电力网络规的传统方法.docx
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电力网络规的传统方法
常规的电力网络规划方法
简要阐述电力网络规划的内容、应具备的条件、电压等级选择及选择的原则。
介绍了电力网络规划中的方案形成、方案校验及其架空送电线路导线截面及输电能力。
一、概述
1.网络规划的内容
电网规划含输电网规划和配电网规划,以负荷预测和电源规划为基础。
电网规划是确定在何时、何地投建何种类型的线路及其回路数,以达到规划周期内所需要的输电能力,在满足各项技术指标的前提下使系统的费用最小。
其主要内容有:
(1)确定输电方式;
(2)选择电网电压;
(3)确定变电所布局和规模;
(4)确定网络结构。
在输电方式上我国现阶段仍以交流输电方式为主。
只能在500kV及其以上电压时才有考虑直流输电的必要性。
电网规划的重点是对主网网架进行规划。
如何加强主网网架结构,是电网规划最重要的内容之一,也是规划成败与否的关键。
电网规划往往是针对具体电网发展中需要解决的问题确定具体内容的。
在我国目前的现实条件下,电网规划要解决的主要课题大致为:
(1)大型水、火电厂(群)及核电厂接入系统,因为这类电厂出线较多,距离较长,如何与电网连接的问题比较复杂,一般需要作专题研究;
(2)各大区电网或省级电网的受端主干电网规划;
(3)大区之间或省级电网之间联网规划;
(4)城市电网规划;
(5)大型工矿企业的供电网络规划。
2.电网规划应具备的条件
电力网络规划的最终结果主要取决于原始资料及规划方法。
没有足够的和可靠的原始资料,任何优秀的规划方法也不可能取得切合实际的规划方案。
一个优秀的电力网络规划必须以坚实的前期工作为基础,包括搜集整理系统的电力负荷资料,当地的社会经济发展情况,电源点和输电线路方面的原始资料等等。
(1)规划年度用电负荷的电力、电量资料,其中包括总水平,分省、分区及分变电所的电力电量值,以及必要的负荷特性参数。
(2)规划年度电源(现有和新增)的情况,包括电厂位置(厂址)、装机容量、单机容量和机型等;对水电厂,除上述参数以外,还应有不同水文年发电量、保证出力、受阻容量、重复容量、调节特性等参数。
(3)现有电网(包括在建设和已列入基建计划的线路和变电所)基础资料,其中包括电压等级,网络接线,线路长度,导线型号,变电所主变压器容量、型式、台数等主要规范资料,一般应具有系统现况图(地理接线及单线接线图)。
对未来网络规划的发展情况,包括可能架设新线路的路径、长度,以及变电所扩建和待建变电所所址资料应予掌握,以便能够形成足够数量的网络方案。
进行城网规划时,应掌握城市发展规划、地区用电负荷的增长及其城市道路、桥梁的发展规划等。
二、电力网的电压等级选择
1.电力网电压等级选择的原则
选定的电压等级应符合国家电压标准3、6、10、35、63、110、220、330、500kV。
同一地区、同一电网内,应尽可能简化电压等级。
电压等级不宜过多,以减少变电重复容量。
各级电压级差不宜太小。
根据国内外经验,110kV及以下(或称配电电压等级),电压级差一般在3倍以上,110kV以上(或称输电电压等级),电压级差一般在2倍左右。
我国现有电网的电压等级的配置大致分为两类,即110/220/500kV及110/330kV。
220kV以下电压等级的配置则为10/63/220kV及10/35/110/220kV两种系列。
网络规划中不应选用非标准电压,选定的电压等级要能满足近期过渡的可能性,同时也要能适应远景系统规划发展的需要,故在确定电压等级时应了解动力资源的分布与工业布局,考虑电力负荷增长、新建电厂容量等情况。
在确定电压系列时应考虑到与主系统及地区系统联络的可能性,故电压等级应服从于主系统及地区系统。
如果照顾地区特点不可能采用同一种电压系列,应研究不同系统互联的可能措施。
