（电力系统及其自动化专业论文）中压配电变压器容量位置的优化研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 可以根据城市的地理区域( 也就是由街道、河流、铁路等 分割成的地块) 来划分。本文按地理区域划分的方法，因 为这种分片方法可以避免将来低压线路跨区供电，因面更 具可行性。 本文用确定性的中压配电变压器的位置、容量和供电 范围的优化模型和大范围寻优的三角连续分割算法- - t s p a ， 该模型和算法能够更为有效地计及线路投资和网损对中压 配电变压器规划方案的影响，而且该模型考虑到实际中已 有建筑对模型的影响，即加了已有建筑的约束条件，因此， 使得规划所得的中压配电变压器位置、容量和供电范围更 加经济、合理。实际算例表明，该模型和算法的建立有效 地解决了中压配电变压器的优化规划问题。 关键词：配电变压器位置，容量，资金价值原理，三角形 连续分割算法 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h eo p t i m l z a t i o nr e s e a r c ho n t h ec a p a c l t ya n dl o c a t i o n0 f m vd l s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r w i t ht h ef a s t d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n i q u e a n do p t i m i z a t i o n t h e o r y , m a n yp o w e rs y s t e me x p e r t s b e g i nt o b ed e v o t e dt ou s i n gt h ec o m p u t e rt os o l v et h e p l a n n i n gp r o b l e mo fe l e c t r i cn e t w o r k ，t h u si m p r o v e dt h e s p e e da n dq u a l i t yo fp l a n n i n gg r e a t l y , h a si n j e c t e dn e w v i g o ri n t ot r a d i t i o n a le l e c t r i cn e t w o r kp l a n n i n g w i t ht h e s e t t i n g u po ft h el o c a t i o nt h e o r y , t h er e s e a r c ha b o u tt h e l o c a t i o np r o b l e mo ft h ee q u i p m e n ti sd e e p e n e dd a yb y d a y , i n c l u d et h ec o n s t a n ta p p e a r a n c eo ft h em o d e la n d s 0 1 i o no fd i f f e r e n tv a r i o u sk i n d so f g o a l f u n c t i o no f l o c a t i o n p r o b l e m s ，i t sa p p l i c a t i o n f i e l dh a sg o tf u r t h e r e x p a n s i o n t o o t h ef u n dh a st i m e v a l u e j t sv a l u ei n c r e a s e s g r a d u a l l y a st i m eg o e sw h i l ef u n di n p u te c o n o m i c a c t i v i t y 太原理工大学硕士研冤生学位论文 t h e a p p r e c i a t i o no f t h ef u n di sn a m e dt i m ev a l u eo ff u n d i n e q u i v a l e n c eo ft h ef u n dt h eb a s i cc a l c u l a t i n gm e t h o d h a si a w so fs i m p l ei n t e r e s ta n dc o m p o u n di n t e r e s ti a w t h i sp a p e ru t i l i z e st h el a wt h a tc a p i t a li s p a i do n c ea n d r e t r i e v e de q u i v a l e n t l ya m o n gc o m p o u n di n t e r e s t ，c o n v e r t p r e s e n t i n v e s t m e n tt oa n n u a le x p e n s e so ft r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n ，c o n s i d