电力系统规划与可靠性-7输电网规划与可靠性(-11)

LOGO电网规划与可靠性内容安排概述电网的电压等级选择变电站的站址选择及容量选择网络结构规划的常规方法架空送电线路导线的截面选择电网规划的可靠性电网规划的内容输电网规划和配电网规划以负荷预测和电源规划为基础确定在何时、何地投建何种类型的线路及其回数达到规划周期内所需要的输电能力在满足各项技术指标的前提下使系统费用最小（1）确定输电方式（2）选择电网电压（3）确定变电站布局和规模（4）确定网络结构电网规划的内容在输电方式上，我国仍以交流输电为主，只有在500kV及以上电压才考虑直流输电的必要性重点是对主网网架进行规划，加强主网网架是电网规划最重要的内容，近年来，城市电网也逐渐成为规划的重点问题目前，我国电网规划主要的解决问题为：（1）大型水、火电厂及核电厂接入系统规划（2）各大区电网或省级电网的受端主干电网规划（3）大区电网或省级电网之间联网规划（4）城市电网规划（5）大型工矿企业的供电网规划电网规划应具备的条件电网规划的最终结果取决于原始资料和规划方法原始资料包括：（1）规划年度用电负荷的电力、电量资料（2）规划年度电源（现有和新增）的情况（3）现有电网（包括在建设和已列入基建计划的线路和变电站）的基础资料城网规划需要掌握与城市发展相关的资料电网规划方法传统的规划方法和数学方法并用传统规划方法以方案比较为基础，参与比较的方案由规划人员根据经验提出数学方法以计算机、系统工程、运筹学理论为基础，并应用优化理论电网规划的数学方法：启发式方法数学优化方法电网规划流程输电网规划流程（1）原始资料的收集和论证（2）制定连接系统规划（3）环境条件分析（4）制定规划方案（5）技术经济评价电力负荷预测电源开发方案连接系统规划制定规划方案技术经济评价确定最佳方案社会环境评价对现有系统评价选线、站址条件评价地区用电需要预测用户供电设备规划LOGO电网的电压等级选择电网的电压等级选择原则国家电压标准1000、750、500、330、220、110、66、35、20、10、6、0.4电压等级不宜过多，110kV以下电压级差在3倍以上；110kV以上电压级差在2倍左右。我国电力系统的电压配置大致分为两类非西北地区110/220/500西北地区110/330/750kV在220kV以下又有10/60/220kV10/35/110/220kV我国城市电网的电压等级配置基本分5级，电压等级的划分基本上以500,330,220kV为输电电压等级，以110,35kV为高压配电电压等级，以20.10kV为中压配电电压等级，以0.4kV为低压配电电压等级。目前各省会城市和沿海发达城市先后建立了500kV或220kV的超高压外环网、双环网，进一步简化了输配电电压等级，一些城市以220kV高压变电站深入市区供电，北京、上海更计划以500kV超高压变电站深入市区供电。全国大部分城市主要以10kV为中压配电电压。值得注意的是，苏州的新加坡工业园区和辽宁本溪的少部分地区以20kV为中压配电电压，还有少部分城市以35kV为中压配电电压。部分发达国家城市电网电压等级配置情况电网的电压等级选择根据线路送电容量和送电距离选择电网电压，我国各级电压输送能力统计电网电压等级选择电压等级与网损有密切的关系一般情况下，送电线路采用铝导线，电流密度为0.9A/mm2、受端功率因素为0.95的条件下，各级电压线路每公里电力损失的相对值近似为每公里电力损失相对值线路的额定电压kV线路长度送电线路的电力损失正常不宜超过5%5%NLPU%PNUL电网规划中电源和负荷的相对关系电源和负荷是相对变化的220kV电网规划中，发电厂和上级500kV的变电站作为电源，220kV的降压变电站则承担负荷110kV电网规划中，220kV变电站作为电源，110kV降压变电站则承担负荷其他电压等级电网类推LOGO变电站的站址及容量选择变电站的容量与供电半径变电站布点变电站数量的一般计算在对规划区域负荷预测的基础上，区域所需的变电站个数Ns由下式确定SLNceilSLS区域负荷预测值；容载比；规划单座变电站的总容量；ceil为向上取整容载比容载比是某一供电区域，变电设备总容量(kVA)与对应的总负荷(kW)的比值。