如果是跨省电网之间的联络线,则应考虑适应大工业区与经济体系的要求,进一步建成一个统一的联合系统,最好采用单一的合理的电压系列。
大容量发电厂向系统送电,考虑出现高一级电压一回线还是低一级电压多回线向系统送电,与该电厂在系统中的重要性有关。
对于单回线供电系统,在输电电压确定后的一回线送电容量与电力系统总容量应保持合适的比例,以保证在事故情况下电力系统的安全。
2.电力网电压等级选择
应根据线路送电容量和送电距离选择电网电压,我国各级电压输送能力统计见表5-1
表5-1我国各级电压输送能力统计
输电电压(kV)
输送容量(MW)
传输距离(km)
适用
0.38
0.1及以下
0.6及以下
低压配电网
3
0.1~1.0
1~3
中压配电网
6
0.1~1.2
4~15
10
0.2~2.0
6~20
35
2~10
20~50
高压配电网
60
3.5~30
30~100
110
10~50
50~150
220
100~500
100~300
省内送电
330
200~1000
200~600
网际输电
500
600~1500
400~1000
注:
由于负荷密度的增加,提升配电电压在技术上是合理的。
国内已出现20kV配电电压。
从控制电力损失角度选择电压等级。
电压等级与电网电力损失有密切的关系。
在一般情况下,即送电线路采用铝导线、电流密度0.9A/mm2、受端功率因数为0.95的条件下,各级电压线路每公里电力损失的相对值近似为
(5-1)
式中ΔP(%)—每公里电力损失的相对值;
Ue—线路的额定电压(kV);
L—线路长度(km)。
送电线路的电力损失正常不宜超过5%,由式(5-1)可求得各级电压合适的送电距离(km)。
三、电力电量平衡
1.电力电量平衡的目的与要求
电力电量平衡是电力电量供应与需求之间的平衡。
在电源规划和变电站布点规划中应进行电力电量平衡计算,主要分析、研究以下问题(目前可用计算机程序进行电力电量平衡,这里所介绍的是手算中考虑的原则和方法):
(1)确定电力系统需要的发电设备、各级变电设备容量,包括确定水电、火电或核电厂的新建、续建和扩建项目等。
并确定规划年度内逐年新增的装机容量和退役机组容量及其变电容量。
(2)确定系统需要的备用容量,研究其在水、火核电厂之间的分配。
(3)确定系统需要的调峰容量,使之能满足规划年不同季节的系统调峰需要。
(4)在满足电力系统负荷及电量需求的前提下,合理安排水火电厂的运行方式,充分利用水电,使燃料消耗最经济,并计算系统需要的燃料消耗量。
(5)确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数,检验电量平衡。
(6)确定水电厂电量的利用程度,以论证水电装机容量的合理性。
(7)分析系统与系统之间、地区与地区之间的电力电量交换,为论证扩大联网及拟定网络方案提供依据。
2.电力平衡中的容量组成
(1)装机容量:
系统中各类电厂发电机组额定容量的总和。
(2)工作容量:
发电机担任电力系统正常负荷的容量。
在电力平衡表中的工作容量就是指电力系统最大负荷时的工作容量。
其中担任基荷的电厂出力就是工作容量,担任峰荷和腰荷的发电厂以日负荷最大时刻的出力作为工作容量。
水电厂的工作容量是指按保证出力运行时所能提供的发电容量,其大小与其保证出力及其在电力系统日负荷曲线上的工作位置有关。
(3)备用容量:
为了保证系统不间断供电、并保持在额定频率下运行而设置的装机容量。
它包括有负荷备用、事故备用和检修备用容量3部分。
负荷备用容量是为担负电力系统一天内瞬时的负荷波动和计划外的负荷增长所需要的发电容量。
事故备用容量是电力系统中发电设备发生事故时为保证正常供电所需要的发电容量。
检修备用容量是在电力系统一年内的低负荷季节,不能满足全部机组按年计划检修而必须增设的发电容量。
(4)必需容量:
维持电力系统正常供电所必须有的装机总容量,即工作容量和备用容量之和。
(5)重复容量:
