CN106097152A - 一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，包括以下步骤：1)获取110kV主变容量阶梯式利用的多种初始方案；2)对每种初始方法建立全寿命周期成本模型，并将其绘制成LCC曲线图；3)根据LCC曲线图确定主变容量的阶梯调换年限和推迟增容的时间，从多种初始方案中选取最优的110kV主变容量阶梯式利用方案。与现有技术相比，本发明具有降低了扩容成本、具有广泛的应用性等优点。

Description

一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法

技术领域

本发明涉及电网主变扩建领域，尤其是涉及一种降低了扩容成本、具有广泛的应用性的110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法。

背景技术

随着上海负荷密度的不断提高，35千伏变电站供电能力已不适应负荷发展的需求。

随着上海社会经济持续快速发展，城市综合功能不断加强，居民消费水平和质量逐步提高，上海用电需求逐年增加。目前上海电网作为国内负荷密度最大的电网之一，特别是在中心城区等高负荷密度地区，35千伏变电站供电能力已经无法满足负荷发展的要求。各负荷热点区域35千伏变电站负载率均已较高，2013年夏季高峰2主变的35千伏变电站负载率达50％以上的已达406座，3主变的35千伏变电站负载率达67％以上的已达72座，分别占35千伏变电站2主变、3主变变电站总数的77％及67％。

土地资源较为紧张，建设难度加大，发展35千伏电网受到资源条件的制约。

上海地区土地资源极为紧张，采取35千伏小容量多布点的电网发展策略已经越来越受到土地资源紧张的掣肘，变电站站址无法落地，建设受阻等现象也开始逐渐出现。但随着上海国际化大都市的蓬勃发展，上海市未来负荷仍然将有一定程度的增长，因此有必要采用110千伏电压等级，提高土地的利用效率。

35千伏电网负荷转移能力相对较差，难以支撑上级电网满足高可靠供电的要求。

受制于35千伏电缆的输送能力，35千伏电网通常采用线路变压器组辐射式供电。该网络结构站间转移能力较差，难以对上级电网满足检修方式下N-1可靠供电形成有力支持。而110千伏电网具备发展双侧链式结构的条件，能够大幅度提高高压配电网的转供能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，包括以下步骤：

1)获取110kV主变容量阶梯式利用的多种初始方案；

2)对每种初始方法建立全寿命周期成本模型，并将其绘制成LCC曲线图；

3)根据LCC曲线图确定主变容量的阶梯调换年限和推迟增容的时间，从多种初始方案中选取最优的110kV主变容量阶梯式利用方案。

所述的多种初始方法包括：

方案1、一次建成3×80MVA主变，不进行二次增容；

方案2、本期建设3×50MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变；

方案3、本期建设3×40MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变；

方案4、本期建设3×31.5MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变。

所述的全寿命周期成本模型为：

${\mathrm{NPV}}_{LCC}=CI+\frac{CEx}{{(1+r_0)}^n}+\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{CO}}_i}{{(1+r_0)}^i}-\frac{{\mathrm{SV}}_n}{{(1+r_0)}^n}$

其中，NPV_LCC为全寿命周期成本，CI为本期变电站的建设费用，CEx为变电站扩建的建设费用，n为开始扩建的年份，CO_i为扩建后第i年主变年线损费用，SV_n为变电站开始扩建当年更换下来的老旧主变的设备残值，r₀为折现率，K为全寿命周期。

所述的步骤3)中，阶梯调换年限为10年。

所述的步骤3)中，推迟增容的时间T_t受地区现负荷密度ρ、110kV变电站的供电半径r以及地区负荷增长率η的影响，其计算公式为：

T_t＝αρ+βr+γη

α+β+γ＝1

0.6≤α≤0.8

0.1≤β≤0.2

0.1≤γ≤0.2

其中，α、β、γ为权值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在110kV变电站主变增容扩建过程中，通过建立LCC模型，综合考虑地区现负荷密度、110kV变电站的供电半径以及地区负荷增长率，建立起了精确的成本模型，确定了推迟增容的时间和阶梯调换年限，在四项初始方案中选取了最优的方案作为最终的操作方案，降低了扩容成本、具有广泛的应用性。

附图说明

图1为LCC构成模型图。

图2为各方案LCC值与主变扩建年份的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

根据《配电网规划设计技术导则》，10kV线路供电半径应满足末端电压质量的要求。原则上A+、A、B类供电区域供电半径不宜超过3km；C类不宜超过5km。按照上述线路供电半径计算，若变电站远景规模考虑3*80MVA，容量在供电半径内完全消纳情况下，A+、A、B类供电区域10千伏负荷密度(以下均指10千伏及以下负荷密度)至少需达到10.8MW/km2，C类供电区至少需达到3.8MW/km2。

