基于供电可靠性量化分析的110 kV电网典型接线方式选择

2010-05-29尹建兵黄民翔

浙江电力 2010年2期

尹建兵，黄民翔，许诺

（1.杭州市电力局，杭州 310009；2.浙江大学电力经济及信息化研究所，杭州 310027）

0 引言

110 kV电网是目前国内城市主要的高压配电网络。随着城市发展，用户对供电可靠性要求越来越高，而电力公司基于优质服务和经营目标，也致力于构建经济可靠的供电网络。由于110 kV电网的接线方式是影响电网供电可靠性的关键因素之一，因此科学选择110 kV电网接线方式具有十分重要的社会效益和经济效益。

通常选择110 kV电网接线方式主要基于经济性和可靠性2个指标，而可靠性分析主要是基于N-1的定性分析，对接线方式选择无法进行进一步比较分析。目前国外已普遍采用计算机软件进行可靠性定量计算分析，而国内关于可靠性定量计算方面的文献则主要偏重于对算法的理论研究[1-5]，对具体网络进行可靠性定量计算的文献很少[6-8]，文献[6]对输电网的可靠性进行了定量分析研究，文献[7]、[8]针对高压配电网进行了可靠性定量分析计算，但文献[7]中并没有考虑主接线方式，文献[8]的计算也只涉及到N-1故障。

本文通过理论计算选择110 kV变电站最优规模，在此基础上选择包括主接线模式在内的几种国内典型且通用的110 kV电网接线方式，再应用德国亚琛工业大学电力系统及电力经济研究所的大型可靠性分析程序RAMSES，计算各种接线方式下的平均停电时间及国内常用的RS-1可靠性指标，并进行可靠性定量分析比较，计算过程中考虑了双重故障的影响，在此基础上推荐几种经济可靠的110 kV典型接线方式。

1 110 kV变电站规模优化选择

1.1 110 kV变电站最优容量计算

选择110 kV变电站规模应同时满足经济性和可靠性要求。根据国内外研究资料，110 kV变电站规模的选择与负荷密度、中压馈线长度和中压接线方式等有关，其中负荷密度是一个非常关键的因素。根据参考文献[9]，110 kV变电站的最优容量可通过以下公式估算：

式中：k1≈50；S为变电站容量；σ为考虑同时率后的平均负荷密度。

根据上式计算的110 kV变电站优化规模结果见表1。

表1 110 kV变电站最优容量计算表

1.2 110 kV变电站主变组合

根据N-1原则，考虑主变压器1.3倍过载率，计算满足N-1准则下的各方案变电站最大负载率见表2。从中可以看出，4台以下主变时，主变台数越多，负载率越高；4台及以上主变时，很可能因受短路电流限制而无法并列运行，负载率反而下降。考虑4台及以上主变时，电网接线通常较复杂，因此一般不推荐4台以上主变组合。

1.3 110 kV变电站推荐规模

根据以上110 kV变电站最优容量、最大负载率的分析，110 kV变电站的推荐规模见表3。

根据国内大多数城市远景负荷预测，负荷密度一般为20～30 MW/km2，110 kV变电站规模为3台40 MVA或50 MVA的主变组合。因此，本文主要以3台主变为基础开展接线方式可靠性分析。

表2 变电站最大负载率

表3 110 kV变电站推荐规模

2 110 kV电网接线方式选择

2.1 变电站主接线方式选择

主接线方式选择包括220 kV变电站110 kV侧主接线、110 kV变电站110 kV侧主接线和110 kV变电站10 kV侧主接线。根据国家电网公司关于变电站典型化设计及“两型一化”等规定，110 kV电气主接线一般选择以下方式：

（1）220 kV变电站110 kV侧电气主接线采用双母线、双母线分段、单母线分段接线。

（2）110 kV变电站110 kV侧主接线采用线路变压器组单元接线或内桥加线路变压器组单元接线等。

（3）110 kV变电站10 kV侧主接线采用单母线四分段的接线。

2.2 110 kV电网典型接线方式选择

以3台主变为主的城市110 kV变电站主要有图1所示的几种典型接线模型。模型1为单电源辐射结构，模型2－6为双电源辐射结构，其中：模型2为双电源独立辐射结构，模型3－5为双电源2T辐射结构，模型6为双电源3T辐射结构。

模型选择一般考虑以下因素：

（1）双电源辐射网络在一个上级变电站停运时，仍能保证110 kV电网正常供电，因此比单电源辐射网络有更高的可靠性，但随着电源数量和网络建设费用增加，网络构造和运行也相应复杂。

（2）应根据供电可靠性要求，因地制宜选用合适的网络结构。一般情况下，在城区范围以选用双电源辐射网络为主，而在农村区域主要选用单电源辐射网络。

图1 3台主变的110 kV变电站电网接线模型

以上模型选择时虽然考虑了可靠性和经济性，但可靠性只有定性分析。如模型1与模型2－6的比选可以通过可靠性定性分析得出结论，但简单的可靠性定性分析不适用于模型2－6之间的比选，还需要进行可靠性定量分析。

3 可靠性计算

3.1 可靠性计算模型

浙江大学引进了德国亚琛工业大学电力系统及电力经济研究所的大型可靠性分析程序RAMSES，可以对110 kV电网的典型接线进行计及主接线模式并考虑双重故障的可靠性计算。以模型1为例，根据软件要求搭建计算模型如图2所示。

可靠性计算参数采用德国的可靠性典型参数。电网其他的计算分析条件如下：

（1）110 kV 变电站规模为 3×50 MVA，主接线方式及正常运行方式如图3所示。主变考虑可过载30%。

图2 模型1的网络计算模型

图3 110 kV变电站正常运行方式

（2）10 kV侧负荷按主变容量87.5%选取，功率因数取0.9。

（3）110 kV线路长度取平均长度2 km，电缆截面630 mm2，最大电流700 A，线路不考虑过载。

（4）对电源的假设：220 kV变电站规模按3×240 MVA考虑，110 kV侧主接线采用单母三分段，正常时2台并列运行，另1台独立运行。将每台主变等效为一个等值电源，作为网络的电源点。

3.2 可靠性计算结果

基于德国可靠性典型参数的可靠性计算结果如表4-5所示。

表4 可靠性计算结果：年平均停电时间

表5 以RS-1表示的可靠性计算结果

3.3 可靠性计算结果比较分析

将可靠性计算结果按年平均停电时间排序，如表6所示。

表6 可靠性计算结果排序表

从表6中可看出，供电可靠性从高到低依次为：模型2＞模型1＞模型4＞模型5＞模型3＞模型6。模型2为双电源辐射网络，2座220 kV变电站向1座110 kV变电站供电，故可靠性较高；模型6为双电源3T网络结构，由2座220 kV变电站向3座110 kV变电站供电，供电可靠性最差；模型1虽为辐射网络，因上述可靠性计算没有考虑220 kV变电站全停的情况，故其可靠性较高。

综上所述，如果考虑220 kV变电站全停，则模型1的110 kV变电站全所失电时的停电时间最长，且没有转供能力，恢复时间长，因此模型1只能应用在可靠性要求不高的区域；模型6可靠性最差，并且停一条线路需要同时停3台主变，影响范围大；模型2可靠性最好，但2个220 kV变电站供1个110 kV变电站，且均为独立线路，接线不经济，因此也不推荐；模型3－5均为双电源2T辐射网络，从可靠性看，模型4＞模型5＞模型3，从经济性看也是模型4＞模型5＞模型3，因此模型3不推荐，模型4、5可靠性基本相同，但模型5有1回直接联络线，运行较为灵活，可以在220 kV变电站间需要直接联络线时采用。