e rn e t w o r ki o s sa n dj n v e s t m e n ta n d o p e r a t i o ne x p e n s e s o fc i r c u i to fs e c o n d a r ys i d el i n e ，h a v e s e t u ps t a t i co p t i m i z e dm o d e l sw i t ht h el a wo fa n n u a l m j n i m u m e x p e n s e s t h e q u e s t i o n o f s e l e c t i n g l o c a t i o na n d c a p a c i t y a m o n g t h eq u e s t i o n so f p l a n n i n go fu r b a np o w e r n e t w o r k i sa ne s p e c i a ll o c a t i o nq u e s t i o ni n c l u d i n gt h eq u e s t i o no f p l a n e l o c a t i o na n dc o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o n c o n s i d e r i n gt h en u m b e r o fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rb e i n g e n o r m o u sw e a d o p t t h e s t r a t e g y t h a tc a l c u l a t e s a c c o r d i n gt op i e c e a f t e r d e t a c h i n gi n t op i e c e s o nt h e q u e s t i o n o f s e l e c t i n g l o c a t i o no fm vd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e r b e c a u s ea c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tl o a dl e v e l a c i t yh a sg e n e r a l l yt h o u s a n d so fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r a n db o xt r a n s f o r m e r i fw et a k et h ee n o r m o u s p r o j e c ta s aw h o l e c a l c u l a t i n g ，i t i sd i f f i c u l tt o g u a r a n t e e i t s c o n v e r g e n c ea n dc a l c u l a t i n gt i m e w ec a nd e t a c hi n t o p i e c e sa c c o r d i n gt ot h ep o w e rs u p p l yr a n g eo fs u p e r i o r 。； 奎星矍三盔兰堡圭至窒皇兰堡鎏苎 ； t r a n s f o r m e r , a l s oa c c o r d i n gt og e o g r a p h i c a la r e ao fc i t y ( n a m e l y t h ep l o td i s p a t c h e d b ys t r e e t ，r i v e r , r a i l w a y ) t h e p a p e ra d o p t st h es o l u t i o nt h a t d i s p a t c ha c c o r d i n gt o g e o g r a p h i c a la r e a ，j tc a na v o i d p o w e rs u p p l ya c r o s s d i s t r i c t ，i th a s f e a s i b i l i t y ad e t e r m i n i s t i c p l a n n i n g m o d e lt o o p t i m a l t h e l o c a t i o n s ，s i z e sa n ds e n ，i c ea r e a so fm v l vd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e r si sp r e s e n t e d f i r s t l y , a n dt h e na na l g o r i t h m - - t r i a n g u l a rs u c c e s s j v ep a r t i t i o n a l g o r i t h m ( t s p a ) w h i c h c a n a u t o m a t i