等值线在变电站选址的应用

杨坤池,李静涛,钱迎春,倪海云,张永双

(1.云南电网规划研究中心,昆明 650011;2.云南恒安电力工程有限公司,昆明 650011)

等值线在变电站选址的应用

杨坤池1,李静涛1,钱迎春1,倪海云2,张永双2

(1.云南电网规划研究中心,昆明 650011;2.云南恒安电力工程有限公司,昆明 650011)

对变电站选址进出线投资等值线的确定及应用方法进行了探讨,居于电网建设在节能和全寿命周期管理的理念,对等值线在变电站进出线电阻线损和建设年费用的应用也有所涉及。

变电站;进出线;等值线;投资;线损;年费用;选址

1 前言

“等值线”的定义为 “将某种地理事物或地理现象取其数值相等点所做的连线”,“在一定参考面上气象要素数值相等各点的连线”等。由等值线构成的图形称为等值线图。随着电力系统电压等级的提高和变电所进出线规模的扩大,送电线路投资在输变电工程投资中所占的比例也相应增大,在各进出线迄点已确定的情况下,新建变电所不同的所址对进出线总投资的影响较大,称之为 “落点效益”[1],如何找到进出线总投资较少而又具备建所条件的所址,或如何评价已选的几个所址 “落点效益”是否已达到最优,结合地理信息[2],这正是变电站进出线投资等值线图能够解决的问题。

在缺少变电站选址进出线投资等值线图的情况下,变电站选址过程中,对于进出线投资之和的比较,现在常用的方法为：根据电力系统规划、地形、地质、进所道路、对地方规划的影响、进出线走廊等建设条件,在一定地理范围内,先确定几个站址方案,分别对这几个站址计算各进出线投资,合计投资后比较各站址对进出线投资的影响。由于一个变电站各个电压等级的进出线回路累计后,进出线回路往往较多,并且需要连接的对侧可能有电源、换流站、枢纽变、用户变等,位置分散,不可能立即得到变电站建在各个地点的进出线总投资,判断进出线投资优劣,在之前确定的几个站址中,有可能遗漏投资最优的建站位置。以下推荐采用两阶段选址方法。[3,4]对等值线在变电站进出线电阻线损和建设年费用的应用也有所探讨[5]。

2 变电所进出线数学模型

2.1 线路长度计算

2.1.1 一般计算公式[1,6]

x,y—拟选所址坐标,km;

xi,yi—第i个迄点变电所位置坐标,km;

hi—第i条线路曲折系数;

2.1.2 绕过障碍区域的计算公式

图1 航空线穿过障碍区域

航空线AB不穿过障碍区域者按 (1)式计算。航空线如果穿过障碍区域 (如图 1),设(AC+CB)≤ (AC2+C2B),则 AB线路的长度为：

Li1=hi(AC+BC) (2)

考虑绕过障碍区的情况,第i条线路的长度为绕过障碍区域的线路长度为：

Li=Li1(3)

2.1.3 价差区域内线路长度计算公式

图2 价差区域内线路长度计算

Li2=hi×P1P2(4)2.2 进出线投资计算公式

n—变电所进出线总数;

di—第i条线路每千米造价,万元/km;

Pc—特殊价格区域价格增加系数

V—某位置的进出线总造价,万元。

其物理意义为：

1)拟选所址进出线总投资等于各条进出线投资之和;

2)其中一条进出线的投资=此进出线起迄点间航空距离×其曲折系数×此送电线路单位造价。

2.3 平均年投资MA(万元/年)计算公式

为了简化计算,采用以下近似计算公式[7]。M

i=An

1 (di(Li1+Pc×Li2) ×C×(1+C)Ai/((1+C)Ai-1)) (6)

C—年贷款利率

Ai—第i条线路运行年限,年

2.4 年电阻线损ΔPA(kW.h)计算公式

应用参考文献 [8]公式,整理得,

Ri—第i条线路单根导线每km的直流电阻, Ω/km

Ti—第i条线路的年运行小时数,h

mi—第i条线路的分裂子导线数,根

L′i—第i条线路到达对侧变电站的线路长度,km

Iji—第i条线路经济电流密度,A/mm2

Aai—第i条线路导线的铝截面,mm2

2.5 年费用∑F(万元)计算公式

本研究的年费用仅考虑与进出线对变电站选址影响较大的因素,即进出线建设投资与线损造成的年费用。

ΔFA=ΔP×Pr/10 000 (8)

∑F=ΔFA+MA(9)

