“3-1”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但饋線A所供負(fù)荷需經(jīng)數(shù)次倒閘操作方能轉(zhuǎn)移至站外聯(lián)絡(luò)線路饋線D，轉(zhuǎn)供可實施性較差，在上述計算過程中視為無法轉(zhuǎn)供至饋線D。在變電站主變N-1測算時，認(rèn)為饋線A、饋線C構(gòu)成的“2-1”單環(huán)網(wǎng)與站內(nèi)線路饋線B不通過同一站外聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)出負(fù)荷，無需以饋線組形式進(jìn)行計算。

2.2.3 變電站主變N-1測算

在所有饋線組完成饋線可轉(zhuǎn)供分析后，將結(jié)果導(dǎo)至變電站主變負(fù)荷表，校驗轉(zhuǎn)出負(fù)荷后變電站主變負(fù)載率滿足“N-1”原則要求。

①對于單臺主變110kV變電站

單臺主變變電站需達(dá)到饋線站間聯(lián)絡(luò)率100%，可轉(zhuǎn)出負(fù)荷占比100%，方可滿足“N-1”要求。

②對于兩臺主變110kV變電站

在兩臺主變變電站的任意一臺變壓器故障時，全站負(fù)荷轉(zhuǎn)由剩余主變供電，若（全站負(fù)荷-全站可轉(zhuǎn)出負(fù)荷）/剩余主變?nèi)萘?100%，則該變電站主變均滿足“N-1”要求。

③對于三臺主變110kV變電站

若該變電站10kV母線為單母線三分段接線（如圖1所示），當(dāng)#1主變（邊側(cè)主變）故障時，（#2主變負(fù)荷-#2主變可轉(zhuǎn)出負(fù)荷）/#2主變?nèi)萘?100%，且（#3主變負(fù)荷+#2主變轉(zhuǎn)至#3主變供電負(fù)荷-#3主變可轉(zhuǎn)至站外負(fù)荷）/#3主變?nèi)萘?100%，則#1主變滿足“N-1”要求；#3主變同理；當(dāng)#2主變（中間位主變）故障時，根據(jù)負(fù)荷情況選擇將10kV#2母線轉(zhuǎn)至#1主變或#3主變中供電，考慮轉(zhuǎn)出負(fù)荷后不造成變壓器過載，則#2主變滿足“N-1”要求。

圖5 10kV單母線三分段接線接線示意圖

若該變電站10kV母線為單母線四分段接線，如圖所示10kV#2母線分為#2A段與#2B段，可靈活分配#2主變供電負(fù)荷。在這種接線方式下，當(dāng)#1和#3主變（邊側(cè)主變）故障后負(fù)荷轉(zhuǎn)移至#2主變，#2主變可將10kV2A段或2B段母線轉(zhuǎn)由另一臺運(yùn)行主變供電；當(dāng)#2主變故障后，兩段10kV母線均分至剩余兩臺運(yùn)行主變供電，測算時考慮向站外轉(zhuǎn)出負(fù)荷后即可，轉(zhuǎn)出負(fù)荷后不造成變壓器過載，則該變電站主變滿足“N-1”要求。

圖6 10kV單母線四分段接線接線示意圖

3 規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算輔助工具

本文以廣東某城市高峰負(fù)荷日中部分負(fù)載數(shù)據(jù)為例，通過指定斷面電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，計算全市所有10kV饋線組的轉(zhuǎn)供能力，得到全市變電站主變的轉(zhuǎn)供能力，進(jìn)一步考慮下級電網(wǎng)轉(zhuǎn)負(fù)荷情況下，變電站單臺主變停運(yùn)，是否造成其他元件過負(fù)荷，獲得“N-1”分析結(jié)論。如圖7所示。

圖7 規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算輔助工具輸出結(jié)果圖

經(jīng)實測，本課題設(shè)計的規(guī)劃可轉(zhuǎn)供指標(biāo)測算輔助工具可以自動計算所有中壓饋線轉(zhuǎn)供能力，對復(fù)雜配電網(wǎng)接線判斷準(zhǔn)確，方便展示全市變電站可轉(zhuǎn)供負(fù)荷情況，同時便捷開展“N-1”校驗分析，所用數(shù)據(jù)、表模均為現(xiàn)有成熟數(shù)據(jù)[5]，取值簡單，人工操作少。

該工具可作為電網(wǎng)規(guī)劃專業(yè)和調(diào)度專業(yè)的日常計算輔助工具，應(yīng)用于110kV及10kV電壓等級的電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析、規(guī)劃修編、規(guī)劃指標(biāo)分析、負(fù)荷預(yù)測及電網(wǎng)工程項目評審工作，可有效深化規(guī)劃、調(diào)度專業(yè)人員對網(wǎng)架的掌握與理解，提高數(shù)據(jù)分析效率，降低工作負(fù)擔(dān)。