等值線在變電站選址的應用

楊坤池,李靜濤,錢迎春,倪海云,張永雙

(1.云南電網規劃研究中心,昆明 650011;2.云南恒安電力工程有限公司,昆明 650011)

等值線在變電站選址的應用

楊坤池1,李靜濤1,錢迎春1,倪海云2,張永雙2

(1.云南電網規劃研究中心,昆明 650011;2.云南恒安電力工程有限公司,昆明 650011)

對變電站選址進出線投資等值線的確定及應用方法進行了探討,居于電網建設在節能和全壽命周期管理的理念,對等值線在變電站進出線電阻線損和建設年費用的應用也有所涉及。

變電站;進出線;等值線;投資;線損;年費用;選址

1 前言

“等值線”的定義為 “將某種地理事物或地理現象取其數值相等點所做的連線”,“在一定參考面上氣象要素數值相等各點的連線”等。由等值線構成的圖形稱為等值線圖。隨著電力系統電壓等級的提高和變電所進出線規模的擴大,送電線路投資在輸變電工程投資中所占的比例也相應增大,在各進出線迄點已確定的情況下,新建變電所不同的所址對進出線總投資的影響較大,稱之為 “落點效益”[1],如何找到進出線總投資較少而又具備建所條件的所址,或如何評價已選的幾個所址 “落點效益”是否已達到最優,結合地理信息[2],這正是變電站進出線投資等值線圖能夠解決的問題。

在缺少變電站選址進出線投資等值線圖的情況下,變電站選址過程中,對于進出線投資之和的比較,現在常用的方法為：根據電力系統規劃、地形、地質、進所道路、對地方規劃的影響、進出線走廊等建設條件,在一定地理范圍內,先確定幾個站址方案,分別對這幾個站址計算各進出線投資,合計投資后比較各站址對進出線投資的影響。由于一個變電站各個電壓等級的進出線回路累計后,進出線回路往往較多,并且需要連接的對側可能有電源、換流站、樞紐變、用戶變等,位置分散,不可能立即得到變電站建在各個地點的進出線總投資,判斷進出線投資優劣,在之前確定的幾個站址中,有可能遺漏投資最優的建站位置。以下推薦采用兩階段選址方法。[3,4]對等值線在變電站進出線電阻線損和建設年費用的應用也有所探討[5]。

2 變電所進出線數學模型

2.1 線路長度計算

2.1.1 一般計算公式[1,6]

x,y—擬選所址坐標,km;

xi,yi—第i個迄點變電所位置坐標,km;

hi—第i條線路曲折系數;

2.1.2 繞過障礙區域的計算公式

圖1 航空線穿過障礙區域

航空線AB不穿過障礙區域者按 (1)式計算。航空線如果穿過障礙區域 (如圖 1),設(AC+CB)≤ (AC2+C2B),則 AB線路的長度為：

Li1=hi(AC+BC) (2)

考慮繞過障礙區的情況,第i條線路的長度為繞過障礙區域的線路長度為：

Li=Li1(3)

2.1.3 價差區域內線路長度計算公式

圖2 價差區域內線路長度計算

Li2=hi×P1P2(4)2.2 進出線投資計算公式

n—變電所進出線總數;

di—第i條線路每千米造價,萬元/km;

Pc—特殊價格區域價格增加系數

V—某位置的進出線總造價,萬元。

其物理意義為：

1)擬選所址進出線總投資等于各條進出線投資之和;

2)其中一條進出線的投資=此進出線起迄點間航空距離×其曲折系數×此送電線路單位造價。

2.3 平均年投資MA(萬元/年)計算公式

為了簡化計算,采用以下近似計算公式[7]。M

i=An

1 (di(Li1+Pc×Li2) ×C×(1+C)Ai/((1+C)Ai-1)) (6)

C—年貸款利率

Ai—第i條線路運行年限,年

2.4 年電阻線損ΔPA(kW.h)計算公式

應用參考文獻 [8]公式,整理得,

Ri—第i條線路單根導線每km的直流電阻, Ω/km

Ti—第i條線路的年運行小時數,h

mi—第i條線路的分裂子導線數,根

L′i—第i條線路到達對側變電站的線路長度,km

Iji—第i條線路經濟電流密度,A/mm2

Aai—第i條線路導線的鋁截面,mm2

2.5 年費用∑F(萬元)計算公式

本研究的年費用僅考慮與進出線對變電站選址影響較大的因素,即進出線建設投資與線損造成的年費用。

ΔFA=ΔP×Pr/10 000 (8)