2013年，上海A+类地区平均负荷密度为25MW/km2，A类地区平均负荷密度为9.8MW/km2，而B类和C类地区平均负荷密度均仅为2.7MW/km2和0.32MW/km2。根据负荷现状和预测情况，A+、A供电区域饱和年平均负荷密度超过11MW/km2，能够满足上述负荷密度的要求，因此建议A+、A类地区110kV变电站远景规模可按3*80MVA。B类供电区饱和年负荷密度约6MW/km2，C类地区预测崇明岛域远景饱和负荷密度约为1.7MW/km2，均未达到上述消纳3*80MVA的负荷密度门槛，因此，建议在B类地区110kV变电站远景规模可考虑3*80或 3*50MVA，C类地区110kV变电站远景规模可考虑3*50。同时对于同一类别地区若局部负荷密度与周边差别较大，最终主变容量选择可按负荷密度对应参考取值，具体取值见表1。

表1不同类型地区饱和年10千伏负荷密度对应110千伏主变容量取值

单位：km、MVA、MW/km²

考虑到3*80MVA与3*50MVA变电站土建投资相差较小，从增强对远景饱和负荷发展的适应性和充分利用土地资源角度出发，变电站土建可均按3*80MVA规模预留。

考虑以下4个初始方案，对110kV主变容量阶梯式实施的全寿命周期成本进行计算。

方案一：一次建成3×80MVA主变，10kV出线48回。

方案二：本期建设3×50MVA主变，10kV出线48回；待负荷发展到一定阶段增容为3×80MVA主变。

方案三：本期建设3×40MVA主变，10kV出线48回；待负荷发展到一定阶段增容为3×80MVA主变。

方案四：本期建设3×31.5MVA主变，10kV出线48回；待负荷发展到一定阶段增容为3×80MVA主变。

根据全寿命周期成本的原理，全寿命周期成本等于建设成本和使用成本之和。考虑到110kV主变容量的阶梯式实施，因此在建设成本中包括初期投入费用与扩建投入费用，另外，考虑到扩建更换下的老旧主变未到寿命年限，可以移至其他变电站继续使用，因此还需在成本中减去老旧设备残值，若老旧设备被闲置或淘汰退役，则可不考虑设备残值。使用成本主要考虑运行过程中主变所产生的线损费用。本文计算所采用的全寿命周期成本模型见图1。

LCC净现值的计算公式为：

${\mathrm{NPV}}_{LCC}=CI+\frac{CEx}{{(1+r_0)}^n}+\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{CO}}_i}{{(1+r_0)}^i}-\frac{{\mathrm{SV}}_n}{{(1+r_0)}^n}$

式中，CI为本期变电站的建设费用；CEx为变电站扩建的建设投资；n为扩建发生的年份；CO为主变年线损费用；SV为变电站扩建当年更换下来的老旧主变的设备残值；r0为折现率；全寿命周期为30年。

采用上述计算条件计算主变扩建安排在不同年份时的LCC值，并作出了LCC曲线，如图2所示。由图可见，随着主变扩建年份的推迟，主变容量阶梯式实施方案的全寿命周期成本逐渐下降。先期实施50MVA主变的方案，当主变扩建安排在第13年及以后时，全寿命周期成本开始具备优势；先期实施40MVA主变的方案，当主变扩建安排在第12年及以后时，全寿命周期成本开始具备优势；先期实施31.5MVA主变的方案，当主变扩建安排在第9年及以后时，全寿命周期成本开始具备优势。

因此，为发挥阶梯式主变利用的成本优势，建议同一座变电站主变容量阶梯调换的年限不宜少于10年。

从全寿命周期成本角度考虑，主变容量阶梯实施方案是否具备优势主要取决于主变扩建的年份：即当初期先建设投运小容量主变，时间不久便需主变增容时，阶梯式实施方案不具备优势；当需进行主变增容的年份推迟，阶梯式实施方案逐渐体现出优势。

而决定一个地区新投运一座110kV变电站，再经历多少年需进行主变增容，主要影响因素有：地区现状负荷密度、110kV变电站的供电半径、以及地区的负荷增长率。地区现状的负荷密度和110kV变电站的供电半径决定了变电站供电的存量负荷，而存量负荷与地区负荷增长率一并决定了变电站供电的增量负荷。与负荷密度差异相比，110kV变电站的供电半径以及负荷增长率的变化幅度相对较小，而不同地区的负荷密度的差异却比较明显。因此，地区的负荷密度是上述三个影响因素中的相对关键因素。

下面分不同供电区域进行讨论。

(1)A+地区

考虑A+地区阶梯式实施方案为：方案1本期先投运3*50MVA主变，方案2本期先投运3*40MVA主变，方案3本期先投运3*31.5MVA主变，讨论主变容量阶梯式实施方案的适应性。

110kV变电站供电半径(参考现状供电半径)取1.2km，地区负荷增长率取2％，对不同负荷密度主变阶梯式实施方案的LCC值进行了计算。

随着地区现状负荷密度的增加，主变一次实施到位的方案才有可能体现出优势，先投运3*50MVA、3*40MVA和3*31.5MVA具备成本优势的临界负荷密度分别为小于32MW/km2、29MW/km2和26MW/km2。

