CN102270259A - 基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，该方法包括下述步骤：对电网建设不同阶段进行界定；对电网网架结构进行综合比较，分析适用与电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程；对电网变电站电气主接线形式进行选择；分析得到电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略；本发明提供的方法为35～220千伏电网建设不同阶段选择合理的网架结构以及变电站电气主接线形式提供技术依据，同时指导各地区结合电网建设阶段与特点将改善网络结构与开展状态检修进行有效结合，通过合理的措施和手段来保证电网维持在一定的可靠性水平之上，并具有合理的技术经济性。

Description

基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法

技术领域

本发明涉及电网规划建设领域，具体涉及一种基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法。

背景技术

当前的电网建设处于快速发展时期，很多情况下电网处于发展初期和过渡期，负荷很小，且很多地方负荷增长缓慢，负荷发展到饱和阶段有可能要经历二、三十年或者更长的时间。一般情况下，随着负荷的逐步增长，电网处于不断增强的发展过程中，在电网建设初期和目标网架未完全形成的发展过渡期，电网在结构上可能不满足N-1标准。此外，供电企业有时为争取站址资源，在建设资金有限和负荷需求水平较低的情况下，处于电网建设初期时，首先要保证增大电网的覆盖范围，因此在此期间，网架结构相对薄弱，从经济性上考虑，电网的建设不能严格按照N-1标准执行。因此，在当前电网的发展建设中，受技术经济，环境和地方政策的影响，相当一部分的地方供电企业在电网的发展建设中尚不能完全按照导则的要求来实施，使得当前的电网建设不可能做到处处N-1和时时N-1。而如果按照导则的要求，在电网发展初期和过渡期就按照满足N-1要求进行电网建设，则会造成投资过度、设备资产利用率不高甚至严重浪费的情况，在技术、经济上不合理。

另一方面，电网发展初期和过渡期即使不满足N-1要求，但由于其负荷很小，也不会对系统可靠性产生过大影响。此外，系统可靠性是由设备可靠性来保证的，在电网网架结构不能满足N-1要求时，可以通过采用一定的技术手段来提高设备的可靠性水平，从而使整个系统满足一定的可靠性要求，如可采用状态检修技术。

如何积极有效地面对上述这些问题和挑战，就要求规划和运行人员从优先满足地方发展用电需求、充分考虑电网发展特点的角度出发，优化电网的发展策略。应从规划、建设、运行管理等多方面入手，分阶段、分层次地制定相应的措施来指导电网发展，通过合理的措施和手段来保证电网维持在一定的可靠性水平之上，并具有合理的技术经济性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，该方法首先根据电网的负荷水平和可靠性需求水平，将电网建设分为初期、过渡期和完善期三个阶段，接着针对不同电网结构和变电站电气主接线方式对可靠性和经济性的影响进行了深入分析，提出了适应不同建设阶段的电网结构过渡方式与变电站电气主接线匹配形式，最后本发明还考虑了状态检修在不同阶段对电网可靠性和经济性的影响，提出了适应不同建设阶段的状态检修优化应用策略。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)对电网建设不同阶段进行界定；

(2)对电网网架结构进行综合比较，分析适用与所述电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程；

(3)对电网变电站电气主接线形式进行选择；

(4)分析得到电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略。

本发明提供的一种优选的技术方案是：所述电网建设不同阶段用以下公式界定，定义函数f＝k₁k₂T，则：

其中，k₁为重要用户调整系数，取值范围为1.1～1.3；k₂为变压器设备短时允许过载能力调整系数，取值范围为0.77～1.0；T为电网中设备的最大负载率。

本发明提供的第二优选的技术方案是：所述对电网网架结构的综合比较包括对是否满足N-2标准、供电可靠性、供电灵活性、经济性以及适用范围的综合比较。

本发明提供的第三优选的技术方案是：所述电网网架结构的过渡过程包括35～110kV和220kV网架结构过渡过程；所述35～110kV网架结构过渡过程包括变电站规模为两台主变时和变电站规模为三台主变时。

