淺究電網規劃中的電壓等級優化與經濟分析

摘 要：城市電網的規劃建設期間，要著重考慮電壓的等級并對電壓等級進行合理地配置，而對電壓等級的考慮以及配置的技術經濟比較同樣必要且關鍵。論文主要依據常年的實踐經驗對電網規劃過程中電壓等級、序列優化以及經濟比較問題進行深入的探討與分析。

關鍵詞：城網規劃 電壓等級 優化 合理配置 經濟比較

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0122-01

1 電壓等級優化

電網規劃的主要目的是實現電網運行和投入資金的削減，在低成本的情況下保證電網安全、平穩、正常的運行。假設是把電壓等級Un作為變量，其他的都是作為常量來處理的。為了簡化分析，投資成本以線性函數的形式來表示：

C1=a1+bUn

式中，a、b為常數。假設負荷水平、輸電線路長度以及最大負荷利用小，運行成本與線路電壓的平方成反比。

2 “幾何均值”原則

在目標函數簡化式中可以清晰發現，與電壓等級相關的費用不一定與電壓相關，與電壓無關的費用用系數a表示，比如一些維修費用便屬于這一部分；還要的與電壓成正比，這類主要包含初期的投資費用、折舊費用以及設備的維護費用等，以系數b來代表；其余還有的與電壓成反比，卻與線路損耗的關系緊密，這部分用系數c來表示。a、b、c則代表著與電網系數不同方面相關的數據，其關鍵依據于電網的負荷水平、供電半徑及電網結構等。然而，根據電壓等級公示計算出的最佳電壓不能保證與現存的電壓標準相符，其通常狀況下在兩個標準電壓的范圍之間。可以認為2個相鄰的電壓等級也是經濟的，而且認為這3個電壓等級是等經濟的，所以有：

得到：

當假設運行成本與電壓等級成反比、而不是與電壓等級的平方成反比時，有：

通過上面的公式說明了幾何均值的原則，也就是說每個電壓與相鄰的電壓之間都要滿足上面的兩個公式之一。

3 電壓等級序列優化

在整個配電網內部，通常有數個電壓等級存在，主要采用多等級的降壓機制，但是等級的數量以及分配問題一直困擾著電力企業。合理地等級分配成為電壓等級規劃的主要研究與探索方向。配電網的運行成本主要涵蓋線路應用成本與變壓器相關的成本，假定電壓等級的運行成本大致相同，則有：C2=b2N

式中，b2為常數，表示每一電壓等級的運行成本；N為電壓等級數。隨著電壓等級數量的增加，運行成本是成比例增加的。

4 電壓等級合理配置的技術經濟比較

4.1 變電電壓與變壓器參數與價格的關系

經過比較多種可能性的變電電壓等級組合下的變壓器參數與價格，能夠基本確定不同電壓等級配置效益性：對常規的35/0.4 kV與10/0.4 kV配電變壓器各項參數進行比較，Uk%幾乎相等，此時，參考價格與容量則成反比；常規110/35 kV與220/10 kV主變壓器各項參進行比較，Uk%數據也基本相等，空載損耗與負載損耗也幾乎一樣，參考價格區別也相應不大；而常規220/35 kV與220/10 kV主變壓器各項參數進行比較，Uk%基本相同，空載損耗與負載損耗基本相當，參考價格也基本相同。

20/0.4 kV、110/20 kV、220/20 kV變壓器的各種參數與特征符合上述表述。

4.2 各種變電電壓下主變低壓側的短路電流

針對不同的變電電壓組合施行短路的電流研究與探討，能夠基本確定電壓等級配置的技術的合理可行性。

對于主變容量的選擇方面，則選用系統常用的經典容量，其高壓一側的短路電流一般會在1o1YGRZhfr5hzZvoLzH2kQg==0～30 kA的區間之內，據此可以對變電電壓低壓側的短路電流的即時變化情況進行分析與了解。

其短路電流計算結果如表1所示，二次側電壓為0.4 kV、Uk%=6.5時，二次側短路電流與電壓的關系如圖1所示，一次側短路電流為30 kA，Uk%=12.5，不同變電電壓下主變壓器二次側三相短路電流。

根據系統的計算可以發現，在35 kV主變容量控制在1.4 MVA之下的情況下，0.4 kV一側的短路電流才能保證在規定的范圍之內。同時要保證35 kV配電的電纜線的一定負荷能力，線路必須經過數次的串連變壓到相對分散的低壓配電網。在公網的實際操作設計中，35 kV通常不會被直接減低到0.4 kV，中間需要完成一次到10 kV的降壓。

從表1可以發現，110/220變電電壓組合在高壓側短路電流只有110/10 kV變電電壓組合10 kV側短路電流的二分之一，如果將10 kV升高到20 kV，中壓電網的供電能力可以大幅度加強，其適應能力也會相應增強，同時其短路電流也能得到有效的控制，那樣就表明在其余條件既定的情況下，20 kV能夠選用較低遮斷容量的斷路器，這樣可以大幅度的降低資金消耗與空間的占用。

其次，結合表1可以輕而易舉的發現，在幾乎統一的條件與情況下，220/20 kV變電電壓組合20 kV側的短路電流只是220/10 kV變電電壓組合20 kV側的短路電流的50%，保證在20 kA以下極其簡單、容易控制，所有單單從短路電流控制的立足點出發，能夠選擇220/20/0.4 kV電壓等級的配置，那樣110～35 kV電壓等級，這個不必要的階段與環節便可以省略掉，從而在成本和空間上都是一種有效的節省與控制。

參考文獻

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