c a l l ys e a r c ht h eo p t i m a ls o l u t i o no v e raw i d e r a n g e i s p r o p o s e d t h em o d e la n dt h e a l g o r i t h m c a n e f f i c i e n t l yc o n s i d e rt h ei m p a c to fc o s to ft h ei n v e s t m e n t a n dp o w e rl o s so ff e e d e mo np l a n n i n g s c h e m e ，s oa n e c o n o m i ca n dm a s o n a b l e s c h e m ec a nb e o b t a i n e d s o m e p r a c t i c a l e x a m p l e ss h o wt h a tt h em o d e la n d a l g o r i t h ma r ev e r ye f f i c i e n t k e yw o r d s ：l o c a t i o n ，c a p a c i t y o fm vd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e r , t i m ev a l u eo f f u n d ，t r i a n g u l a rs u c c e s s i v e p a r t i t i o na l g o r i t h m ( t s p a ) 太原理工大季硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 所研究课题的意义和必要性 城市电网既是电力系统的主要负荷中心，又是城市基础建设的重 要组成部分，其建设、改造以及运行的经济性和安全性直接影响到整 个电力部门的经济效益和广大电力用户的供电质量，对其进行科学的 规划和设计可以获得巨大的经济和社会效益，相反，规划和决策的失 误会给国家建设和城市经济发展带来不可弥补的重大损失。 根据i e e e 的c i g r e c i r e d 联合工作组的新的分类标准，城市 电网分为次输电网( 电压为2 5 k v 2 7 5k v ) 和配电网，我国也称为 高压配电网( 电压为3 5k v 、6 6k v 、1 1 0k v 和2 2 0k v ) 、中压配电 网( 电压为2 0 k v 、1 0 k v ) 和低压配电网( 电压为3 8 0 v 、2 2 0 v ) 。 城市电网规划是电力系统三大任务( 电力系统能源和发电规划、输变 电规划、配电系统规划) 之一。 按规划时间的不同，城市电网规划分为近期( 1 5 年) 、中期( 5 1 5 年) 和长期规划。长期规划属于战略规划，它主要决策城市电网 发展的重大问题和发展方向( 如建立新的电压等级、确定新的城市电 网电源点、论证规划期末的城市需电量以及城市可能发生的改造和扩 展方向) ，为中期和近期规划制定目标。中期和近期规划属于战役规 划，主要为长期规划的任务和目标如何实施确定时间表。长期规划要 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 求中期和近期的城市电网建设和改造是长期电网发展目标的一部分， 保证近期和长期投入的设备在规划期间不会发生拆除的现象。 城市配电网规划工作是一项包括空间负荷预测、配电变电站站 址、站容优化以及配电网络优化等内容的复杂、庞大的系统工程，其 主要构成及进行路线如图1 1 所示。其中中压配电变压器位置及容 量的优化规划是个极其重要的环节，它直接影响着未来城市中低压配 电网的结构，影响着未来城市电网运行的经济性和供电可靠性。尽管 从理论上可以对中压配电变压器和中压配电网络进行综合优化，但由 于城网中1 0 k v 变压器和l o k v 馈线数目过于庞大、机时消耗过长而 难于使用。因而先进行城网1 0 k v 3 8 0 v 配电变压器优化规划，再进 行中压配电网络优化规划，通过几次迭代寻求整体最优的做法在实践 中更为可取。本文将仅就目标年城市电网1 0 k v 3 8 0 v 配电变压器的 位置、容量和供电范围优化规划进行研究，并简称其为中压配电变噩 器优化规划。 图卜1 城市配电网规划基本步骤 f i g 1f l o w c h a r to fu r b a nd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n g 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 对城市电网网络规划起决定作用的是高压变电站和中压配 电变压器的优化问题，这是一类复杂的大规模、非线性的混合整数优 化问题，其优化结果将决定未来城市电网的网架结构、供电的经济性、 供电的质量和能力，然而该问题至今未得到很好的解决。 在配电系统中，变电所和配电馈线是构成整个配电系统的不同部 分，它们之间有密切的联系。从理论上讲，配电系统的优化规划必须 能将配电变电所和配电馈线系统同时进行考虑。但是考虑到配电系统 元件数量很多，而且配电系统和输电系统相比有自己的网络结构方面 的特殊要求( 例如要求正常运行时用辐射状运行，但规划设计时又必 须考虑必要的联络线) ，考虑到计算时间和计算机的资源有限，一般 很难将这两部分同时考虑。