本发明提供的第四优选的技术方案是：所述变电站规模为两台主变时包括以下情况：

情况1：两线一变单电源→三线两变→四线两变→四线三变；

情况2：两线一变双电源→两线两变→三线两变→四线两变→四线三变。

本发明提供的第五优选的技术方案是：所述变电站规模为三台主变时包括以下形式：

A、链式结构网架过渡，过渡方式为：双放射单电源→不完全链式→完全链式四线两变→完全链式四线三变；

B、三T结构网架过渡，过渡方式为：四线两变→四线三变→六线三变；

C、四线两变向四线三变过渡，过渡方式有两种情况：

情况1：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站为三台主变；

情况2：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站为两台主变。

本发明提供的第六优选的技术方案是：所述220kV网架结构过渡过程根据负荷预测、可靠性条件选择单电源电网结构或者哑铃、网格的电网结构。

本发明提供的第七优选的技术方案是：所述电网变电站电气主接线形式的选择采取以下原则：i、35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％以下时，应至少选用单元接线方式；

ii、35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用单母线分段接线方式；

iii、220kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用双母线分段接线方式。

本发明提供的第八优选的技术方案是：所述电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略包括以下情况：

a、在对可靠性要求较低的电网建设初期或经济不发达的农村地区，采用状态检修技术来提高电网可靠性，以较低的投资成本获取可观的经济效益，避免电网的过度建设浪费；

b、在电网建设过渡期，通过改善网络结构的方式来保障电网可靠性，投资效益需要从中长期角度来评价；

c、在电网建设完善期，应用所述状态检修技术，提升设备管理水平方式，提高电网可靠性与经济性。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

(1)本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，提出了将电网建设分为初期、过渡期与完善期三个阶段，在此基础上有针对性地开展电网结构和状态检修方面的研究，并能指导电网发展不同阶段的规划与建设策略制定；

(2)本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，提出了适应电网发展不同阶段的电网结构、电气主接线及状态检修策略的选择方法，为电网建设提供了理论和技术支撑，能全面有效地指导电网规划建设、设备运维与技改工作；

(3)本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，提出了电网网架结构的过渡方式，可以为各电压等级电网建设提供网络结构的优化方向，作为电网规划建设的重要依据之一；

(4)本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，通过电气主接线与设备可靠性之间的平衡分析，提出了仅依靠提高设备可靠性即可以满足电气主接线整体可靠性要求的方法，本发明提供的方法在电网建设中可以有效减少改变电气主接线方式造成的投资浪费，提高现有电气主接线方式对电网发展的适应性；

(5)本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，通过分析状态检修对电网可靠性和经济性的影响，提出了状态检修技术的优化应用策略，可以有效指导状态检修在电网建设不同阶段以及不同地区的深入应用。

附图说明

图1是本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法的流程图；

图2是本发明提供的变电站规模为两台主变时网架过渡方式示意图；

图3是本发明提供的链式结构网架过渡过程示意图；

图4是本发明提供的三T结构网架过渡过程示意图；

图5是本发明提供的四线两变向四线三变过渡过程示意图；

图6是本发明提供的220kV电网结构过渡过程示意图；

图7是本发明提供的单元接线方式示意图；

图8是本发明提供的单母线分段接线方式示意图；

图9是本发明提供的双母线分段接线方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法包括以下步骤：

(1)对电网建设不同阶段进行界定；

(2)对电网网架结构进行综合比较，分析适用与所述电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程；

(3)对电网变电站电气主接线形式进行选择；

(4)分析得到电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略。

各个步骤具体说明如下：

(1)对电网建设不同阶段进行界定

电网建设的不同阶段，由电网的负荷水平和可靠性需求水平加以综合界定，可分为初期、过渡期和完善期三个阶段。一般情况下，变压器或线路的负载率，指最大负载率，在25％以下时，可认为电网建设处于初期；变压器或线路的负载率在25％-50％时，可认为电网建设处于过渡期；变压器或线路的负载率在50％以上时，可认为电网建设处于完善期。

此外，由于重要用户对电网供电可靠性有特殊的要求，重要用户的级别越高，其对供电电源配置的要求越高，因此，相比于一般用户，其相应的电网建设也应有所超前。在划分为重要用户供电的电网的建设阶段时，需同时考虑重要用户的影响，该影响可以用调整系数k₁来表示。

另一方面，电气设备的可靠性对整个电网的可靠性影响很大，通常情况下，为了满足N-1要求，变压器应具有短时允许过载的能力，短时允许的过载率不应超过1.3，过载时间不超过2小时，并应在规定时间内恢复停运变压器的正常运行。该过载能力可适当延后相应变压器负载率下的电网建设阶段。变压器允许过载能力对电网建设阶段划分的影响可用调整系数k₂来表示。

综上所述，电网建设阶段的划分可用如下公式来判定，定义函数f＝k₁k₂T

其中，k₁为重要用户调整系数，取值范围可根据电网所供重要用户的级别来选定，一般为1.1～1.3；k₂为变压器设备短时允许过载能力调整系数，取值范围可根据变压器的短时允许过载能力来选定，一般为0.77～1.0；T为电网中设备的最大负载率。

