CN102426665A - 一种配电网规划建设标准的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种配电网规划建设标准参数的选择方法，通过一定方法选择出变压器容量、变压器数目和导线截面。本发明以年费用选为目标函数、线路电压降等为约束条件选择变压器容量和台数，兼顾技术性和经济性；按容许电压损耗选择导线截面、并对导线进行机械强度校核，既能确保线路各节点满足电压质量要求，又能满足机械强度要求。

Description

一种配电网规划建设标准的选择方法

技术领域：

本发明涉及配电网规划建设方法，具体涉及一种配电网规划建设标准的选择方法。 

背景技术：

配电网规划建设标准主要包括变压器容量和台数、导线截面、电网结构、设备选型和用户接入等几个方面，以变压器容量和台数、导线截面选择最为重要。 

目前，变压器的台数和容量往往由设计人员依据经验进行选择，而不同电网区间荷特性差异极大，所以根据经验选择建设标准容易导致一些电网同一电压等级出现多种变压器容量，变压器容量序列过多。以青海高原农牧区为例，竟然会出现110kV主变容量共有10种规格的变压器容量，而35kV主变容量共有12种规格的变压器容量，显然增加了运行维护和备品备件的难度。本发明人经长期研究发现，亟待研发一种科学、系统的方法来代替现有技术中的仅凭经验选择变压器数量和容量。 

导线截面一般按照经济电流密度选择，通常考虑两方面的问题：从降低功率损耗及电能损耗的条件出发，则导线截面愈大愈有利；从减少投资和节约有色金属出发，则导线截面愈小愈好。综合考虑了上述因素，定出负荷总的经济利益的导线截面称为经济截面，对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度。从经济电流密度的定义可以看出，该方法以经济利益为目标函数。而高原农牧区具有面积辽阔、负荷小且极其分散、用电性质单一等特性，若按经济电流密度选择导线截面，则导线无法满足电压质量、机械强度等技术要求。该类区域内的电网覆盖更多的是体现国家关注民生和电网企业的社会责任，难以采用常规的经济电流密度法选择导线截面，因此必须突破常规思路，需因地制宜的采用新的方法制定标准。 

发明内容：

针对上述技术的不足，本发明提供一种配电网规划建设标准的选择方法，适用于高原农牧区，以年费用选为目标函数、线路电压降等为约束条件选择变压器容量和台数，兼顾技术性和经济性；按容许电压损耗选择导线截面、并对导线进行机械强度校核，既能确保线路各节点满足电压质量要求，又能满足机械强度要求。 

本发明提供的一种配电网规划建设标准参数的选择方法，其改进之处在于，所述方法包括确定变压器数目、容量和导线截面； 

所述确定变压器数目和容量包括如下步骤： 

(1)选择电网模型参数； 

(2)确定技术指标和经济指标； 

(3)建模； 

(4)确定其数目和容量； 

所述选择导线截面包括如下步骤： 

①确定电力线路电抗值； 

②根据线路最大电压损耗求导线截面； 

③校验导线截面机械强度； 

④确定导线截面。 

本发明提供的第一优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述步骤(2)确定技术指标和经济指标是指根据步骤(1)得出的参数均符合技术指标和经济指标中的参数； 

所述技术指标包括：电压等级变电站数目、变压器数目、线路条数、输送容量、供电半径和线路电压降； 

所述经济指标包括建设投资费用、运行维护费用和线损费用。 

本发明提供的第二优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述步骤①电抗值是根据每根电力线路由厂商确定电抗值大小，所述电抗值取值范围为0.36～0.42Ω/km。 

本发明提供的第三优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述步骤②线路最大电压损耗为线路末端最大电压损耗ΔU_max。 

本发明提供的第四优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述步骤②根据线路最大电压损耗求导线截面的步骤包括： 

1)求电力线路电阻中的电压损耗ΔU_r： 

ΔU_r＝ΔU_max-ΔU_x；其中，ΔU_x为电力线路电抗中的电压损耗。 

2)求导线截面S： 

$S=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{l}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{L}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}.$

本发明提供的第五优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述步骤③机械强度校验是指通过规范、规程来校验所选择的导线截面是否满足要求。 

本发明提供的较优选方案的选择方法，其改进之处在于，所述电力线路电抗中的电压损 耗ΔU_x的公式为： 

${\mathrm{\ΔU}}_x=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_m{x}_m}{U_N}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_m{X}_m}{U_N}.$

