（电力系统及其自动化专业论文）电网运行及规划中若干问题的探讨.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h e r ea r em a n yl r o b l e m si np o w e r 鲥dp l a n n i n g , s u c ha sm a i ne l e c t r i cc o n n e c t i o ni n s u b s t a t i o n ，h o wt oc o n f i g u r es u b s t a t i o na n dp o w e rs u p p l ya n dh o wt ol i m i tf a u l tc u r r e n t i ft h e s e p r o b l e mc a n b es o l v e d , i tw i l lb eh e l pf o rp o w e r 研dp l a n n i n g t h i st h e s i si st os o l v et h r e ep r o b l e m o n ei sh o wt os e l e c tar e a s o n a b l em a i ne l e c t r i cc o 皿e c t i o ni nll o k vs u b s t a t i o n a n o t h e ri sh o wt o c o n f i g u r ep o w e rs u p p l yi n11 0 k vs u b s t a t i o n t h el a s tp r o b l e mi sh o wt ol i m i tf a u l tc u r r e n t m a i ne l e c t r i cc o n n e c t i o ni st h em a i nb o d yo f t h es u b s t a t i o n se l e c t r i cp a r t s ，a n di t sn e c e s s a r yt o d e a lw i t ha l lo f t h er e l a t i v ep a r t sp r o p e r l y , e s t a b l i s has c i e n t i f i ca s s e s s m e n ts y s t e mf o rm a i ne l e c t r i c c o n n e c t i o n ，a n n l y z et h ee f f e c t so f r e l a t i v ef a c t o r sr o u n d l y , a s s e s sa l lk i n d so f t h ee c o n o m i c a la n dt h e t e c h n o l o g yp r o j e c t i o n sa n dc o n f i r mar e a s o n a b l em a i ne l e c t r i cc o n n e c t i o n ，i nt h i sp a p e r , a s s e s s m e n t s y s t e md a t aa r ee s t a b l i s h e df i r s t l y f r o ma l li nt h er e l a t i v ef a c t o r st h a tw i l lh a v ei n f l u e n c e 0 1 1 1m a i n e l e c t r i cc o n n e c t i o nd e s i g n , t h ed o m i n a t i n go n e sa l ec h o s e nt oa n a l y z ea n ds u p p o s e t h e n , a d o p t i n g f u z z ye v a l u a t i o nm e t h o d , b yt a k i n ga l lf a c t o r si n t oa c c o u n t , ap r o c e s si sf o r m e d a n da tl a s ti tc a nb e f i n dt h eb e s tm a i ne l e c t r i cc o n n e c t i o n b a s e do n “0 4 k v - 2 2 0 k vp r i n c i p l eo f p o w e r 鲥dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi n j i a n g s u ”，t h e r e h a v es u m et y p i c a lc o n f i g u r e b u th o wt os e l e c tt h eb e s tc o n f i g u r ep o w e r s u p p l yi ns u b s t a t i o nh a sn o t p r e s e n m d i n p r