在目前提出的规划模型中，要么对变电所 和配电馈线系统进行简化、要么分两步分别考虑配电变电所和配电馈 线的规划( 当然，在这两步中要分别对相应的另外一部分进行必要的 分析) 。 当分两步考虑配电系统规划时，进行配电网架规划之前首先必须 解决变电所规划的问题，即确定在满足负荷需求的前提下，如何合理 的分配变电所，以达到更高的经济性。配电变电所规划主要要解决的 是确定变电所的定位、变电所之间的容量配合、及各变电所的供电范 围等问题。 城市电网由送电线路，高压配电线路，中压配电线路，低压配 电线路以及联系各级电压线路的变、配电所组成。这些变、配电所 的位置直接影响着整个城市电网的结构。尤其是高压变电所，其位 置及容量的确定既要考虑到负荷的分布情况，又要考虑到整个电网 的结构，其布局好坏直接影响到供电网络的结构是否合理以及无功 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 电源的配置等问题，所以其站址及站容的自动选择( 简称为变电站 选址问题) 是在小区负荷预测之后的一项十分重要的基础工作。中 t 压配电所或配电变压器的位置和容量主要取决于各用户用电负荷的 大小，它们的位置及容量的确定相对高压变电所而言要容易得多。 但是，由于配电变压器的数量远远大于高压变电所的数量，一个中 等规模的城市常常有多达数千台配电变压器，对其位置及容量进行 自动选择将大大提高规划工作的效率，并克服人为选址的随意性。 因此，在小区负荷密度预测的基础上，发展中压配电变压器位置及 容量的自动优化算法也是十分必要的。 1 2 研究现状 城市电网规划中的选址与定容问题包括高压变电站的位置、容量 和供电范围的优化问题和中压配电变压器的位置、容量和供电范围的 优化问题，它们都属于一类特殊的定位问题。 经典定位问题，也称w e b e r 问题，最早是由a w e b e r 于1 9 0 9 年 在研究仓库位置选择中首先提出来的，即给定空间分布的客户的一个 集合，确定一个仓库的位置，使得仓库和各客户之间的距离总和最小。 二十世纪六十年代初期以前，各国研究人员提出了很多定位问题，但 基本上未形成一套系统的理论和方法。定位问题理论研究上的突破是 在1 9 6 4 年，s l h a k i m i 研究了一般化的单个或多个设施的定位问题， 即目标函数取为定位的设施和接受服务的各点之间的距离综合最小 或者最大距离的总和最小。随着定位理论的建立，有关设备定位问题 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 的研究日益深入，包含各种各样的目标函数的定位问题模型和解法不 断的出现，其应用领域也得到了进一步的拓展【l j 。 r l f r a n c i s 于1 9 8 3 年在回顾了连续平面上、离散平面上、混合 平面上和离散网络上的四类定位问题后。研究了优化问题及其求解 “可靠性方法”【2 l 。b c t a n s e l 于1 9 8 3 年提出了沿树状网络定位的 p 一中心问题和p 一中位问题 3 1 ，并每一个问题的算法和计算结果。 j k r a r u p 和p p r a z a n 于1 9 8 3 年回顾了p 一中心问题和p 一中位问题在 平面上和网络上的研究，提出了定容和不定容的设施定位问题。 c h a i k e n s 于1 9 8 5 年系统总结了仓库定位问题的研究情况。 m l b r a n d e a u 和s s c h i u 于1 9 8 8 年从目标函数和包含的变量方面总 结了五十多种定位问题和定位问题的求解算法。c s r e v e l l e 和 g l a p o r t e 于1 9 9 6 年在研究工厂定位问题的基础上，又提出了考虑新 的不同的目标函数、多产品和多机器以及空间互相作用的工厂选址的 五种模型。s s s y a m s 于1 9 9 7 年提出了考虑设施规模和产品费用及运 输费用的全球范围内的企业或工厂定位问题并给出了采用了 l a g r a n g i a n 松弛技术的求解算法。d j b e r t s i m a s 等人分析了有关设备 定位问题的各种求解算法并指出了各种算法最好和最坏情况下的解 的质量。 目前定位理论研究的焦点是在算法上，这些算法基本可以分为以 下三类：( 1 ) 精确算法( 2 ) 启发式算法( 3 ) 启发式评估算法。关于 w e b e r 问题的求解，到目前为止，人们已提出了许多精确的和启发式 的方法【4 【5 1 。由于平面定位问题已被证明是n p h a r d 问题，对于多 w e b e r 问题，启发式方法将是求解这类问题的一个最有效途径。 目前的启发式方法主要分成以下几种：( 1 ) 构造性的方法( 包括 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 梯度法、扰动法和多周期方法) ；( 2 ) 局部寻优( 包括t a b u 寻优法、 模拟退火法和噪声法) ；( 3 ) 基于种群的方法( 即遗传算法) ；( 4 ) 基 于数学的方法( 包括l a n g r a n g i a n 启发式技术和不完全的分支定界 法) ；( 5 ) 人机交换的启发式方法；( 6 ) 混合寻优方法。