与现有技术比，本发明的有益效果为： 

本发明以年费用目标函数、线路电压降等为约束条件选择变压器容量和台数，兼顾技术性和经济性，实现了电网在技术条件约束下的经济效益最大化，避免了以往依据经验在局部区域进行选择，易导致“局部可能最优，但全局不一定最优”现象；按容许电压损耗选择导线截面、并对导线进行机械强度校核，既能确保线路各节点满足电压质量要求，又能满足机械强度要求。 

附图说明

图1为本发明提供的进行年费比较的示意图。 

图2为本发明提供的电力线路接有n个负荷时的示意图。 

图3为本发明提供的电力线路有3个节点的线路示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。 

本实施例分为变压器台数和容量选择和导线截面选择。 

1、变压器台数和容量选择 

整个实施例主要遵循“主变容量配置现状分析”、“依据适应性分析结果确定优化方法”、“配置电网模型计算参数”、“建立计算模型”、“以年费用最低作为约束条件得到优化配置结果”的过程来开展，具体过程如下： 

(1)电网模型参数配置 

按照典型区域的规划面积、负荷水平，不考虑现状网络，全部为新建电网。以高原农牧区常用的电网模型参数(电压序列、负荷分布、线路参数、变压器参数等)为基础，计算采用变压器台数和容量组合的方式。 

电网模型参数如下表： 

(2)确定技术及经济指标 

根据步骤(1)得出的参数均要符合技术指标和经济指标。 

技术指标：基于各种主变容量模式的电网建设方法应在满足高原农牧区负荷发展需要的基础上，满足相关导则对供电能力、短路电流水平、电压质量上的要求。技术指标主要包括各电压等级变电站座数、主变压器台数、线路条数、输送容量、供电半径、线路电压降等。 

经济指标：经济分析主要采用年费用法，适用于比较效益或功能基本相同的不同方案的投资费用和经营(运行)费用，计算期费用最低的方案为经济最优方案。年费用主要包括建设投资费用、运行维护费用和线损费用三大部分。 

(3)建模计算并进行研究 

考虑到高原农牧区电网供电面积大、负荷极度分散以及现状电网末端电压不能满足要求的特殊情况，以电压降作为目标函数的约束条件，进行年费用的比较，示意图如图1所示。 

a.从电力电网规划中提取负荷数据。 

b.根据负荷、规划原则和设备参数，提出电网的建设方案。 

c.根据建设方案计算变电站数量、容量和线路条数、长度，得到电网规模。 

d.根据电网规模和规划原则，计算分析各类技术指标(包括供电半径、电压降等)。 

e.依据电网规模，结合设备造价计算建设投资费用。 

f.依据电网规模，计算网络损耗费用。 

g.根据电网建设总体投资计算电网的运行维护费用。 

h.根据建设投资费用、运行维护费和网络损耗费用，计算出各方案的年费用，利用年费用法进行各种配置方案的经济性比较。 

2、导线截面选择 

图2中所示电力线路接有n个负荷，其一相参数和三相负荷功率情况已标于图中。电力线路的电压损耗分成两个部分，其表达式为 

ΔU＝ΔU_r+ΔUx    (1-1) 

${\mathrm{\ΔU}}_r=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{r}_m}{U_N}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{R}_m}{U_N}---(1-2)$

$\mathrm{\ΔUx}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_m{x}_m}{U_N}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_m{X}_m}{U_N}---(1-3)$

式中，ΔU_r为电力线路电阻中的电压损耗；ΔUx为电力线路电抗中的电压损耗；U_N为网络中的额定电压；P_m为节点m主干上的有功功率，p_m为节点m支线上的有功功率，R_m为线路首段到节点m的电阻，r_m为节点m与节点m-1之间的电阻，Q_m为节点m主干上的无功功率，q_m为节点m支线上的无功功率，X_m为线路首段到节点m的电抗，x_m为节点m与节点m-1之间的电抗。 

导线截面对线路电抗的影响极小，对于由架空电力线路构成的地方电力网中，线路单位长度的电抗值都在0.36～0.42Ω/km之间，或者取平均值为0.38～0.40/km之间。因此，即使在电力线路导线截面尚未确定的时候，也可以先确定各电力线路的电抗值。用式(1-3)先求出ΔUx。然后再求ΔU_r为 

ΔU_r＝ΔU_max-ΔUx    (1-4) 