i n c i p l e ，s o b y m a x i m a l m a k i n g u s e o f l i n e a n d a s s u r i n g r e l i a b i l i t y o f s u b s t a t i o n , h o w t oc o n f i g u r ep o w e rs u p p l yi n11 0 k vs u b s t a t i o ni sa l s oap r o b l e mt os o l v ei nt h i sp a p e r w i mt h ed e v e l o p m e n to f p o w e r 鲥d ，f a u l tc u r r e n ta d d sa g a i n s t u d yo f h o wt ol i m i tf a u l t c u r r e n ti n11 0 k va n da b o v eh a sm u c hm e t h o d b u tf o r1 0 k vb u s s t u d yo f h o wt ol i m i tf a u l tc u r r e n t i sf e w t h ep a p e rp r e s e n t sh o wt ol i m i tf a u l tc u r r e n ti nl o k vb u sb ys e l e c t i n gh i g hi m p e d a n c e t r a n s f o r m a t i o n sa n dc h a n g i n gm a i ne l e c u i cc o n n e c t i o nn a m i n gm o d e a n ds oe n s u r ep o w e rg r i d s e c u r i t y k e yw o r d s ：m a i ne l e c t r i cc o n n e c t i o n ；s y n t h e t i c a l l ya s s e s s m e n ts y s t e m ；p o w e rs u p p l y c o n f i g u r e ；f a u l tc u r r e n tl i m i t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：地堡么函 日 期：到 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查 阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：趔导师签名： 日期：趟 第l 章绪论 1 1 研究的意义 第1 章绪论 电力工业是国民经济的重要部门之一，其基本任务是为国民经济和人民生活提供“充足、 可靠、合格、廉价”的电能。随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，人 们对电能的需求量不断增长，电力系统的规模也随之不断扩大。而人们对电能质量的要求不 断提高，也对电网的性能提出了更高的要求。电力系统是一个有机的整体，任何大型电厂或 高压输电线路的投运，都将在不同程度上影响电力系统的运行和今后的发展。因此做好电力 系统的科学规划具有十分重要的意义。 长期以来，我国电网规划工作落后于电源规划工作。许多地区由于电网结构相对薄弱、 不合理，造成有些地方有电送不出，有些地方又严重缺电，有些地方甚至出现由于局部电网 故障而诱发恶性连锁反应，最终酿成大面积长时间停电的重大系统事故，如东北电网，1 9 9 3 年8 月2 0 日事故j 和华北电网1 9 9 9 年4 月2 8 日事故都和电网结构不合理有直接关系。在经 济发达国家，由于历史因素造成的电网结构不合理而导致的停电事故，如1 9 8 7 年7 月日本 东京大停电和1 9 9 6 年7 月，8 月间美国西部联合电网两次大停电也同样给社会造成了巨大损 失 这表明电网结构对电力系统安全稳定运行有着极大的影响，不合理的电网结构将会对国 民经济和社会稳定造成难以估量的损失。合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的重要基 础。为保证电力系统安全稳定运行、防止发生恶性连锁反应造成系统大停电事故，必须有一 个精心规划和设计的电网结构。原水电部在电力系统安全稳定导则中总结了我国电网运 行和事故的经验教训，结合具体情况，提出了保证电网安全稳定运行的要求，其中最基本的 一条就是：合理的电网结构是电网安全稳定运行的基础。在电网的规划设计中，应从全局着 眼。统筹考虑，合理布局，搞好电网结构，加强主干网络。 电网结构优化是电网规划的重要目标。电力网络是将各电压等级的输电线路和各种类型 的变电站连接而成的网络。电力网按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网。输 电网是以高电压甚至超高电压、特高压将发电厂、变电站或变电站之间连接起来的送电网络， 所以又可称为电力网中的主网架。直接将电能送到用户的网络称为配电网。配电网的电压因 用户的需要而成，配电网中又分为高压配电网、中压配电网及低压配电网。