文献 6 】 的方法均是在假设设备的固定费用和维护费用相同的情况下求解设 备定位的算法，而在实际情况下，这种假设是不尽合理的，因为需要 定位的设施常常分为几个等级并具有不同的固定费用和运行维护费 用。 城市电网规划中的选址与定容问题是一个包含平面定位问题和 组合优化问题的特殊的定位问题。关于高压变电站的优化问题，目前 的研究主要有两个方向，其中之一是对变电站和网络同时进行优化的 模型和方法，另外一种是将变电站和网络的规划问题进行分解，而在 变电站的优化规划中近似考虑网损和线路投资的方法。由于前一种方 法的复杂性随网络的规模的扩大而呈指数增长，耗费机时长而且费用 巨大，目前难以满足配电网规划人员的要求。而采用先进行变电站优 化规划然后再进行配电网络规划的方法在实际中更为可行。因此实际 中采用解耦协调方法较为可取，即采用后一种规划方法，然后通过 变电站优化规划和网络优化规划的几次迭代选出总和费用最小的规 划方案。虽然从确定性的意义上说，后一种优化方法似乎不如前一种 方法，但由于后者不仅可以节省规划工作的时间和费用，而且便于计 及众多的不确定与不精确因素，因此，该方法是一种更符合实际的规 划方法。 对于中压配电系统的规划问题，都具有大规模的特点。对于这些 大规模问题的解决方法，可分为以下三类： 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 传统的数学优化方法 首先使为规划问题建立数学模型，例如：线性规划模型、非线性 规划模型、整数规划模型、混合整数规划模型以及网络流模型等。 然后对这些模型通过经典的数学优化方法( 例如单纯形法、动态规 划法、分支定界法、网络流规划法等) 进行求解。通过这些方法得 到的结果从数学角度看，具有严格的最优性。但是，除了基于线性 规划模型的算法外，其他很多模型的算法都非常复杂。为了降低计 算复杂性而进行的对问题的简化，却又使得最优性得不到保证。 2 、启发式算法 启发式算法基于直观的分析，具有直观、灵活、方便规划人员参 与等特点。但是，从数学角度来看，这类方法缺乏严格意义上的最 优性。基于专家系统的方法汇集了大量的专家经验甚至能模仿人的 推理能力，但其本质是该方法要与其他的优化方法相结合，才能取 得满意的效果。 3 、基于随机化技术的优化方法 这类方法包括遗传算法、模拟退火、t a b u 搜索、基于随机化技术 相结合的人工神经网络法等方法。基于模拟退火的方法进行全局寻优 的能力较强，但是为了保证求解的最优性，就必须以足够缓慢的速度 降温，其相应的计算量是非常大的。t a b u 搜索算法计算速度较快， 但是这种方法很容易局限于局部最优解。人工神经网络具有天生并行 处理的优势，但是其非常复杂耗时，并且也很容易局限在局部最优解。 相比之下，基于随机化技术的遗传算法在计算速度和全局寻优能力方 面做到了最好的折中。然而，目前的遗传算法也存在着局部精确寻优 能力差的缺点。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 本论文要进行的研究 相对电力系统其他部分来讲，配电系统在运行过程中具有自身的 特点：首先，涉及的基础数据量庞大，对于一个城市配电网，从高压 配电站出发一般都有几十或上百条配电出线，而每条线路上根据负荷 的情况又会有多条支线及次级支线等构成一个庞大的网络，并且配电 网络连接的低压用户无论在空间分布上还是在用电性质上都数量巨 大种类繁多；其次，配电系统正常运行时对网络的结构会有一些特定 的要求，如需要网络呈树状方式运行等：最后，配电系统的运行分析 中常常会受到一些其他因素的影响，如受到各种随机因素的影响等。 这里我们着眼于配电系统运行优化中的一个重要问题：中压配电所 变压器的优化。本文就是在小区负荷己知的情况下，利用计算机来实 现中压配电变压器的位置和容量的优化，使其在满足负荷增长需求的 同时，实现投资及运行费用最小化。但是由于配电变压器的数量庞大， 而且还要考虑进出线走廊、交通、防洪、地质等条件，使得整个工作 变得十分复杂。 考虑到配电变压器数量庞大这个问题，对于中压配电变压器的选 址、定容问题，采取了“先分片，然后按片计算”的策略。因为按目 前的负荷水平来说，一般的城市都有几千台配电变压器和箱式变压 器。对于这样一个庞大的工程，如果作为一个整体来考虑而进行计算， 很难保证其收敛性和计算时间。分片可以根据上级变电所的供电范 围来划分，也可以根据城市的地理区域( 也就是由街道、河流、铁路 等分割成的地块) 来划分。这里推荐按地理区域划分的方法，因为这 种分片方法可以避免将来低压线路跨区供电，因而更具可行性。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 传统的变、配电所选址方法都是基于平均负荷分布假设基础上 的。但实际上，城市的负荷分布是不均匀的，有些地区由于是工业区， 可能负荷密度很高，而有些地区却可能很低。这时，如果还是采用传 统的选址方法，将会产生一个不尽合理的变配电所的布点方案。近年 来，随着计算机技术和优化理论的迅速发展，许多电力系统专家开始 致力于应用计算机来解决电网规划问题，从而大大提高了规划的速度 和质量，给传统的电网规划工作注入了新的活力。 本部分所要进行的工作是：在城市各小区负荷值已知的基础上， 利用计算机，自动地确定出目标年及中间年待建变配电所的地理位置 及其容量，以满足未来负荷发展的需要，同时所需投资及运行费用最 小。由于新建变配电所的地理位置、供电范围及容量都是未知的，各 个变量之闻相互影响、相互制约，它们的组合方案数更是大得廉人， 再加之还必须综合考虑变配电所的进出线走廊以及地形、交通、防洪、 地质等条件，所以整个问题十分复杂。 