(2)对电网网架结构进行综合比较

以35～110kV电网为例，变电站最终规模为两台主变和三台主变时，不同电网网架结构在是否满足N-2标准、供电可靠性、供电灵活性、经济性以及适用范围五个方面的综合比较分别如下表1和表2所示。

表1网架结构综合比较(两台主变时)

表2网架结构综合比较(三台主变时)

表中分析的前提是110kV变电站的高压侧站内主接线不采取线变组接线方式，且不考虑10kV侧的负荷转移。

(3)分析适用与电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程

1)35～110kV网架结构过渡过程

·变电站规模为两台主变时

以110kV电网为例，110kV变电站主要为两台主变时，按照网架逐步提高电网冗余度的原则，网架过渡方式有如下两种情况：

情况1：两线一变(单电源)→三线两变→四线两变→四线三变，这种网架结构的过渡方式如图2(a)所示；

情况2：两线一变(双电源)→两线两变→三线两变→四线两变→四线三变，这种网架结构的过渡方式如图2(b)所示。

·变电站规模为三台主变时

A、链式结构网架过渡

过渡方式为：双放射(单电源)→不完全链式→完全链式(四线两变)→完全链式(四线三变)，如图3所示。

B、三T结构网架过渡

过渡方式为：四线两变→四线三变→六线三变，如图4所示。

C、四线两变向四线三变过渡

四线两变向四线三变过渡时，有两种情况分别是：

情况1：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站也为三台主变，如图5(a)所示；

情况2：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站为两台主变，如图5(b)所示。

2)220kV网架结构过渡过程

220kV电网结构可根据负荷预测、可靠性条件选择单电源电网结构或者哑铃、网格较复杂的电网结构，在实际应用中，220kV电网结构的演变过程如图6所示。

(4)对电网变电站电气主接线形式进行选择

1)不同变电站电气主接线能满足的需求也不相同，变电站电气主接线形式的选择要根据不同电压等级的变电站、电力系统的需要、新型配电装置的开发以及各级电压母线在电力系统中所处的地位和作用予以选定。

·不同电压等级的变电站其主接线的选择与变电站的进出线回路数相关，单母线接线方式适用于进出线回路数小于4回的变电站；双母线接线方式适用于进出线回路数为4～8回的变电站；3/2接线方式适用于进出线回路数为6～8回的变电站。

·电力系统中电压等级高的母线，集结和输送的容量也比较大，发生故障时影响范围广，要求采用可靠性高的接线方式。单母线、单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线适用于110kV及以下的电压等级；双母线、双母线带旁路母线的接线则多用于在电力系统中有一定重要性的35～220kV母线；对进出线回路各为两个的变电站或终端变电站，通常采用桥形接线或线路变压器组接线形式，

·新型配电装置的出现、设备产品质量的调高以及设备管理技术的提高也对主接线方式的选择产生了一定的影响，例如状态检修技术的应用使设备检修的概率减少，为采用单母线分段接线方式的可靠运行提供了较好的条件，使得简洁的单母线分段接线方式广为采用。

·经过多年来的城乡配电网建设与改造，10kV中压配电网得到较大的充实与加强，双电源用户不断增多，也为采用单母线接线方式创造了条件。

2)在工程实际中，主接线方式一旦确定，就很难进行更改，不能随着负荷密度的增加实现不同接线方式的过渡，变电站接线方式的选择在实际规划建设中往往需要“一步到位”，因此将静态的规划建设与动态的负荷增长结合起来，即接线方式要与中期负荷预测相结合。

结合以上考虑，变电站电气主接线的选择采取以下原则：

·35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％以下时，应至少选用单元接线方式；单元接线方式如图7所示。

·35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用单母线分段接线方式，单母线分段接线方式如图8所示。

·220kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用双母线分段接线方式，双母线分段接线方式如图9所示。