大电网的形成和 不断发展，是电力工业现代化的必然趋势。除重视增加发电能力外，必须加强电网建设。电 网结构对电力系统运行的安全性、经济性、电能质量以及调度控制的方便性和灵活性等均有 很大的影响。科学、合理地进行电网规划可以获得巨大的经济效益，而一次规划决策的失误 往往会造成不可弥补的损失。因此，电网规划决策科学水平对决策者越发重要，本文将着重 研究电网结构的优化规则。 变电站采用什么样的电气主接线、如何配置变电站和进线电源、如何限$ i j l o 千伏短路电流 等问题是电网运行和电网规划中经常遇到的问题，目前往往通过运行和设计人员的经验来解 决问题，没有一个明确的标准，上述问题如果能够从理论上解决的话，将为电网规划和运行 提供一个指导性的意见，本文着重解决1 1 0 千伏变电站主接线的选择和变电站和进线电源的配 置这两个问题，并对如何限制1 0 千伏短路电流的问题做简单的分析和阐述。 东南大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状及存在的问题 根据“3 5 k v l l o k v 变电站设计规范”。l l o k v 终端变电站的高压电气主接线宜采用线路 一变压器组接线和桥型接线，l l o k v 中间变电站宜采用单母接线、单母分段接线以及扩大的桥 型接线。 上述各种接线在我们的实际工程中都被采用过，但是，有些工程还是存在着一些问题， 如：运行不可靠、不灵活、不经济等。在电气主接线的设计过程中，如何处理各相关因素，究 竟哪种接线应用到中间变电站更好，哪种接线应用到终端变电站更好，一直没有明确的概念， 需要研究探讨后才能得出结论。 目前关于变电站高压电气主接线设计综合评价方面的资料比较少，根据掌握的国内外有 限的文献和相关资料，电气主接线的评价分析主要有以下几种形式： ( 1 ) 针对具体电厂或变电站进行研究，考虑具体的接线方式，对影响电气主接线的因素 进行定性综合评价。 ( 2 ) 应用模糊综合评判方法对电气主接线进行综合评判，为本项研究提供了思路。但是， 对于在不同条件、不同地位的变电站电气主接线的设计，没有建立完整的评价体系。 ( 3 ) 工程模糊集理论的建立及其在纺织、造船、材料、水文资源与环境区域可持续发 展系统量化评价等工程领域的应用，为变电站高压电气主接线综合评价系统的研究奠定了坚 实的理论基础和技术环境。 1 3 连云港电网现状 1 3 1 连云港地区概况 连云港市是苏北沿海城市，北部与山东省接壤，南部与我省淮安、盐城两市相邻，西 部与我省徐州市连接，是海陆和南北过渡带交叉的中心点和新亚欧大陆桥的东桥头堡，区位 条件、资源条件和交通条件极为优越。连云港市现辖赣榆、东海、灌云、灌南四县和新浦、 海州、连云三区以及连云港市经济技术开发区。连云港市土地总面积7 “4 6 平方公里，总人 口4 6 7 8 3 万人。 连云港“九五”、。十五”经济增幅趋缓，最近两年结构调整力度加大，增速反弹。1 9 9 0 1 9 9 5 年、1 9 9 5 2 0 0 0 年、2 0 0 0 2 0 0 5 年连云港市国内生产总值年均增长分别是2 5 ，1 1 6 和9 4 。“十五”期间，连云港市国内生产总值年均增速较低2 0 0 4 年国内生产总值达 4 1 6 3 6 亿元，比2 0 0 3 年增长1 3 9 。 1 3 2 连云港电网现状 到2 0 0 6 年底，连云港地区共有发电厂7 座，最大单机容量1 0 0 万千瓦，总装机容量2 1 8 万千瓦。按调度方式划分：统调发电厂2 座，其中田湾核电站1 # 机组装机容量1 0 0 万千瓦， 新海发电有限公司装机容量1 1 0 万千瓦；地方电厂5 座，总装机容量8 万千瓦。 目前连云港地区在建发电机组1 台：江苏田湾核电站2 # 机组，1 0 0 万千瓦，计划2 0 0 7 年底投产。 2 第1 章绪论 到2 0 0 7 年底，地区总装机容量达到3 1 8 万千瓦，电源类型包括核电和火电，形成有一 定容量规模的电力能源基地。 电网结构：连云港电网地处江苏电两末端，供电形式以5 0 0 干伏伊芦为中心向外辐射 供电。本地区通过三条5 0 0 千伏线路和三条2 2 0 千伏线路与系统相连，其中通过5 0 0 千伏田 盐线、田都线及2 2 0 千伏邓响线与盐城相连。通过5 0 0 千伏伊上线及2 2 0 千伏平双线与徐州 相连，通过2 2 0 千伏邓涟线与淮安相连，电网为电能量送出系统。本地区经过多年的发展建 设，已初步形成2 2 0 千伏为主供网架，1 1 0 千伏、3 5 千伏为城网和县级高压配电网，以1 0 千伏及以下为中低压配电网网架，城区绝大部分中低压配网实现了手拉手的供电格局。 2 0 0 6 年底输变电设备状况：连云港地区目前共有变电站9 5 座，3 5 千伏及以上线路1 9 2 条。其中5 0 0 干伏变电站l 座，变电容量7 5 万千伏安：2 2 0 千伏变电站7 座，主变1 3 台， 变电容量1 6 2 万千伏安；i i 0 千伏变电站3 2 座，主变5 5 台，变电容量1 6 6 万千伏安。5 0 0 千伏线路4 条，线路长度2 0 2 公里；2 2 0 千伏线路1 9 条，线路长度4 9 0 公里；l l o 千伏线路 5 3 条，线路长度8 1 5 公里；3 5 千伏线路1 1 6 条，线路长度1 1 6 6 公里。 