水电厂为了多发季节性电能,节省火电燃料而增设的发电容量。
重复容量是在一定的供电范围、负荷水平和保证率条件下选定的,当任一条件变化时,就有可能部分或全部转化为必需容量。
(6)受阻容量:
由于各种原因,发电设备不能按额定容量发电时的容量。
(7)水电空闲容量:
电力平衡中未能得到利用的那部分水电装机容量。
其大小随着各水电厂工作容量的大小而变化。
3.电力电量平衡计算
电力系统按发电机组动力来源的不同可分为纯水电、纯火电和水火电联合运行系统。
其中以水火电联合运行系统较为常见。
对于这种系统作电力电量平衡计算时,一般考虑采用枯水年、平水年、丰水年、特枯水年4种具有代表性水文年的电力电量平衡来概括系统全部运行情况。
某电力系统规划枯水年日运行方式如图5-1示例。
(1)电力平衡代表年、月的选择:
电力平衡需要逐年进行,应按逐年控制月份的最大负荷和水电厂设计枯水年的月平均出力编制。
一般以每年的12月为代表,但还应根据水电厂逐月发电出力的变化及系统负荷的变化情况,具体分析确定。
一年中也可能有2个月份起控制作用,应分别平衡。
必要时可选择代表年进行逐月电力平衡,以便找出其中起控制作用的月份,然后按该代表月进行逐年平衡。
(2)电力平衡表的编制:
在系统规划中用表格法进行电力电量平衡。
电力平衡表的格式见表5-2。
表中第一项最大发电负荷等于全系统计及同时率后的用电负荷加上线损和厂用电的总和。
表中第二项为水火电工作容量,其中火电工作容量等于最大发电负荷减去水电工作容量。
表中第三项备用容量按照规程规定不得低于最大发电负荷的20%。
备用容量在水火电厂之间分配的原则是:
负荷备用一般由水电承担,事故备用一般按水火电厂担负系统工作容量的比例分配,检修备用由具体情况而定。
表中第四项需要装机容量是工作容量与备用容量的总和。
第五项实际可能装机容量是根据施工情况、投资分配以及设备供应等情况在系统中实际可能的装机安排容量。
第八项为每年退出运行的机组容量。
第十项为火电需要容量与火电实际可能装机容量之差值。
表5-2系统电力平衡表(MW)
年份
项目
年
年
年
年
年
备注
一、最大发电负荷
二、水电工作容量(出力)
火电工作容量
三、备用容量
其中:
水电
火电
四、需要装机容量
其中:
水电
火电
五、实际可能装机容量
其中:
水电
火电
六、新增容量
其中:
水电
火电
七、受阻容量
其中:
水电
火电
八、退役容量
其中:
水电
火电
九、水电重复容量
一十、火电电力盈亏
在某些情况下,系统中控制电力平衡的月份不止1个,或者为了研究扩大电网、系统互联等问题时,需要编制某些年份的逐月电力平衡,其编制方法与逐年电力平衡是一致,但是在计算检修容量、受阻容量等项目时,需要落实到电厂。
当电力平衡表中新增电厂比较多时,需要另行列出逐年新增装机容量表,见表5-3。
表5-3各电厂逐年新增容量表(MW)
年份
项目
年
年
年
年
年
一、水电厂
1.xxx
2.xxx
水电厂新增容量总计
二、火电厂
1.xxx
2.xxx
火电厂新增容量总计
三、系统新增容量总计
(3)电量平衡表的编制:
表5-4为电力系统电量平衡表,表中第一项系统月平均负荷可按式(5-2)计算
(5-2)
式中
――某月平均负荷;
――某月最大负荷;
――某月月不均衡系数;
――日负荷率。
月平均负荷乘以相应的月小时数,12个月相加后即得全年的需电量。
表中第二项的系统月平均出力按以下顺序计算:
1列出水电厂可被利用的月平均出力。
2列出热电厂的供热强制出力。
3计算凝汽式电厂的月平均出力,为系统月平均负荷减去水电厂月平均出力及供热强制出力。
4将各月平均出力乘以相应的月小时数后相加即可得到各类电厂的年发电量,并据此校验各类电厂的利用小时数,检验电量是否平衡。
一般在电量平衡中火电机组利用小时数按不大于5000h考虑。
表5-4系统电量平衡表
项目
月份
合计
年电量
(亿kW)
装机容量
