供电可靠性的变电站主接线经济性研究

王 龙， 张文杰， 赵崇娟， 张怡心

(湖州电力设计院, 浙江 湖州 313000)

供电可靠性的变电站主接线经济性研究

王 龙， 张文杰， 赵崇娟， 张怡心

(湖州电力设计院, 浙江 湖州 313000)

为科学合理地选择变电站主接线方案，讨论变电站各电压等级的主接线比选方案，并建立基于变电站主接线的供电可靠性模型和经济性模型.通过对比分析基于出线间隔数量的主接线总费用，研究推荐变电站各电压等级的主接线方案.研究表明:对于220 kV母线，推荐采用双母线接线；对于110 kV母线，当110 kV出线间隔数量≤9时，推荐采用双母线接线，当110 kV出线间隔数量>10时，推荐采用单母三分段接线；对于10 kV母线，推荐采用单母四分段接线.该结论为科学选择220 kV变电站各电压等级的主接线提供了理论参考.

供电可靠性； 经济性； 主接线； 变电站

变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，是系统电能传输和分配的重要环节[1-2].目前变电站主接线方案的选择主要参考《电力工程电气设计手册》[3]，但设计手册只给定选择范围，具体方案仍需根据变电站实际情况来考虑[4].变电站电气主接线方案的选择需要考虑变电站在电网中的地位和作用[5]、配电装置布置[6]、变电站建设经济性[7]和供电可靠性等因素[8].本文以220 kV变电站为分析对象，提出变电站供电可靠性计算模型，并基于变电站失电损失费用和设备购置费用等因素建立经济模型，然后以经济计算结果为依据，科学合理地选择变电站的主接线方案.

1 变电站主接线方案分析

1.1 220 kV主接线方案

依据主接线灵活、可靠、节约和便于扩建的原则，对220 kV主接线提出两个比选方案：双母线接线和单母线分段接线，其接线图如图1所示.

分析图1可知，相比双母线接线，单母线分段接线的出线/主变各间隔均可节省一组隔离开关.

1.2 110 kV主接线方案

根据出线规模和接线灵活等要求，对110 kV主接线提出两个对比方案：双母线接线和单母三分段接线，其接线图如图2所示.

分析图2可知，相比双母线接线，单母线三分段接线的出线/主变各间隔均可节省一组隔离开关，但需多配置一组母线分段间隔.

1.3 10 kV主接线方案

根据出线规模和配电室平面布置等要求，对10 kV主接线提出两个对比方案：单母四分段接线和单母三分段环形接线，其接线图如图3所示.

分析图3可知，相比单母四分段接线，单母三分段环形接线可节省一组主变进线开关，但需要多配置一组10 kV母线桥或母线分段开关柜.

2 主接线可靠性和经济性计算模型

2.1 可靠性计算模型

可靠性由故障率、年停运时间、可靠率和期望故障受阻电能等指标组成，各指标计算公式[9-11]如下：

故障率：λs=FR(次/年)，

(1)

故障平均停电持续时间：Ds=RT，

(2)

(3)

其中,T是年利用小时数.

(4)

期望故障受阻电能指标：

(5)

其中，Ls为对应可靠性判据下的进线/出线功率(MW).

根据上述公式，可计算得到各电压等级下的主接线方案可靠性结果.

2.2 经济性计算模型

分析比较变电站主接线不同方案的经济性时，需考虑的费用包括设备购置费、建筑费用和电能损失费用(因故障损失的电能收益)等.因为变电站内设备布置较紧凑，相比设备购置费和电能损失费用，不同主接线方式的占地面积费用差别相对较小，因此，在计算不同主接线经济性时，忽略建筑费用.不同主接线方案的经济性计算模型如下：

(6)

式中：COST为主接线方案的总费用；Cs,i为第i类设备间隔的费用；ni为第i类设备间隔的数量；CLOSS，j为第j个出线间隔所输送的电能损失费用.

电能损失费用计算公式为：

CLOSS，j=EENSj×P，

(7)

式中：EENSj为第j个出线间隔所输送的电能量；P为电能价格.

依据《电力建设工程概预算定额》和《国网电网工程设备材料信息价》等文件，可得到各电压等级下主要变电设备(GIS设备)的价格，如表1所示.根据上述模型，可计算并对比分析各主接线方案的经济性.