3)设备可靠性的提高与主接线方式之间的平衡分析

在工程实际中，主接线方式一旦确定，就很难进行更改，如需改造将会造成较高的投资。而在接线方式不变的情况下，设备可靠性的提高同样可以提高变电站的整体可靠性水平。随着老旧设备的淘汰以及先进设备的应用，设备可靠性将逐步提高，当设备可靠性提高到一定程度时，就能在一定程度上弥补不完善变电站电气主接线的不足，使主接线可靠性提高到可接受的范围内，同时能够降低投资和提高工程实践的可行性。如：将单元接线方式中的每个元件的可靠性参数逐次提高到一定水平，可靠性参数在原参数的(0％-100％)内变化，当可靠性参数如：停电率和停电时间降低到原有参数的80％时，单元接线的可靠性水平接近于单母线接线方式。本发明提供的方法在工程实际中易于实现，采取该种方法来弥补简单的变电站电气主接线可靠性低的缺点，使主接线达到一定的可靠性要求。

其中，分析适用与电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程和对电网变电站电气主接线形式进行选择是同时进行的。

(5)状态检修技术的优化应用策略

在电网建设的不同阶段，状态检修技术的应用对电网可靠性和经济性的影响有所区别，基于综合分析得到状态检修技术的优化应用策略。

·在对可靠性要求较低的电网建设初期或经济不发达的农村地区，可以通过采用状态检修技术来提高电网可靠性，以较低的投资成本获取可观的经济效益，同时避免了电网的过度建设浪费。

·在电网建设过渡期，势必会对可靠性提出新的要求，此时需要通过改善网络结构的方式来保障电网可靠性，其投资效益需要从中长期角度来评价。

·在电网建设完善期，可靠性提高的空间受到限制，此时状态检修技术“低成本高效益”的优势再次体现，可以通过深入应用状态检修技术，提升设备管理水平等方式进一步提高电网可靠性与经济性。

无论在电网的何种发展阶段，采用状态检修均能够降低电网的运行费用，提高设备运行维护水平，减少检修费用。随着状态检修技术的不断应用与完善，状态检修技术的应用成本会逐步降低，而应用成效则会不断提高，这种趋势将会进一步加深状态检修对电网可靠性和经济性的影响。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)对电网建设不同阶段进行界定；

(2)对电网网架结构进行综合比较，分析适用与所述电网建设不同阶段的电网网架结构的过渡过程；

(3)对电网变电站电气主接线形式进行选择；

(4)分析得到电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略。

2.如权利要求1所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述电网建设不同阶段用以下公式界定，定义函数f＝k₁k₂T，则：

其中，k₁为重要用户调整系数，取值范围为1.1～1.3；k₂为变压器设备短时允许过载能力调整系数，取值范围为0.77～1.0；T为电网中设备的最大负载率。

3.如权利要求1所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述对电网网架结构的综合比较包括对是否满足N-2标准、供电可靠性、供电灵活性、经济性以及适用范围的综合比较。

4.如权利要求1所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述电网网架结构的过渡过程包括35～110kV和220kV网架结构过渡过程；所述35～110kV网架结构过渡过程包括变电站规模为两台主变时和变电站规模为三台主变时。

5.如权利要求4所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述变电站规模为两台主变时包括以下情况：

情况1：两线一变单电源→三线两变→四线两变→四线三变；

情况2：两线一变双电源→两线两变→三线两变→四线两变→四线三变。

6.如权利要求4所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述变电站规模为三台主变时包括以下形式：

A、链式结构网架过渡，过渡方式为：双放射单电源→不完全链式→完全链式四线两变→完全链式四线三变；

B、三T结构网架过渡，过渡方式为：四线两变→四线三变→六线三变；

C、四线两变向四线三变过渡，过渡方式有两种情况：

情况1：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站为三台主变；

情况2：第一座和第二座变电站为三台主变，第三座变电站为两台主变。

7.如权利要求4所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述220kV网架结构过渡过程根据负荷预测、可靠性条件选择单电源电网结构或者哑铃、网格的电网结构。

8.如权利要求1所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述电网变电站电气主接线形式的选择采取以下原则：

i、35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％以下时，应至少选用单元接线方式；

ii、35kV、66kV、110kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用单母线分段接线方式；

iii、220kV变电站负载率水平为25％-75％时，应至少选用双母线分段接线方式。

9.如权利要求1所述的基于可靠性与经济性的适应电网建设不同阶段的规划方法，其特征在于，所述电网建设不同阶段状态检修技术的优化应用策略包括以下情况：

a、在对可靠性要求较低的电网建设初期或经济不发达的农村地区，采用状态检修技术来提高电网可靠性，以较低的投资成本获取可观的经济效益，避免电网的过度建设浪费；

b、在电网建设过渡期，通过改善网络结构的方式来保障电网可靠性，投资效益需要从中长期角度来评价；

c、在电网建设完善期，应用所述状态检修技术，提升设备管理水平方式，提高电网可靠性与经济性。

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