(万kW)
年发电设备利用小时数
123456789101112
一、系统月平均负荷(万kW)
二、系统月平均出力(万kW)
1.水电厂出力(万kW)
其中:
xx电厂
xx电厂
2.热电厂出力(万kW)
其中:
xx电厂
xx电厂
3.凝汽式电厂出力(万kW)
其中:
xx电厂
xx电厂
三、弃水出力(万kW)
(4)分区间的电力电量交换:
系统规划中,当通过电源方案的技术经济论证和电力平衡,确定了逐年的发电容量后,为进行电力网的潮流分布及调相调压计算,制定网络方案、选择送电线路导线截面、各种电气设备及无功补偿设备等,必须确定有关年份各种水文年不同运行方式时各发电厂的出力。
通过日运行方式的安排,可以求出联络线上的潮流。
在规划阶段为了节省工作量,往往只求日最大和最小运行方式的电力潮流。
在整个电力网络的规划中,电源和负荷是相对变化的。
220kV电网规划中,发电厂和上级500kV的变电所作为电源,220kV的降压变电所则承担负荷;35kV电网规划中,220kV降压变电所则作为35kV电网的电源,35kV的降压变电所则承担负荷;依此类推。
四、变电所的所址及容量选择
变电所所址选择工作可分为规划选所和工程选所两个阶段。
规划选所在编制电网发展规划时进行,对规划电网内可能布置变电所的点进行预先选择,以便在编制电网发展规划的过程中有充分的技术资料进行综合经济比较,从中规划出新建变电所的地点或范围。
但由于是规划性的工作,故随着电网负荷的变化会相应发生变化。
工程选所根据电力系统规划中所确定的地点或范围进行,工程选所工作都是一次完成(个别特殊情况也会反复几次)的。
选所时需要明确变电所在系统中的作用,也即明确该变电所是系统枢纽变电所、地区重要变电所或一般变电所中的中间变电所、终端变电所、开关站、企业变电所、二次变电所。
(一)变电所的电气主接线及其容量的选择
1.变电所的电气主接线
35~500kV变电所的电气主接线有:
变压器――线路单元接线、桥形接线、3~5角形接线、单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路隔离开关以及1个半断路器接线。
变电所采用哪种电气主接线,应根据变电所在电力系统中的地位、变电所的电压等级、出线回路数、设备特点、负荷性质等条件,以及满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求来决定。
一般情况已在技术原则中有所反映。
2.变电所主变压器容量的确定
变压器容量既可按电力系统5~10年发展规划的需要来确定,也可由上一级电压电网与下一级电压电网间的潮流交换容量来确定。
同时也需考虑N-1情况下的负荷安全送进送出,满足负荷率规定。
500/220kV变压器的500kV及220kV侧均为星形接线,故从结构上要求500/220kV变压器具有35~63kV的第三绕组,第三绕组的容量应不小于变压器容量(对自耦变压器为串联绕组容量)的15%,最大不超过变压器容量的(
)倍。
具体容量也可根据变电所装设的无功补偿容量来确定。
3.主变压器台(组)数及型式的选择
1对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电所以装设2台主变压器为宜。
但随着站址征地的困难程度提高,系统变电容量的增加,现在已大量采用3台主变。
2对于地区性孤立的一次变电所或大型工业企业专用变电所,在设计时应考虑装设3台主变压器的可能性。
3对220kV及以下电压等级的变电所,一般采用三相变压器。
4变压器按绕组型式可分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。
一般变电所选用双绕组变压器,当变电所具有3种电压,且通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上时,主变压器一般采用三绕组变压器。