表1 各电压等级下的主要变电设备价格

3 算例分析

3.1 220 kV主接线方案

220 kV不同出线间隔数量时的主接线经济对比结果如图4所示.

分析图4可知，220 kV采用双母线接线时，其总费用比单母双分段接线的总费用更低，且随着出线间隔数量的增加，双母线接线的经济性优势更明显.因此，对于220 kV母线主接线，研究推荐采取双母线接线.

3.2 110 kV主接线方案

110 kV不同出线间隔数量时的主接线方案经济对比结果如图5所示.

分析图5可知，当110 kV出线间隔数量≤9时，其主接线采用双母线接线时的总费用更低；当110 kV出线间隔数量>10时，其主接线采用单母三分段时总费用更低.因此，对于110 kV出线间隔数量≤9时，研究推荐110 kV主接线采用双母线接线；当110 kV出线间隔数量>10时，研究推荐110 kV主接线采用单母三分段接线.

3.3 10 kV主接线方案

10 kV不同出线间隔数量时的主接线方案经济对比结果如图6所示.

分析图6可知，对于不同出线间隔数量，相比10 kV母线采用单母三分段环形接线，单母四分段的总费用更低，但两者总费用相差较小.综合考虑10 kV母线停运检修或新增10 kV间隔等因素，研究推荐10 kV采用单母四分段接线.

4 结 论

基于220 kV变电站不同出线间隔数量，对比分析不同主接线方案的经济性，研究表明：对于220 kV母线主接线，推荐采用双母线接线；对于110 kV母线主接线，当110 kV出线间隔数量≤9时，推荐采用双母线接线，当110 kV出线间隔数量>10时，推荐采用单母三分段接线；对于10 kV母线主接线，推荐采用单母四分段接线.该结果为科学合理地选择220 kV变电站各电压等级的主接线方案提供了理论参考.

[1]许轶珊.变电站电气主接线综合评价系统的研究[D].郑州:郑州大学,2004:3.

[2]陈云峰,张焰.计及变电站主接线影响的输电网供电可靠性分析[J].电力系统保护与控制,2007,35(2):60-63.

[3]罗兰凤.220 kV变电站总平面布置的优化设计[J].企业科技与发展,2008,242(20):116-118.

[4]夏德明.变电站主接线方式对农网供电可靠性指标的影响问题探讨[J].低碳世界,2013,2013(8X):108-109.

[5]陈志伟.变电站单母四分段不完全接线设计[J].农村电气化,2011(5):19-20.

[6]陈丽,张磊,田晓军.基于220 kV变电站电气主接线优化方案的研究[J].河北省科学院学报,2013,30(3):39-43.

[7]李信,李巨泽.广州地区110 kV变电站10 kV侧优化接线方式[J].电网技术,2008(S2):15-20.

[8]王莉.变电站电气一次设计[J].环球市场信息导报,2014(37):175-175.

[9]刑振军.变电站主接线影响的输电网供电可靠性分析[J].中国科技博览,2013(28):1-4.

[10]陈志伟.关于完善变电站标准设计和提高供电可靠性的研究[J].黑龙江电力,2011,33(3):234-237.

[11]冯剑.计及变压器经济运行的变电站主接线可靠性评估[D].长沙：长沙理工大学,2010：6.

[责任编辑 高俊娥]

EENSs=Us×Ls(MWh/年)，

A Research on the Substation Main Connection Economy Considering Power Supply Reliability

WANG Long, ZHANG Wenjie, ZHAO Chongjuan, ZHANG Yixin

(Huzhou Electric Power Design Institute, Huzhou 313000, China)

In order to reasonably select the main connection scheme of substation, firstly, the main connection schemes of different voltage level of substation are discussed. After that, the power supply reliability model and economic model are built based on the substation main connection; finally, the main connection schemes of different voltage of substation are recommended by comparing and analyzing the total cost of main connection based on the outgoing lines number. The results show that double-bus connection is recommended for the 220 kV bus. The double-bus connection is recommended for the 110 kV bus if the outgoing lines number≤9, and single-bus 3 segments is recommended for the 110 kV bus if the outgoing lines number >10, and single-bus 4 segments is recommended for 10 kV bus. All these results provide the theoretical references for the scientific selection of main connection of 220 kV substation.

power supply reliability; economy; main connection; substation

2016-11-10

王龙，工程师，研究方向：变电设计和电网规划.E-mail：20876663@qq.com

TM406

A

1009-1734(2017)02-0083-05