式中，ΔU_max为线路末端最大电压损耗，由规范、规程提出。根据ΔU_max求出ΔU_r，就可以求出导线截面。 

对于沿线导线截面相同时电力线路，假定单位长度线路的电阻为r₁，则式(1-2)可写成 

${\mathrm{\ΔU}}_r=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{r_{1}l}_m}{U_N}=\frac{r_1\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{l}_m}{U_N}=\frac{r_1\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{L}_m}{U_N}---(1-5)$

式中，l_m、L_m为与l_m、R_m相对应的电力线路长度(km)；r₁＝ρ/S；ρ为导线材料的电阻率(Ω·mm²/km)，带入公式(1-5) 

求得导线截面为 

$S=\frac{\mathrm{\ρ}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{l}_m}{U_N\mathrm{\Δ}{U}_r}=\frac{\mathrm{\ρ}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{L}_m}{U_N\mathrm{\Δ}{U}_r}---(1-6)$

或 $S=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{l}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{L}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}---(1-7)$

其中λ＝1/ρ(km/Ω·mm²)为导线材料的电导率。 

这样求得了导线截面S以后，再选一个与计算截面相近的标称截面。最后，按照所选定的导线标称截面，求得实际的电压损耗ΔU，验算电压损耗是否超过规定的允许值(为ΔU_max)。如果没超出，则导线截面就选对了。如果电压损耗超过了允许值，则须换较大一型号导线，再验算电压损耗。最后，再通过相关资料对导线截面进行机械强度的校验，如果与资料上的参数相符，则选择该导线截面。 

结合图3，以实例具体说明选择导线截面： 

已知10kV线路上有3个节点A、B、C，其支线负荷分别为1000+j200、1500+j300、2000+j400，线路首端到节点A的距离为0.5km，AB＝1km，BC＝1.5km，求采用铜导线时的截面。 

(1)依据规范、规程，10kV线路ΔU_max为0.7kV。 

(2)取线路单位长度的电抗平均值0.38Ω/km，用式(1-3)求出ΔUx为0.0665kV。 

(3)用公式(1-4)求出ΔU_r为0.6335kV。 

(4)查电线电缆参数，铜的ρ为1.69*10^-9Ω·mm²/km。 

(5)用式(1-6)求出S＝233mm²，选择标称截面240mm²。 

(6)用公式(1-1)～公式(1-3)计算采用240mm²导线时的ΔU_max为0.2kV，未超过规定的允许值。 

(7)查规范、规程，截面240mm²的导线满足机械强度要求。 

(8)所以采用铜导线时的截面为240mm²。 

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。 

Claims (7)

1.一种配电网规划建设标准参数的选择方法，其特征在于，所述方法包括确定变压器数目、容量和导线截面；

所述确定变压器数目和容量包括如下步骤：

(1)选择电网模型参数；

(2)确定技术指标和经济指标；

(3)建模；

(4)确定其数目和容量；

所述选择导线截面包括如下步骤：

①确定电力线路电抗值；

②根据线路最大电压损耗求导线截面；

③校验导线截面机械强度；

④确定导线截面。

2.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤(2)确定技术指标和经济指标是指根据步骤(1)得出的参数均符合技术指标和经济指标中的参数；

所述技术指标包括：电压等级变电站数目、变压器数目、线路条数、输送容量、供电半径和线路电压降；

所述经济指标包括建设投资费用、运行维护费用和线损费用。

3.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤①电抗值是根据每根电力线路由厂商确定电抗值大小，所述电抗值取值范围为0.36～0.42Ω/km。

4.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤②线路最大电压损耗为线路末端最大电压损耗ΔU_max。

5.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤②根据线路最大电压损耗求导线截面的步骤包括：

1)求电力线路电阻中的电压损耗ΔU_r：

ΔU_r＝ΔU_max-ΔU_x；其中，ΔU_x为电力线路电抗中的电压损耗。

2)求导线截面S：

$S=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m{l}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m{L}_m}{\mathrm{\γ}{U}_N\mathrm{\Δ}{U}_r}.$

6.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤③机械强度校验是指通过规范、规程来校验所述选择的导线截面是否满足要求。

7.如权利要求5所述的选择方法，其特征在于，所述电力线路电抗中的电压损耗ΔU_x的公式为：

${\mathrm{\ΔU}}_x=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_m{x}_m}{U_N}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_m{X}_m}{U_N}.$

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