2 0 0 6 年连云港地区供电量完成4 6 4 2 亿千瓦时，比2 0 0 5 年增长2 2 0 4 ，地区网供 电量完成4 3 6 9 亿千瓦时，增长2 0 9 7 ，地区售电量4 2 1 9 亿千瓦时，增长2 3 0 9 ，地区 最大负荷9 l 万千瓦时，增长2 3 5 ，最高日供电量1 6 2 1 万千瓦时，增长1 2 1 8 ，以上增 长速度均创历史最好水平。 1 3 3 电网存在的主要问题 当前电网存在的主要问题： 1 、电源点和线路通道不足，造成l l o 千伏配网结构不够完善，其中线路t 接过多比较 突出，调度方式不够灵活，影响了电网的供电可靠性。 2 、i i 0 于伏变电站接线形式复杂，没有形成统一的标准，有线路变压器组、单母线、 单母线分段、内桥接线等多种接线方式，给电网运行带来极大的不便。 3 、2 2 0 千伏主干网结构单薄，市区没有形成环网结构，局部输配电网仍然存在电源点 缺乏的问题。 4 、i i 0 千伏变电站运行容载比偏高，但变电站布点与区域负荷分布特性不相适应，不 利于电力负荷的分区平衡。 5 、相当一部分线路供电半径过大、长期满载或过载运行，电网运行经济性和用户电能 质量得不到保证。 3 东南大学硕士学位论文 1 4 连云港电网十一五规划简介 1 4 1 电力电量预测 经济增长对电力的需求将带动电量的增长。9 8 年前后的宏观经济政策及国际经济形势造 成经济低迷状态，使电量的增长速度出现低潮。2 0 0 0 年后经济复苏，以及电力行业的积极投 资政策使电量增长速度恢复，“十五”前三年电量的增长达到1 0 4 。特别是2 0 0 3 年下半年， 苏南地区一些高耗能、对环境有影响的一些大工业逐步向苏北地区转移，造成了近期电量将 高速增长，考虑2 0 0 4 年5 月，国家出台宏观经济调控政策，限制固定资产盲目投资，对电量 增长有一定影响，预计“十五”期间电量年均增长水平为1 3 2 3 。根据产业结构对用电量的 影响分析，未来地区的用电量将保持增长态势，预计“十一五”地区全社会用电量将达到1 0 0 亿千瓦时以上。 表卜i ：电量预测结果见下表：单位：亿千瓦时 “十一五”2 0 1 0 2 0 2 0 2 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 0年均增长率2 0 2 0年均增长率 部门分析法4 2 ，24 8 1 55 4 9 56 2 77 1 5 58 1 6 51 4 ，1 1 41 7 3 57 8 3 4 弹性系数法4 2 24 8 i5 4 8 36 2 57 1 2 58 1 2 21 3 9 蚋2 0 3 19 矾 回归分析法 4 2 2 4 9 96 07 28 6 21 0 2 8 1 9 4 9 9 2 0 1 g 6 9 蹦 2 0 1 0 生 2 0 0 5 2 0 1 0 年均增长率 2 0 2 0 隹 低方案 8 11 4 1 7 3 高方案1 0 31 9 5 2 0 3 根据连云港地区经济发展空间大和近期电量增长水平增长高的实际情况，本次规划预测 电量2 0 1 0 年和2 0 2 0 年选取高方案预测结果。 在需电量预测结果的基础上，用两种不同的方法预测规划期整个地区系统的最大负荷值， 预测值包括低方案和高方案，低方案用来规划电网，高方案用来校核网络 衰卜2 ：负荷预测结果表单位：万千瓦 “十一五”2 0 1 0 勺0 2 0 预测方法 2 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 2 0 年均增长率年均增长率 t _ 法7 8 3 29 9 7 81 1 9 9 21 4 4 0 51 7 2 5 0 2 0 5 0 12 i 2 9 3 8 3 26 4 2 同时率法 7 8 3 2 9 0 9 91 0 4 91 2 0 91 3 9 4 1 6 0 8 1 5 4 7 3 5 1 8 7 7 1 2 0 1 0 年2 0 0 5 2 0 1 0 年均增长率 2 0 2 0 生 低方案1 6 11 5 5 3 5 2 高方案 2 0 62 i 3 3 8 3 4 第1 章绪论 1 4 2 电力平衡分析 在“十一五。规划中我们通过电力平衡来校验地区装机和区外来电能否通过调整高压送 电网络满足地区电力系统负荷需求。厂用电按装机容量雅考虑，备用容量取系统最大负荷的 2 5 。核电机组受阻容量理解为核电外送容量。区外来电按单条2 2 0 千伏线路输送2 0 万千瓦 负荷考虑。热电机组按每年增加3 万千瓦机组容量考虑。 表卜3 ：地区分年度电力平衡表单位：万千瓦 年份 2 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 2 0 地区最大负荷 7 81 0 01 2 01 4 41 7 32 0 63 5 2 地区装机容量1 1 6 2 2 2 3 3 3 3 3 9 3 9 9 4 5 91 2 7 9 受阻容量 01 2 51 2 51 2 51 8 51 7 06 6 5 备用容量 2 02 53 03 64 35 28 8 区外来电 9 52 02 02 02 02 02 0 高峰电力赢余1 1 39 27 85 41 85 l1 9 4 随着核电机组和新海电厂扩建机组的投产，地区外送电力有很大增加，需要研究电力外 送阿架结构。