城市电网规划中的选址与定容问题包括高压变电站的位置、容量 和供电范围的优化问题和中压配电变压器的位置、容量和供电范围的 优化问题，它们都属于一类特殊的最佳定位问题。 城网规划中的选址定容问题包含了组合优化问题和平面p 中位问 题。以往的模型和算法都在某些方面存在着一些缺陷，因而很难满足 实际配电网中变压器优化问题的需要。例如：文献【7 提出了变电站 的位置、容量和投入时间优化的交互式过程，但没有考虑到线路投资 的影响，而在实际中线路投资是必须考虑的一个重要因素。文献f 8 1 提出了一种求解变电站和馈线位置的简单的目标函数，但没有考虑费 用的时间性，并忽略了网损的影响。而在实际的投资方案中，费用的 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 时间性是不可忽略的问题，它有可能成为改变投资方案的决定性因 素。并且网损对方案选择的影响也是很大的。文献 9 】提出了一种优 化变电站容量和近似考虑线路网损的模型，但变压器的位置和容量必 须是事先给定的，而这些参数在实际工程中是很难精确得到的。文献 【1 0 首先提出了求解变电站优化问题的大规模自动寻优的方法，该方 法无需指定水平年的候选变电站的位置和数量，也无需符合均匀分布 的假设，就能过大范围快速寻优，以满足工程的需要。但是应用该方 法解决中压配电变压器的优化问题时，由于不能很好的解决线路投资 所占比熏较大的问题，致使得到的配电变压器容量的优化结果偏大。 本文所采用的中压配电网络优化模型是在充分研究了现有各种 网络规划方法的基础上，结合我国中压配电网络的特点，所建立的一 种非线性混合规划整数模型。它是在完成负荷预测的基础上，进行的 城市中压配电变压器所需投建或增容的变压器的地理位置和容量。 系统中所采用的非线性混合整数规划模型的且标函数为：规划水 平年中，配电变压器的投资及年运行费用、估算的配电变压器二次侧 出线线路的网损费用及估算的配电变压器二次侧待建线路的综合投 资费用三者之和。以负荷需求、变压器和线路的容量限制、功率平衡 以及供电半径等作为约束条件。 论文的主要内容就是具体介绍这种中压配电网络优化模型及大 范围寻优的三角连续分割算法t s p a ，在充分理解这些内容的基 础之上采用c 语言编程来实现其算法。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章数学模型的建立 2 ，1 变压器容量选择和站址选择原则 2 1 1 变压器容量选择原则 变电所容量和台数是影响城网结构、可靠性和经济性的一个重 要因素。变电所容量和台数不同，网内变电所总数、变电所的主接线 形式和系统的接线方式也就不同，也必然对电网的经济性和可靠性产 生不同影响。那么，在增大电网变电容量时用大容量变压器换小容量 变压器、增加变电所内变压器台数和新建变电所时如何确定变电所容 量和变压器台数? 国内没有明确规定，在电网设计时是按个人的经验 见解或观点来处理这一问题的。 变电所容量及变压器台数是城网规划设计中必须决策的问题。 为了使决策科学合理，先对这个问题分析如下： 国外情况 变压器容量和一次侧电压有密切关系，也即变压器容量和它所在 电网功能相适应。据1 5 个国家统计，输送电系统中的单台变压器容 量变化范围很大，如4 0 0 k v 电压的电网中变压器容量为2 4 0 7 7 0 m v a ，而送配电系统中的单台变压器容量范围要小的多。用另一 个概念来说，即电压等级高，变电所密度低，变压器容量大：电压等 级低，变电所密度高，变压器容量小【1 1 1 。 另外，还有一些因素影响变压器容量大小的选用，如单位容量 l 】 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( m v | a ) 费用、系统短路容量、运输条件和安装环境等。 变电所密度和容量还与负荷密度及其增长率、变压器的负荷率等 因素有关，高负荷密度地区需要建造多而大的变电所，这是众所周 知的。负荷增长速度是选择变电所容量的重要依据。国外普遍掌握的 原则是：开始阶段，负荷密度小时多用较大容量变压器。若变压器低 负荷率运行，单位变电容量( m w ) 费用大于高负荷率运行变压器： 若用小容量变压器提高变压器，提高变压器负荷率，负荷增长快的地 区若选小容量变压器，必然很快被大容量变压器所代替，是不经济的。 据调查统计，变电所建设费用和负荷密度的平方根成反比。 供电容量不足几乎是当前我国所有城网都存在的问题，增加降压 容量是解决供需矛盾的唯一措旌。在具体实施时可采取不同方式增 容，多布点，多建新的降压站，也可采取增加布点和扩容相结合的方 法t 但是布多少点为合适，变电所扩建到多大规模，几台变压器为最 好，迫切需要有个科学的回答。 根据变电所应达到的功率因数标准，按下式计算变压器容量s s ：熹( 2 - 1 ) c o s 口 。 2 1 2 变电站选址原则 变电所所址选择是- - i - j 科学性、综合性、政策性很强的学科，使 电力基本建设工作的主要组成部分。所致选择是否正确，总布置是否 合理，对基建投资、建设速度、运行的经济性和安全性起着决定性的 作用。实践证明，凡是重视前期工作，所址选择的好，则投资省、建 设快、经济效益高。反之，将给电力建设造成损失和浪费，甚至影响 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 安全供州1 2 1 。 