对比上海A+地区现状负荷密度，初步建议：一般情况宜先期采用3*50MVA主变，负荷密度远高于周边平均负荷密度情况下，可采用3*80MVA主变一次实施到位。另外，在满足检修方式下N-1情况下(10kV负荷可全部转移)，则先期采用2*80MVA主变要优于3*50MVA。

(2)A类地区

110kV变电站供电半径(参考现状供电半径)取1.5km，地区负荷增长率取4％，对不同负荷密度主变阶梯式实施方案的LCC值进行了计算。

先投运3*50MVA、3*40MVA和3*31.5MVA具备成本优势的临界负荷密度分别为小于16MW/km2、15MW/km2和13MW/km2。

A类地区现状平均负荷密度低于上述临界值，建议一般情况宜先期采用3台小容量主变，仅在区内发展较成熟、负荷特别集中的商业区、居住区，负荷密度远高于周边平均负荷密度情况下，可采用3*80MVA主变一次实施到位。同样，若满足检修方式下N-1情况下(10kV负荷可全部转移)，则先期投运2台主变方案要优于3台主变全投。

(3)B类地区

110kV变电站供电半径取2.0km，地区负荷增长率取6％，对不同负荷密度主变阶梯式实施方案的LCC值进行了计算。

先投运2*50MVA、2*40MVA和2*31.5MVA具备成本优势的临界负荷密度分别为小于6MW/km2、5MW/km2和4.5MW/km2。(注：临界值对应的主变扩建年份大致为第7年扩第三主变，第15年增容至80MVA主变)。

B类区域由于现状负荷密度较小，导致存量负荷较小，即使地区负荷增长率较高，也不适宜一次性建成80MVA主变，建议在该地区初期采用2*50MVA主变。对于个别负荷密度大，近期负荷增长率高的区域，根据负荷预测分析(按5年内不扩建)初期需建设3*50MVA主变的，则建议初期按2*80MVA主变建设。

(4)C类地区

110kV变电站供电半径取3.5km，地区负荷增长率取8％，对不同负荷密度主变阶梯式实施方案的LCC值进行了计算。

先投运2*50MVA、2*40MVA和2*31.5MVA具备成本优势的临界负荷密度分别为小于1.2MW/km2、1.1MW/km2和0.9MW/km2。

考虑到C类区域目前的平均负荷密度较大幅度低于0.9MW/km2，因此建议在崇明三岛一般情况下可先期实施2*31.5MVA主变，仅在负荷相对集中的成熟居住区、镇中心区可先期实施2*50MVA。

根据远景饱和年10千伏负荷密度预测，结合地区分类，建议选取110千伏变电站最终主变容量和初期主变容量如表2所示。

表2不同类别地区110千伏主变容量取值

(单位：台、兆伏安)

	A+	A	B	C
					初期	3*50(80)	3*50(80、31.5)	2*50(80、31.5)	2*31.5(50)
最终	3*80	3*80	3*80	3*80

Claims (5)

1.一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取110kV主变容量阶梯式利用的多种初始方案；

2)对每种初始方法建立全寿命周期成本模型，并将其绘制成LCC曲线图；

3)根据LCC曲线图确定主变容量的阶梯调换年限和推迟增容的时间，从多种初始方案中选取最优的110kV主变容量阶梯式利用方案。

2.根据权利要求1所述的一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，其特征在于，所述的多种初始方法包括：

方案1、一次建成3×80MVA主变，不进行二次增容；

方案2、本期建设3×50MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变；

方案3、本期建设3×40MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变；

方案4、本期建设3×31.5MVA主变，10kV出线48回，待负荷发展一定时间后扩建增容为3×80MVA主变。

3.根据权利要求1所述的一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，其特征在于，所述的全寿命周期成本模型为：

其中，NPV_LCC为全寿命周期成本，CI为本期变电站的建设费用，CEx为变电站扩建的建设费用，n为开始扩建的年份，CO_i为扩建后第i年主变年线损费用，SV_n为变电站开始扩建当年更换下来的老旧主变的设备残值，r₀为折现率，K为全寿命周期。

4.根据权利要求1所述的一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，其特征在于，所述的步骤3)中，阶梯调换年限为10年。

5.根据权利要求2所述的一种110kV电网建设过渡阶段的主变容量阶梯式扩建方法，其特征在于，所述的步骤3)中，推迟增容的时间T_t受地区现负荷密度ρ、110kV变电站的供电半径r以及地区负荷增长率η的影响，其计算公式为：

T_t＝αρ+βr+γη

α+β+γ＝1

0.6≤α≤0.8

0.1≤β≤0.2

0.1≤γ≤0.2

其中，α、β、γ为权值。