尤其是新海电厂扩建机组接入系统后，系统加强问题。 远景目标网架，应充分考虑负荷增长对应的2 2 0 千伏变电容量，以及对应5 0 0 千伏网架 完善、根据2 0 2 0 年电力平衡结果表明，届时系统备用容量将不足，应考虑新的增加5 0 0 千伏 变电站的布点或新增机组装机容量 1 4 3 地区电网发展的近、中、远期目标 近期：在保持电压质量、供电可靠性较高的水平基础上，加快2 2 0 千伏网架建设，根据 负荷情况安排1 1 0 千伏输变电项目，使容载比达到2 0 左右的水平。同时努力降低配电网的 线路损耗。 中期：基本形成2 2 0 千伏网架的最终结构，根据负荷情况安排2 2 0 、1 1 0 千伏输变电项目， 容载比比近期回落0 。l o ，2 ，调度通信及配电网整体科技达到较高水平。 远期：2 2 0 千伏网架的最终结构形成，达到一个较高的规划水平，留有继续发展的裕度， 2 2 0 、1 1 0 千伏变电站布局合理，使容载比达到2 0 左右，以适应负荷增长接近饱和后进一步 发展用户的能力。调度通信和配网自动化等现代化手段达到发达水平 1 、2 2 0 千伏电网 2 2 0 于伏电网是连云港电网的主体和核心，应建成安全、可靠、经济、容量充足、坚强紧 凑、运行灵活的网络，与连云港经济发展和城市电力负荷增长相适应，与城市总体规划布局 相配合。 连云港电网规划近期与外阿合环运行，建设5 0 0 千伏与2 2 0 千伏电网之间的强电磁环网， 充分利用系统资源。远期2 2 0 千伏与外网分区运行，并提前做好内部分区规划设计。 城区2 2 0 千伏电网按照双环网设计受端系统，电源分散接入。四县按照双回路联式结构 设计。 2 、1 1 0 ( 3 5 ) 千伏高压配电网 5 东南大学硕士学位论文 规划建设中的主城和新市区1 1 0 千伏高压配电网，将以2 2 0 千伏变电站为电源，逐步形 成两端有电源的“两线三变”或“三线三变”互联结构，正常运行时不并列，其他区域采用 辐射馈供或局部环网模式组成高压配电网。 l l o 千伏侧可采用单母线分段( 二进二出) 、扩大外桥、内桥、线路一开关一变压器组。 中间变电站i i 0 千伏侧采用扩大外桥和线变组的应预留出线支接端口。采用架空线时一般采 用两回路进线，采用电缆线路时可为2 回或3 回路；3 5 千伏进出线一般为6 8 回，采用单母 线分段接线：1 0 千伏出线一般为每台主变配8 - - 1 2 回，采用单母线分段接线。 1 4 4 地区电网规划分区建议 根据分层分区的规划原则，结合连云港的地域特点和网络现状，建议连云港地区电网分 成3 个区。到2 0 2 0 年连云港地区电网将围绕5 0 0 千伏变电站、2 2 0 千伏蔷薇( 包庄) 变，和 新海电厂，形成层次清晰、功能分明的目标网架结构。具体分区建议如下： 北区：包括赣榆和东海，区内有2 2 0 千伏枢纽变一座( 蔷薇( 包庄) 变) ，规划预留5 0 0 千伏变电站，通过2 2 0 千伏线路和5 0 0 千伏伊芦变电站联络。 中区：市区，区内有新海电厂，通过2 2 0 千伏线路与5 0 0 千伏变电站联络。 南区：包括灌云和灌南，区内有5 0 0 千伏变电站i 座，通过2 2 0 千伏线路和外网联络。 1 4 55 0 0 千伏送电网规划建议 5 0 0 千伏伊芦变设计规模为3 7 5 万千伏安主变，本期i 7 5 万千伏安主变，2 0 0 5 年投 产。随着新海电厂技改机组接入5 0 0 千伏伊芦变2 2 0 千伏母线，近期5 0 0 千伏伊芦变不需要 扩建第2 台主变。 根据电力负荷预测和电力平衡结果，2 0 0 8 年以后，新海电厂总装机容量i 0 0 万千瓦和地 区负荷基本相当，2 0 0 9 年开始需要从5 0 0 千伏电网降压吸收功率，考虑到主变n 一1 ，建议2 0 1 0 年，5 0 0 千伏伊芦变上第二台主变。2 0 1 8 年，5 0 0 千伏连云港变扩建第三台主变。 考虑到2 0 1 0 年后核电4 i 0 0 万千瓦机组全部投产，建议2 0 1 0 年后新建一回核电至伊 芦变和伊芦变至上河变5 0 0 千伏线路。 2 0 2 0 年，建议在东海县境内建设连云港地区第二座5 0 0 千伏变电站，设计规模为3 7 5 万千伏安主变。建议5 0 0 千伏接入方案为由伊芦变出线接入。 1 4 62 2 0 千伏送电网规划建议 在2 2 0 千伏变电站布点方面，按照城市电力网规划设计导则和江苏省电网规划与 项目前期管理及考核办法的要求，以控制2 2 0 千伏容载比在1 6 1 9 的范围内，确定规划 期2 2 0 千伏电压等级的建设规模，城区建议采用1 8 万千伏安主变。2 0 1 0 年地区2 2 0 千伏降 压负荷将达到1 6 4 6 万千瓦，需要配备2 2 0 千伏变电容量约2 6 3 3 1 3 万千伏安。到2 0 2 0 年 地区2 2 0 千伏降压负荷将达到3 2 0 万千瓦，需要配备2 2 0 千伏变电容量约5 1 2 6 0 8 万千伏安。 