自耦变压器与同容量的普通变压器相比具有很多优点,在220/110kV、330/110kV、330/220kV及500/220kV变电所中,宜优先选用自耦变压器。
(二)变电所的所址选择
变电所的所址应符合下列要求。
(1)接近负荷中心:
在选择所址方案时,事先需搞清本变电所的供电负荷对象、负荷分布、供电要求,变电所本期和将来在系统中的地位和作用。
选择比较接近负荷中心的位置作为变电所的所址,以便减少电网的投资和网损。
(2)使地区电源布局合理:
应考虑地区原有电源、新建电源以及计划建设电源情况,使地区电源和变电所不集中在一侧,以便电源布局分散,既减少二次网的投资和网损,又达到安全供电的目的。
(3)高低压各侧进出线方便:
应考虑各级电压出线的走廊,不仅要使送电线能进得来走得出,而且要使送电线交叉跨越少,转角少。
(4)所区地形、地貌及土地面积应满足近期建设和发展要求:
在所址选择时,应贯彻以农业为基础的建设方针,不仅要贯彻节约用地、不占或少占农田的精神,而且要结合具体工程条件,采取多种布置方案(如阶梯布局、高型布置等),因地制宜地适应地形、地势,充分利用坡地、丘陵地。
对建设发展用地,最好哪年用哪年征,不要过早圈定。
(5)所址不能被洪水淹没或受山洪冲刷,而且地质条件应适宜。
(6)确定所址时,应考虑其与邻近设施的相互影响:
飞机场、导航台、收发信台、地震台、铁路信号等设施,对无线电干扰有一定要求,所址距上述设施距离要满足有关规定要求,以便保证变电所对附近原有设施无影响。
所址附近不应有火药库、弹药库、打靶场等设施。
当所址附近工厂排出有腐蚀性气体时,布置时应根据风向避开有害气体。
(7)交通运输方便:
选所时不仅要考虑施工时设备材料及变压器等大型设备的运输,还要考虑运行、检修时的交通运输方便。
一般情况下所址要靠近公路或铁路,引接公路要短,以便减少投资。
(8)具有可靠水源,排水方便。
(9)施工条件方便等。
五、网络结构规划的常规方法
常规方法一般分为方案形成和方案检验两个阶段。
(一)方案形成
方案形成阶段的任务是根据输电容量和输电距离,拟订几个可比的网络方案。
目前,方案拟订还是由技术人员来完成的,它很大程度上依赖于规划者的经验。
送电距离的确定。
一般是在有关的地形图上量得长度,再乘以曲折系数1.1~1.15(这是个经验数字,各个地区可以根据地形复杂情况选用,或应用实际积累的数值)。
作业时可参考同路径已运行的线路实际长度,或取送电线路可行性研究后的设计长度。
送电容量的确定。
将一个待规划的电网分成若干区域(行政区或供电区),在每个区域内根据其负荷与装机容量进行电力(或电量)平衡,观察各区内电力余缺,从而可以明确哪些地区盈余,哪些地区不足,哪些电厂属区域性电厂,哪些电厂属地区性电厂,电力是从哪里送给哪个地区的,可以确定各地区间的送电量。
待规划电网的送电距离和送电容量确定后,应用本章第6节中关于送电线路输电能力的数据、以往类似工程实例以及规划者的经验,即可拟出几个待选的网络连接方式。
由于现代电力网络的结构愈来愈复杂,所以规划时没有标准模式可套用,一般应根据其规划年份内的负荷分布、数量大小、用电特性及其供电距离等进行考虑。
现代电力网络的结构只能非常近似地加以描述和分类。
从可靠性角度分,电网接线基本上可分为无备用网络和有备用网络两大类。
无备用网络又可分为单回线放射式和单回路链式(如图5-2所示);有备用网络又可分为双回路放射式、双回路链式、环网和双回路与环网混合型等(如图5-3所示)。
在规划电网方案时,可分为静态电网规划法和动态电网规划法。
静态电网规划法只对未来一个水平年的电网接线方案进行研究,因而又称水平年规划法。
动态电网规划法将规划期分为几个年度并考虑其过渡问题。
(二)方案检验
方案检验阶段的任务是对已形成的方案进行技术经济比较,其中包括电力系统潮流、调相、调压计算,稳定计算、短路电流及技术经济比较等。