电力建设经验表明，凡是重视建设前期工作，所址选择得好，所 需要的建设时间就比较短，就能很快投入运行，经济效益就高。反之， 忽视前期工作，仓促定案，其结果往往是工程停停打打，不仅造成的 损失浪费是严重的，而且给生产运行带来长期的不合理，对用户的生 产，城市建设的发展也将产生影响，给职工生活带来不便。所址的选 择和确定，必须建立在科学的、符合实际的基础上，要深入细致的调 查研究，把负荷、地质、交通运输、出线走廊、环境保护及外部协作 条件等原始情况了解清楚，不仅要搞好项目本身的微观经济效益，更 应注意项目的宏观经济效益，通过多方案的比较和敏感性分析，筛选 出最佳方案，为发展电力建设做出新的贡献。 选所工作的粗与细、地址的好与差，不仅直接影响着工程投资， 而且对工程经济效益有着决定性的影响。所以说，一个点电所能不能 加快建设速度，能不能节约投资、土地和材料，以及建成后能否发生 经济效益，勘测设计工作将起决定性的作用。 1 靠近负荷中心 变电所所址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽 可能的接近主要用户，靠近负荷中心。这样，必然就会减少输电线路 的投资和电能的损耗，即经济又节省能源。因此，变电所靠近负荷中 心是所址选择的基本原则之一。这一原则既符合党的方针政策，又符 合技术经济合理的建设目的，同时也可避免由于所址远离负荷中心而 带来的一些其它问题。通常， 二次变电所、专用变电所、终端变电 所等比较容易做到深入供电对象( 一个或多个企业) ，靠近用户，而 枢纽一次变电所往往由于这种或那种限制较难做到仅靠负荷中心。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 节约用地 节约工程用地是我们的国策。这是因为土地是国家的宝贵财富， 是农业的节本生产资料，是一切生产、建设和人民生活必需的活动基 地。耕地面积的多少，对农业生产的发展和人民生活的改善关系极大。 虽然我国幅员辽阔，但由于人口众多，平均每人占有的耕地面积不仅 低于美国，苏联，还低于西德、英国和罗马尼亚，可以说是世界上人 均耕地最少的国家之一。这一事实告诉我们，节约用地问题必须引起 我们高度重视，把它作为一个战略性的问题来对待。 故所址选择时，必须落实国策，认真贯彻执行节约用地的方针， 遵循技术经济合理的原则，合理布置，尽可能提高土地的利用率。凡 有荒地可以利用的，不得占有农田，凡有劣地可以利用的，不得占有 良田，尤其是要尽量避免占有菜地、园地等经济效益高的土地。在满 足生产工艺流程和方便施工的条件下，用地要紧凑。因地制宣，合理 利用荒地、劣地建所。特别是在地少人多地区，更应十分珍惜每一寸 土地，不占或少占良田。 3 地形地质 良好的地形、地质条件，是直接影响变电所能否多快好省的建设 和安全生产的重要关键。故所址地形、地质的选择，应围绕着投资省、 工期短、见效快这个目标进行工作。 4 线路走廊 变电所所址的选择，应便于各级电压线路的引进和引出。变电所 的进出线在变电所附近或通过规划区时，往往需要集中在一起假设， 其所占的范围和行经的线路走廊，其宽度称为走廊宽度。对于电压为 1 l o k v 以上的大、中型变电所，在变电所周围应有一定宽度的空地， 】4 太原理工大学硕士研究生学位论文 以利于线路的引进和引出。故进出线走廊应与所址选择同时确定。在 确定出线走廊时，还应考虑与城镇规划相协调。 进出线走廊应根据电力系统规划，做出统一安排，并应留有扩建 发展余地，防止因所址选择不当，造成进出线困难，影响扩建或增大 送电线路建设费用。 5 交通运输 所址应尽可能选择在已有或规划的铁路、公路、河流交通附近， 以减少交通运输的投资，加快建设和降低运输成本。 选择所址时应考虑施工时设备材料的运输。特别应考虑大型超过 限制设备，主变压器、调相机等大件的过河过桥运输方案，以及运行 时抢修、维护的道路。变电所在运行期间的对外运输量是很少的。 6 水源 变电所用水量，随着变电所在地区、性质、设备情况、规模、人 员的配置等的不同丽有差异。由于变电所工作人员的一切生产活动和 生活都离不开水，所以，无论何种供水方式，在选所过程中，水源的 合理选择，取水地点和位置确定等均应给予十分重视，以确保水源落 实可靠。实践已经说明，由于供水水源的不可靠，已经给某些变电所 的正常生产和生活带来了困难。在选择所址时，搞清水源条件，确保 水量充足可靠是十分重要的。如果情况不明，勉强建所，势必造成后 患。 7 避开污秽地段 选择所址时，应尽量不设在空气污秽地段，宜远离污秽源，否 则采取防护措施( 如在严重污秽地区，采用屋内配电装置，加强绝缘 等级) 或设在污染源的最小风频的上风侧。因为污秽地区的各种污秽 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 物，严重影响变电所电器设备运行的可靠性。其对电气设备危害的程 度与污染物的导电性、吸水性、附着力、气象条件、污染物的数量、 比重及与污染源的距离等因素有密切关系。 8 防洪排水 选择所址时，所址场地应避免被洪水或暴雨的积水淹没，也不 应被l 临近地域流来的客水所浸。靠近江、河、湖、海等天然水域的变 电所，其所址应高出江河等最高洪水水位0 5 m 以上( 山区0 5 1 o m ) 。当直接受波浪和壅水影响时，尚应增加波浪侵袭和壅水高度， 或按当地的暴雨强度公式计算所址溢流周期。 