根据上述计算分析，2 0 0 6 4 2 0 1 0 年2 2 0 千伏规划建议项目l o 个，新增容量1 5 0 万千伏 安： 2 0 1 0 2 0 2 0 年规划建设项目主要是围绕市区( 城区和开发区) 、四县县城和经济规划发 展较快的海头、自塔，杨集、燕尾一堆沟、汤沟镇等中心镇安排电源点布置，并设计配置相应 6 第l 章绪论 的网架结构，共安排2 2 0 千伏项目1 3 个，新增主变容量3 3 6 万千伏安， “十五”期间的负荷增长形势是，连云港统调负荷年均增长1 5 。由2 0 0 0 年的3 6 5 万 千瓦增长到2 0 0 5 年的7 3 7 万千瓦。近几年连云港地区的负荷增长迅速，2 0 0 4 年( 6 1 3 万千 瓦) 连云港地区统调负荷比2 0 0 3 年增长2 1 1 ；2 0 0 5 年( 7 3 7 万千瓦) 地区统调负荷比2 0 0 4 年增长2 0 1 。预测连云港地区“十一五”期间年均负荷增长水平是2 1 2 9 0 , 6 ，到2 0 0 8 年连云 港地区负荷水平将达到1 2 0 万千瓦的水平。 具体网架结构见下图( 图i ) ： 图i - i 近期网架( 地区负荷1 2 0 万) 图1 2 中期网架( 地区负荷2 0 0 万) 7 东南大学硕士学位论文 图卜3 ：远期网架( 地区负荷3 0 0 万) 1 4 71 1 0 3 5 千伏电网规划 按照容载比和供电半径等规划设计指标等因素综合考虑，结合各区电力发展需求分布的 实际情况，“十一五“期间连云港地区共规划建设2 4 个1 1 0 千伏输变电工程项目： 其中市区规划建设1 1 0 千伏输变电工程项耳1 2 个。新增变电容量5 8 万千伏安，市区本 着减少降压层次的原则，1 1 0 千伏变电站原则上不考虑3 5 千伏电压等级，不新发展3 5 千伏 电压等级的电网和用户。近期完善现有的3 5 千伏电压等级电网，远期逐步取消3 5 千伏电压 等级： s 第1 章绪论 1 5 本论文的主要工作 根据目前掌握的理论知识和实际工程经验，本论文研究的主要工作包括： ( 1 ) 1 1 0 千伏变电站电气主接线 首先建立评价系统数据，从变电站电气主接线设计相关的众多因素中挑选出主要的因素 进行分析和设定，然后将这些因素分为三类，第一类为确定性的直接量化的定量数据，第二 类为确定性的可间接量化的定量数据，第三类为模糊的非量化的数据。然后，采用模糊评价 方法进行综合评价，综合考虑各种因素，建立一个与1 1 0 k v 变电站接线方式相关的评价指标体 系，完成一个综合评判过程。最后，结合实际情况对各种接线从感性方面加以分析，进一步 说明满足不同条件的最佳接线方式。 ( 2 ) 1 1 0 千伏变电站进线电源的配置 针对1 1 0 千伏变电站进线电源的配置问题，根据江苏省0 4 k v 2 2 0 k v 电网建设技术导 则，两线一变、两线双变、三线两变、四线三变均属于典型配置，但到底采用何种配置方 式，导则中并没有说明，在实际电网中往往比较混乱，经常出现单线串供多个变电站的现象， 导致供电可靠性降低，也存在一个变电站两条专线供电的现象，造成资源浪费。如何配置1 1 0 干伏变电站的迸线电源，在保证变电站可靠性的前提下，最大限度的利用线路资源是本论文 需要研究的问题之一。 ( 3 ) 1 0 千伏短路电流的限制 随着电网的不断发展，短路电流不断增加，在l l o 千伏及以上电网中，如何限制短路电流 研究的比较深入，但针对l o 千伏母线短路电流过大的问题很少有研究，目前变电站l o 干伏开 关的短路电流普遍采用3 i ，5 k a ，而在配两上，要求短路电流要小于1 6 k a ，但在某些配电两中， 电网提供的短路电流要远远高于1 6 k a 甚至高于3 1 5 k a 。本文从选用高阻抗变压器、改变变 电站主接线运行方式等几个方面来阐述如何限制短路电流，从而保证电网安全可靠运行。 9 东南大学硕士学位论文 第2 章”o k v 变电站电气主接线的选择 2 1 研究的目的 国家电网公司建设“一强三优”现代公司，建设坚强的国家电网，就要求公司实施集约 化管理，发挥规模优势，提高资源利用率，提高电网工程建设和管理效率，从而提高公司的 整体效益。 电力系统内的2 2 0 k v 和i l o k v 变电站工程的初步设计由工程业主招标确定具有相应资质的 设计单位承担。在设计过程中，设计单位针对工程的具体条件进行设计，业主单位组织计划、 基建、调度、生产运行等部门，对变电站工程的初步设计进行审查。由于评价标准的不同， 系统内l l o k v 变电站的主接线形式非常不统一，导致在实际运行中造成调度操作不灵活、事故 处理复杂、检修困难等诸多缺点。 目前，国内1 l o k v 变电战设计技术和设备已经非常成熟和常规化，并且建设规模也随着近 年来经济高速发展而增长迅速。这就要求采用新的设计方法和设计理念，从“量体裁衣”式 的设计方法改变为“成衣定制”式的标准化设计方式，实现集约化管理，发挥规模优势，提 高电网工程的建设和管理效率，使其能够满足大规模电网建设的需要。 为了保证“成衣定制”式的标准化设计方式的实现，我们需要对1 l o k v 变电站的主接线进 行研究，分析各种接线方式的优点和缺点，从而给出各种需求下的最合适的变电站主接线， 为变电站的主接线选择提供理论依据。 与变电站电气主接线设计相关的因素很多，根据实际工程要求，主要考虑配供电可靠性 标准的设定、调度操作的灵活性、经济指标的设定、相关电气设备选型、变电站主变压器的 配置、高压电气主接线在电力系统中的作用等等。 