分电压等级分区计算不考虑升压变电站、直供负荷、专变容载比是保障电网发生故障时，负荷能否顺利转移的重要宏观控制指标。负荷增长率低，网络结构联系紧密容载比可适度降低负荷增长率高，网络结构联系不强容载比应适当提高容载比是规划过程中宏观控制变电总容量，满足电力平衡，合理安排变电站布点和变电容量的重要依据。maxeSP容载比，kVA/kW；eS该电压等级变电设备的总容量；maxP该电压等级的全网最大预测负荷；容载比实际应用中，根据经济增长和城市社会发展的不同阶段，对应的城网负荷增长速度可分为较慢、中等、较快三种情况《城市电网规划设计导则》中推荐的相应各电压等级城网的容载比如下表所示，宜控制在1.5~2.2范围之间。城网负荷增长情况较慢增长中等增长较快增长年负荷平均增长率小于7%7%~12%大于12%500kV及以上1.5~1.81.6~1.91.7~2.0220~330kV1.6~1.91.7~2.01.8~2.135~110kV1.8~2.01.9~2.12.0~2.2变电站容量变电站的容量是变电站各台主变压器容量之和。一个变电站的主变压器台数最终规模不宜少于2台或多于4台。《城市电网规划设计导则》中推荐的单台变压器容量：主变压器电压比(kV/kV)单台主变压器容量(MVA)主变压器电压比(kV/kV)单台主变压器容量(MVA)500/2201500110/2080、63330/110360110/1063220/11024066/1063220/6624035/1031.5220/35240在同一个城网中，同一级电压的主变压器单台容量不宜超过2~3种，在同一变电站中同一级电压的主变压器宜采用相同规格。当变电站内变压器的台数和容量已达到规定的台数和容量以后，如负荷继续增长，一般应采用增建新的变电站的方式提高电网供电能力，而不宜采用在原变电站内继续扩建增容的措施。例题：以某地区220kV电网为对象，若预测2015年最大负荷为3940MW，该地区已有变电容量为3360MW，试计算该地区最少需要新建多少220kV变电站。变电站选址分为规划选址和工程选址两个阶段规划选址是在编制电网发展规划时进行，对规划电网内可能布置变电站的点进行预先选择，规划出新建变电站的地址或范围。工程选址根据规划中确定的地点或范围进行结合一定的变电站模式及基本平面布置，充分考虑规划时间的设备发展方向和变电站建设模式选定电气布置方案，然后据此进行选址。站址选址的一般要求：站址靠近供电负荷区域中心使地区电源分布合理高低各侧进出线方便交通运输方便应贯彻节约用地的精神合理选择、充分利用地形，注意防洪地形要求考虑其邻近设施的相互影响LOGO网络结构规划的常规方法方案形成-输电容量和距离根据输电容量和输电距离，拟定几个可比的网络方案（1）送电距离的确定在有关的地形图上量得长度，再乘以曲折系数1.1~1.15（2）送电容量的确定划分若干区域，分别进行电力电量平衡，判断电力余缺方案形成-网络连接方式现代电网的结构一般根据规划年份内的负荷分布、数量大小、用电特性及其供电距离等进行考虑。从可靠性角度，电网接线分为有备用网络和无备用网络~~单回路放射式单回路链式无备用网络~双回路放射式~双回路链式~环网~双回路与环网混合型有备用网络•逐步实现以500kV变电站为中心，实现分片供电的模式，•各分区间正常方式下相对独立，各区之间具备线路检修或方式调整情况下一定的相互支援能力。•一般采用双回路链式结构或双回路环网结构。•每一回路或每一链中220kV变电站数量不应超过4座。•不允许“T”接线方式构网。