9 环境保护 随着工农业生产的发展，环境污染问题越老越受到世界各国广 泛的重视，因为新工业基地的不断出现，必然给环境带来一系列新的 污染物排放等问题。保护和改善环境是关系到保护人民健康和工农业 生产发展的大事。所以，选择所址时必须认真考虑环境保护的要求， 减少和防止污染。与此同时，还应考虑周围环境是否对所内电气设备 有无不良影响，要取得良好的环境效益。 1 0 适应城乡规划 选择所址时必须考虑城乡规划的要求。因所址所在地区与城乡 规划有密切关系，往往拟建变电所的规划和建设，又多属城乡建设的 一个重要组成部分，故所址位置选择的正确与否不仅对城乡生活及其 发展有重大影响，同时对变电所本身的运行和修建条件影响也很大。 所以选择所址时必须注意与城乡规划相协调。 1 1 利于施工 选择所址时，还必须从施工的观点统筹考虑所址布置，预计在 】6 太原理工大学硕士研究生学位论文 ；= ；= = = ；= ；e 目_ ；= ；= = ；| _ i l l _ ；= j = ；= = = = = ；_ _ _ ；= ；= = j _ ；= = ；= ；一 施工时可能出现的一切问题，在保证供电安全、可靠的情况下，充分 考虑施工的顺序和进度，以便从中选出旆工方便，土、石方工程量小 和拆迁量少，有利缩短建设周期，加快建设，见效快、投资少、经济 效益好的所址。 1 2 考虑发展 选择所址时，既要考虑近期建设合理，又要预留远期发展的可 能。要全面规划，统筹安排，做好远期发展及预留场地规划，处理好 变电所的远景发展和近期建设的关系，因为生产在发展，随着时间的 推移，任何工程都要变化。一般每个工程都有个远期问题所以只考虑 近期是不够的，加之情况有时在不断的改变。要求发展的起因也是多 种多样的，一般来说，一种是设计任务书中明确规定的远期发展规模， 另一种是变电所投产后，由于布局的改变，负荷突然增加而引起的发 展变化，以及突破原来设想的规模等等。因此要用发展的观点分析和 预留发展的可能性，切不能因短视和近利，人为的堵死变电所的发展， 必须兼顾发展的长期利益，本着远近结合，以近为主的原则，充分考 虑发展，留有扩建余地。即所址的选择无论从现在和将来看都比较合 理为宜。 2 2 资金的时间价值原理 技术方案的实施时间( 包括建设期和使用期) 少则几年，多则是 几年，甚至几十年，为了解决不同时间发生的费用与受益的可比性问 题，需要引入资金的时间价值概念，并介绍资金等值的计算方法m 。 1 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 1 姿金时间价值基本概念 ( 一) 、与资金时间价值有关的概念 1 、资金与现金 ( 1 ) 资金。国民经济各部门中财产和物资的货币表现成为资金。 一定数量的资金要反映一定数量的事物或货币，如工业企业中的厂 房、设备、工具、原材料、半成品、成品及现金等。国民经济的发展， 要由相应的资金作保证，经济发展的规模和速度。要根据国家财力、 物力的可能来安排。在资金的分配形式上，有通过预算支出而分配财 政资金和通过银行贷款而分配的信贷资金。在资金的用途上，有用于 基本建设的资金，用于生产经营活动的资金，以及其他的有特定用途 的资金。按资金在生产中的周转情况，有固定资金与流动资金之分。 ( 2 ) 现金。以投入流动的减缓媒介。不同国家，对现金的解释 不同。一般包括库存货币( 包括外币) ，银行活期存款，即期或到期 票据( 包括本票、汇票、支票) 等。我国现行会计制度，只指库存现 金。在技术经济分析中现金具体表现为当年的现金流入与流出。 2 、利息与利息率 ( 1 ) 利息。借款人支付给贷款人的报酬称为利息。企业或个人 向银行贷款要支付利息，银行对企业或个人的储蓄存款也要支付利 息。贷款与储蓄计息，有利于促进企业嘉庆经济核算，加速资金流转， 节约使用资金，有利于鼓励居民勤俭节约，吸收游资用于国家建设。 ( 2 ) 利息率( 简称利率) 。一定时期内利息金额同贷款( 或存款) 金额的比例成为利息率。通常用百分数表示。依计息周期( 或时间不 同) ，而分为利率、季利率、月利率以及日利率等。在我国，利率的 高低主要根据借贷资金的供求关系以及国家的财政经济政策来决定。 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 、贴现与贴现率 ( 1 ) 贴现。企业或个人向银行取得贷款的一种形式。企业或个 人为了早日取得现金，将所持有的未到期票据( 汇票、期票) 向银行 请求贴现，银行按市场利率及票面金额扣除自贴现日起至票据到期日 为止的利息( 称现息或贴息) 后，将现金支付给请求贴现的人。贴现 亦称折现。在技术经济分析中，将未来某一年( 或某一时刻) 发生的 现金收入( 或支出) 量折合为现在的现金量的计算，也称贴现( 或折 现) 。他是按某一规定的利率计算的。 ( 2 ) 贴现率。按规定利率计算的，在今后某一( 或若干) 规定 时间收回或支付的款项的现在价值，称为贴现值( 或称现值) 。贴现 值与今后到期收回或支付款项总额之差，称为贴现率或贴息。当贴现 期为一年时，贴息即为一年的利息，该贴现与贴现值之比称为年贴现 率或年折现率，一般以百分数表示。 4 、单利与复利 ( 1 ) 单利。只按本金计算利息，上期利息不再递n a 下期本金 ( 即本金值不变) ，借款到期时一次偿还本利的计算利息还本方法。 利息计算方法为 i = p i n ( 2 2 ) 其中p 为本金，i 为利率，行为计息期数。 ( 2 ) 复利。将上期