2 1 1 电气主接线的设计原则 变电站主接线的选择工作坚持“以人为本”和“可持续发展”的理念，各个方案、各个 模块的设计综合考虑“每个设备选择的合理性、每个布置尺寸的合理性、每项革新和改进的 合理性、每个问题解决方案的合理性”。 1 l o k v 变电站电气主接线的设计原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运 行高效，努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的 协调统一 ( 1 ) 统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象统一。 ( 2 ) 可靠性：主接线方案安全可靠，典型设计模块重新组合后的方案仍能保证安全可 靠。 ( 3 ) 经济性：按照企业利益最大化的原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用， 追求设备寿命期内最佳的企业经济效益。 ( 4 ) 先进性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项经济指标先进。 ( 5 )适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在整个系统内具有广泛的适应性，并 能在一定时间内，对不同规模、不同形式、不同外部条件均能适应。 1 0 第三章l | o k v 变电站进线电源的配置 ( 6 ) 灵活性：模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便。 ( 7 )时效性：能够满足一定时期内经济发展和电网发展的要求，并方便扩建。 要考虑近期和远期的发展规模，变电站电气主接线的设计，应根据5 l o 年电力发展规划 进行。根据负荷的大小、分布、增长速度。根据地区网络情况和潮流分布，分析各种可能的 运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源数和出线回数。 ( 8 ) 和谐性：变电站整体状况和变电站周边人文地理环境协调统一。 2 1 2 电气主接线设计的评价标准 变电站的电气主接线应该根据变电站在电力系统中的地位、变电站的规划容量、负荷性 质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠性、运行灵 活性、检修操作方便、节约投资，便于过渡和扩展等要求。 ( 1 ) 供电可靠性 主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快 评价电气主接线可靠性的标志是： 至少应该保证两路进线电源和两台变压器，在一路电源和一台变压器检修的情况下保 证不对外限电。 装有备用电源自投装置，在一路电源或一台变压器故障的情况下，各自投装置能够正 确动作，保证绝大多数特别是重要用电客户的供电。 尽量避免变电站全部停运的可能性，保证在主接线中任何单一元件的故障都不至于引 起全站停电。 ( 2 ) 调度操作的灵活性 主接线应满足在运行方式切换过程中调度操作灵活和可靠。 调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊 运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班的要求。 检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修。而不致影响 电力网的运行和对客户的供电 ( 3 ) 适应性和可扩展性 能适应一定时期内负荷增长的需求。扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线。在 影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二 次部分的改建工作量最少。 ( 4 ) 经济性 在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地 面积，做到经济合理。 投资省。即变电站的总造价应尽可能的降低，变电站的占地面积、建筑工程费、设备 购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，所需要的投资具有明显的不 同。 损耗小。对于某一个1 1 0 k v 变电站，应能够根据电网结构、系统的运行方式及负荷情 况的不同较为灵活的采用不同的运方，达到降低网损的目的。 东南大学硕士学位论文 2 1 3 典型接线方式 变电站高压电气主接线应该包括的电气设备包括：主变压器，变压器高压引出线、母线、 隔离开关、断路器、跨条、继电保护装置、电流互感器、电压互感器、避雷器、电压互感器 等等。 由于电网的不断发展，1 l o k v 变电站主要是作为终端变来设计，l l o k v 中间变电站越来越 少，在电网中所占的比例越来越低，所以本论文在l l o k v 变电站电气主接线综合评价系统中， 主要考虑终端变电站，对于中间变电站不再考虑。 根据江苏0 4 2 2 0 k v 电网建设技术导则，l l o k v 变电站的高压侧接线采用以下接线都 是标准的主接线方式。 