•一般要求变电站有来自两个不同方向的独立电源。•220kV电网典型接线方式•特大城市中心区的110kV电网典型接线方式•大城市中心区的110kV电网典型接线方式•一般市区的110kV电网典型接线方式•县城（镇）区的110kV电网典型接线方式•乡村的110kV电网典型接线方式方案检验对已形成的方案进行技术经济比较，包括：潮流计算分析暂态稳定计算短路电流计算经济比较网络结构规划的步骤1.确定负荷水平及电源安排2.进行电力、电量平衡以明确输电线的送电容量及送电方向3.核定送电距离4.拟定电网方案5.进行必要的电气计算6.进行技术经济比较7.综合分析，提出推荐方案LOGO架空送电线路的导线截面架空送电线路导线截面选择和检验架空送电线路导线截面一般按经济电流密度来选择，并根据电晕、机械强度以及事故情况下的发热条件进行校验，必要时通过技术经济比较确定。按经济电流密度选择导线截面考虑线路投入运行后5~10年的发展必须采用正常运行方式下经常重复出现的最高负荷在发展还不明朗的情况下，切勿将导线截面选择过小导线截面的计算公式为：S-导线截面(mm2)，P-送电容量(kW)UN-线路额定电压(kV)，J-经济电流密度(A/mm2)3cosNPSJU导线材料最大负荷利用小时数Tmax3000以下3000-50005000以上铝线1.651.150.9铜线3.02.251.75实例220kV某线路设计输送最大负荷200MW，长为150km，负荷利用小时为3500h，试按经济电力密度选择导线截面。3cosNPSJU导线材料最大负荷利用小时数Tmax3000以下3000-50005000以上铝线1.651.150.9铜线3.02.251.75按电晕条件校验导线截面在高海拔地区，110kV以上线路的导线截面，电晕往往起主要作用导线产生电晕带来的不良后果：增加送电线路的电能损失，对无线电通信和载波通信产生干扰电晕损失，用导线最大工作电场强度Emax(kV/cm)与全面电晕临界电场强度E0的比值来衡量max00.9EE按导线长期容许电流校验导线截面根据各种运行方式及事故情况下的传输容量进行发热校验，即在设计中不应使预期的输送容量超过导线发热所能容许的数值按容许发热条件的持续极限输送容量的计算公式Smax-极限输送容量(MVA)UN-线路额定电压(kV)Imax-导线持续容许电流(kA)maxmax3NSUI按电压损失校验导线截面对电压在6、10kV以下，而且导线截面在70~95mm2以下的线路，才进行电压校验线路允许电压损失的量，应视线路首端的实际电压水平确定线路末端的电压一般允许低于额定电压的5%，个别情况下允许低于7.5%~10%按机械强度校验导线截面为保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路、河流、公路、通信线路、居民区的线路，导线截面不得小于35mm2通过其他地区的导线截面，按线路的类型分，容许的最小截面见下表导线构造架空线路等级（单位：mm2）35kV以上线路1-35kV线路1kV以下线路单股线禁止使用禁止使用禁止使用多股线251616LOGO电网规划的可靠性评价发电系统的可靠性，是以发电量能否满足负荷需求量作为发电系统是否可靠的准则，并没有考虑电网输送电能的可靠性情况。而在评价电网规划的可靠性时，则主要是以电网能否将发电系统发出的电能安全可靠地送到电力用户作为可靠性准则。电网规划可靠性评价准则根据《城市电网规划设计导则》，在对电网规划的静态可靠性进行评价时，通常可以采用如下的判别准则:（1）一条线路或者一台变压器故障停运时，电网中没有发生负荷停电情况（N-1原则）。（2）两条线路或者两台变压器同时故障或相继停运时，电网中没有发生负荷停电情况。（3）一条线路或一台变压器处于计划检修状态的同时，另外一条线路或一台变压器发生故障停运时，电网中没有发生负荷停电情况。（4）一条