Pr—每kW.h的计算电价,元

3 等值线的确定及意义

应用本文的公式 (5)、(7)和 (9)依次计算变电站进出线投资、进出线电阻线损和进出线年费用 (年投资+年电阻线损)。以进出线投资等值线为例,(5)式的V是拟选所址在 (x,y)点的进出线总造价,令其为K,即为无理方程 (根式方程),由于一个变电站的各电压等级的进出线可能有许多条,即n为多数,因此其方程的解和轨迹是比较复杂的。应用计算机数值解法,将进出线投资总价为K的所有点连接成光滑连续的曲线,得到平面上进出线投资总造价为K的等值线;通过改变K值,得到拟建变电站进出线总造价不同的等值线。按设定的差值,每隔一个投资差额绘制一条线,形成多条代表变电站进出线总投资的曲线。将这些等值线汇集在一张平面图上,形成等值线图。

如图1中的曲线为变电站选址进出线投资等值线,同一条线上各点的进出线总投资值相等,不同的线表示不同的总投资,相邻线之间投资差额相等;“1#、2#、……N#”为与拟建变电站连接的目的地;“理想站址”表示至1#、2#、……N#等地所有输电线路投资之和最少的位置,离理想站址等值线相差越多表示拟建变电站的进出线总投资越大。设等值线间的投资差额为δ,以甲、乙、丙等点为例,乙位置较靠近理想站址,拟建变电站的进出线总投资最少;丙位置的进出线总投资比乙位置增加约9δ;如果拟建变电站站址选择甲位置,则其进出线总投资太大,一般不予考虑。

图1 某拟建变电站进出线投资等值线图

4 等值线的应用

拟建变电站选址进出线投资等值线的应用方法及步骤如下：

1)在AUTOCAD中插入能反映变电站选址关键要素的地图,如地形图、交通图、行政区划图等地图。

2)根据电力系统需求,确定拟建变电站选址的地理范围,输电线路走廊主要障碍区域,以及接入拟建变电站的所有线路终端地理坐标等。

3)应用进出线投资等值线的确定方法绘制等值线图。

4)变电站进出线投资等值线图反映了地面上各点的进出线总投资金额和变化趋势。根据各等值线代表的进出线总投资值,不同等值线的投资差额和变化趋势,以及变电站建设条件,选择拟建变电站投资合理的地理位置。

完成以上步骤后,生成的等值线图,对于一个拟选所址应根据具体情况进行整理、修改和分析,如π接线路的π接点,线路需要避开的局部区域的障碍,由于特殊情况可能增加或减少的投资等,需要增加一些考虑项目,通过修改线路长度、曲折系数等,从而得到符合实际情况的该位置的进出线总投资。

5 结束语

一个变电站站址的确定牵涉到系统、变电、运行维护及规划等方方面面,此文仅就进出线的投资分析提供一种直观的方法,以期选出经济合理的站址。

进出线电阻线损等值线图和进出线年费用等值线图在变电站选址中的应用与投资等值线图类似;确定等值线的计算公式和参数有一些差异,在文中也有所探讨。

[1] 倪海云,罗志恒.变电所进出线投资分析的一种简捷方法[J].云南电力技术,2003(08).

[2] 胡之武,邱家驹,王康元.电力系统节点运行数据等高线可视化实现方法 [J].电力系统自动化,2005(08).

[3] 王成山,魏海洋,肖峻,等.变电站选址定容两阶段优化规划方法 [J].电力系统自动化,2005,29(04).

[4] 严司玮,姚建刚,李丰涛,等.基于改进粒子群算法的变电站两阶段优化选址 [J].电力系统保护与控制,2010, 1(03).

[5] 邹江.全生命周期成本理论在电力成本管理中的运用[J].技术与管理,2005(06).

[6] 陶青松,肖峻,王笑一.基于地理信息的变电站选址定容模型与算法 [J].电力系统及其自动化学报,2010 (12).

[7] 注册咨询工程师 (投资)考试教材编写委员会.项目决策分析与评价 [M].中国计划出版社,2010.

[8] 线损理论计算技术标准 (试行)Q/CSG 1 1301-2008[S] .中国南方电网有限责任公司.

Application of Contour Line Technology in Substation Siting

YANG Kunchi1,LI Jingtao1,QIAN Yingchun1,NI Haiyun2,ZHANG Yongshuang2
(1.Yunnan Grid Planning and Research Center,Kunming 650011; 2.Yunnan Hengan Electric Engineering co.,Kunming 650011)

With the development of the power system(more higher voltage and more incoming and outgoing lines of substations), the costs of the transmission lines take up an increasing proportion of the costs of the power transmission and transformation projects, different sites of the newly built substation would influence the costs of the incoming and outgoing lines of substations on the condition of the definitive start point and end point of transmission lines,the contour line technology can intuitively and find the lower cost areas from the point of macroscopic view.In this paper,we study and analysis the application of contour line technology in substation siting.Based on the energy saving and life cycle management ideas in power system construction,we also analysis the application of the contour lines technology in line loss and annual construction cost in this paper.

substation;transmission line;contour line;investment cost;line loss;annual cost;siting

TM63

B

1006-7345(2014)01-0068-03

2013-10-11

杨坤池 (1976),男,高级工程师,云南电网规划研究中心,主要从事规划设计工作 (e-mail)237076510@qq.com。