l 、线变组 2 、内桥接线 圈2 - 1 线变组 图2 吨内桥接线 占占 第三章i l o k v 变电站迸线电源的配置 3 、扩大内桥 4 、双内桥、双外桥 图2 - 3 扩大内桥接线 图2 - 4 双内桥、双外桥接线 5 、单母线( 单母线分段) 当该变电站为中间变电站时，由于在其1 1 0 k v 母线上存在功率 交换，可考虑采用单母线分段接线。 终端变电站又称受端变电站，这类变电站接近负荷中心，l l o k v 进线一般为两路进线，通 过两台主变将电能分配给低压用户，在确保供电可靠性的前提下，变电站主接线设计应有利 于规范化、简单化、自动化及无人化，尽可能减少占地面积，一般终端变电站高压侧主接线 形式常选用( 1 ) 线路一变压器组接线：( 2 ) 外桥接线：( 3 ) 内桥接线。 2 1 4 推荐方案技术方案组合 根据国家电网公司输变电工程典型设计，l l o k v 变电站典型设计推荐方案按变压器台数 及容量、出线规模、电气主接线型式、无功配置、配电装置型式、布置格局等进行组合，共 1 3 个方案，其中a 类( 户外变电站) 3 个方案，b 类( 户内变电站) 5 个方案，c 类( 半地下 变电站_ ) 2 个方案。 l l o k v 变电站典型设计推荐方案技术方案组合见表3 3 i 。 f 耐算j奄百 l南 东南大学硕士学位论文 表3 3 1 0 k v 变电站典型设计推荐方案技术方案组合 类编号主变压器台数出线规模接线型式配电装置及布置格局 型及容量 a - 11 2 3 1 5 鲥a1 1 0 k y ：2 4 回架空1 1 0 k v 单母线分段1 1 0 k y 、3 5 k v 配电装置户外 3 5 k v ：4 6 回架空3 5 k y 单母线分段 在置，1 0 k y 配电装置户内布 1 0 k v ：7 1 2 回电缆1 0 k y 单母线分段置 户 - 2 2 4 m i v 1 1 0 k v ：2 回架空1 1 0 k v 内桥1 1 0 k v 户外改进半高型外布 外 3 5 k v ：4 回架空3 s k y 单母线分段 置。3 5 k v ，1 0 k y 户内开关柜 型4 回电缆1 0 k y 单母线分段 1 0 k v ：1 6 回电缆 a - 32 3 5 咖a 1 1 0 k v ：2 3 回架空1 1 0 k y 线路变压器组 1 1 0 k y 户外中型，1 0 k v 户内 1 0 k v ：2 4 3 6 回电缆1 0 k y 单母线分段开关柜 b - 12 5 0 f l f a1 1 0 k v ：2 回架空1 1 0 k y 内桥1 1 0 k v 户内g i s ，1 0 k v 户内开 1 0 k v ：2 4 回电缆1 0 k y 单母线分段 关柜 b - 22 3 x 5 0 m v a1 1 0 k v ：2 3 回电缆1 1 0 k v 线路变压器组1 1 0 k v 户内g i s ，1 0 k v 户内开 户 1 0 k y ：2 4 3 6 回电缆1 0 k v 单母线分段关柜 b 一32 5 m i y a 1 1 0 k y ：2 n 电缆1 l o k v 内桥1 1 0 k v 户内g i s ，l o k v 户内开 内 1 0 k y ：2 4 回电缆1 0 k v 单母线分段关柜 型 b 一42 3 5 删 1 1 0 k v ：2 3 回电缆1 1 0 k v 线路变压器组 1 1 0 k v 户内g i s ，l o k v 户内开 1 0 k v ：2 4 3 6 回电缆1 0 k y 单母线分段 关柜 b - 52 3 5 m a1 1 0 k v ：4 6 回电缆1 l o k v 环入环出1 l o k v 户内g i s ，1 0 k y 户内开 1 0 k v ：2 4 3 6 回电缆1 0 k v 单母线分段关柜 坐 c - 1 2 3x 5 0 唧a1 1 0 k y ：2 3 回电缆1 l o k v 线路变压器组 1 1 0 k v 户内g i s ，1 0 k y 户内开 地1 0 k 7 ：2 4 3 6 回电缆l o k v 单母线分段关柜 下c 22 4 5 讲a 1 1 0 k v ：4 回电缆1 1 0 k v 单母线分段 1 1 0 k y 户内g i s ，1 0 k y 户内开 型 1 0 k v ：2 8 5 6 回电缆 1 0 k v 单母线分段关柜 2 2 1 1 0 k v 变电站典型电气主接线的评价指标 变电站高压电气主接线综合评价系统的研究，说到底是一个技术经济的综合评判问题， 是系统、经济、技术、运行、管理、用电区域总体规划等相互交织在一起的十分复杂的系统 工程，是一个多目标决策问题。对于此类投资大、影响面广、作用时间长的工程项目，在方 案选择初期，有必要采用系统工程的方法进行综合评价，为进一步的工程设计提供科学的决 策依据。 以1 1 0 k v 变电站高压电气主接线为例，本文主要研究线路一变压器组接线、外桥接线、内 挢接线3 种典型电气主接线方式。 1 4 第三章1 l o k v 变电站进线电源的配置 根据对变电站电气主接线设计相关因素的分析，其综合评价系统涉及到的数据基本上可 以分为能确定性的直接量化的定量数据、确定性的可间接量化的定量数据和模糊的非量化的 数据。 2 2 1 确定性可量化数据的分析处理 在各种典型电气主接线设