在进行网络方案检验的同时,还可以根据检验得到的信息,增加或修改原有的网络方案。
(1)潮流计算分析:
主要是观察各方案是否满足正常与事故运行方式下送电能力的需要。
在正常运行方式下,各线路潮流一般应接近线路的经济输送容量,各主变(联变)的潮流应小于额定容量。
在n-1的事故(包括计划检修的情况)下,线路潮流不应超过持续允许的发热容量,变压器应没有长时期过负荷现象。
(2)暂态稳定计算:
检验各方案是否满足在SDJ161-85《电力系统设计技术规程》中所规定的关于电网结构设计的稳定标准下,电力系统能保持稳定。
这些标准主要是:
①单回线输电网络中发生单相瞬时接地故障重合成功。
②同级电压多回线和环网发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合(对于水电厂的直接送出线,必要时采用切机措施)。
③主干线路各侧变电所同级电压的相邻线路发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合。
④核电厂送出线出口及已形成回路网络结构的受端主干网络发生三相短路不重合。
⑤任一台发电机(除占系统容量比例过大者外)跳闸或失磁。
⑥系统中任一大负荷突然变化(如冲击负荷或大负荷突然退出)。
以上故障时网络结构必须满足系统稳定运行和正常供电。
还应核算以下型式故障:
①单回线输电网络发生单相永久接地故障重合不成功。
②同级电压多回线,环网及网络低一级电压的线路发生三相短路不重合。
以上故障时可采取措施保持系统稳定运行,但允许损失部分负荷。
电力系统规划一般可仅对推荐方案和少数主干网络比较方案进行静态和暂态稳定计算,但若根据系统特点能判断哪类稳定起控制作用时,则可只进行这类稳定计算(必要时进行动态计算)。
稳定计算应注意分析过渡年份接线及某些系统最小运行方式的稳定性。
当系统稳定水平较低时,应采取提高稳定的措施,如设置中间开关站,串联电容补偿、调相机、静止无功补偿器以及电气制动,送端切机,气轮机快关和受端切负荷等。
系统规划可根据电网具体情况初步分析并推荐一种或几种措施,为下阶段进行设计提供依据。
但在配电网规划中一般不用考虑稳定性的指标。
(3)短路电流计算:
短路电流计算的主要目的是确定各水平年的网络短路容量能否被网络中所有断路器所承受,提出今后发展新型断路器的额定断流容量,以及研究限制系统短路电流水平的措施(包括提高变压器中性点绝缘水平)。
系统规划应按远景水平年计算短路电流,选择新增断路器时应按投运后10年左右的系统发展容量进行计算,对现有断路器进行更换时还应按过渡年计算。
系统规划中应计算三相和单相短路电流,如单相短路电流大于三相时,更应研究电网的接地方式以及接地点的多少等。
当短路电流水平过大而需要大量更换现有断路器时,首先应研究限制短路电流的措施。
(4)调相、调压计算:
无功补偿应满足系统各种正常及事故运行方式下电压水平的需要,达到经济运行的效果,原则上应使无功就地分层分区基本平衡。
无功补偿一般选用分组投切的电容器和电抗器,当系统稳定有特殊要求时,应研究装设调相机或静止无功补偿器。
经调相、调压计算,在系统各种运行方式下变电所母线的运行电压不符合电压质量标准时,应研究增加无功补偿设备满足电压质量标准,在增加无功补偿设备后电压波动幅度仍不能满足要求时,可选用有载调压变压器。
除上述情况外,有载调压变压器一般应装设在供、配电网络中。
(5)经济比较:
用第4章所述的方法进行经济比较。
经济比较是选择电网方案的重要因素,但不是唯一的决定因素。
选择方案时,还应综合考虑下列因素:
A.主干电网结构;
B.厂内或者变电所内接线;
C.运行灵活性;
D.是否便于过渡;
E.电源、负荷变化的适应性;
F.对国民经济其他部门的影响;
G.国家资源(如土地
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