∑F=ΔFA+MA(9)

Pr—每kW.h的計算電價,元

3 等值線的確定及意義

應用本文的公式 (5)、(7)和 (9)依次計算變電站進出線投資、進出線電阻線損和進出線年費用 (年投資+年電阻線損)。以進出線投資等值線為例,(5)式的V是擬選所址在 (x,y)點的進出線總造價,令其為K,即為無理方程 (根式方程),由于一個變電站的各電壓等級的進出線可能有許多條,即n為多數,因此其方程的解和軌跡是比較復雜的。應用計算機數值解法,將進出線投資總價為K的所有點連接成光滑連續的曲線,得到平面上進出線投資總造價為K的等值線;通過改變K值,得到擬建變電站進出線總造價不同的等值線。按設定的差值,每隔一個投資差額繪制一條線,形成多條代表變電站進出線總投資的曲線。將這些等值線匯集在一張平面圖上,形成等值線圖。

如圖1中的曲線為變電站選址進出線投資等值線,同一條線上各點的進出線總投資值相等,不同的線表示不同的總投資,相鄰線之間投資差額相等;“1#、2#、……N#”為與擬建變電站連接的目的地;“理想站址”表示至1#、2#、……N#等地所有輸電線路投資之和最少的位置,離理想站址等值線相差越多表示擬建變電站的進出線總投資越大。設等值線間的投資差額為δ,以甲、乙、丙等點為例,乙位置較靠近理想站址,擬建變電站的進出線總投資最少;丙位置的進出線總投資比乙位置增加約9δ;如果擬建變電站站址選擇甲位置,則其進出線總投資太大,一般不予考慮。

圖1 某擬建變電站進出線投資等值線圖

4 等值線的應用

擬建變電站選址進出線投資等值線的應用方法及步驟如下：

1)在AUTOCAD中插入能反映變電站選址關鍵要素的地圖,如地形圖、交通圖、行政區劃圖等地圖。

2)根據電力系統需求,確定擬建變電站選址的地理范圍,輸電線路走廊主要障礙區域,以及接入擬建變電站的所有線路終端地理坐標等。

3)應用進出線投資等值線的確定方法繪制等值線圖。

4)變電站進出線投資等值線圖反映了地面上各點的進出線總投資金額和變化趨勢。根據各等值線代表的進出線總投資值,不同等值線的投資差額和變化趨勢,以及變電站建設條件,選擇擬建變電站投資合理的地理位置。

完成以上步驟后,生成的等值線圖,對于一個擬選所址應根據具體情況進行整理、修改和分析,如π接線路的π接點,線路需要避開的局部區域的障礙,由于特殊情況可能增加或減少的投資等,需要增加一些考慮項目,通過修改線路長度、曲折系數等,從而得到符合實際情況的該位置的進出線總投資。

5 結束語

一個變電站站址的確定牽涉到系統、變電、運行維護及規劃等方方面面,此文僅就進出線的投資分析提供一種直觀的方法,以期選出經濟合理的站址。

進出線電阻線損等值線圖和進出線年費用等值線圖在變電站選址中的應用與投資等值線圖類似;確定等值線的計算公式和參數有一些差異,在文中也有所探討。

[1] 倪海云,羅志恒.變電所進出線投資分析的一種簡捷方法[J].云南電力技術,2003(08).

[2] 胡之武,邱家駒,王康元.電力系統節點運行數據等高線可視化實現方法 [J].電力系統自動化,2005(08).

[3] 王成山,魏海洋,肖峻,等.變電站選址定容兩階段優化規劃方法 [J].電力系統自動化,2005,29(04).

[4] 嚴司瑋,姚建剛,李豐濤,等.基于改進粒子群算法的變電站兩階段優化選址 [J].電力系統保護與控制,2010, 1(03).

[5] 鄒江.全生命周期成本理論在電力成本管理中的運用[J].技術與管理,2005(06).

[6] 陶青松,肖峻,王笑一.基于地理信息的變電站選址定容模型與算法 [J].電力系統及其自動化學報,2010 (12).

[7] 注冊咨詢工程師 (投資)考試教材編寫委員會.項目決策分析與評價 [M].中國計劃出版社,2010.

[8] 線損理論計算技術標準 (試行)Q/CSG 1 1301-2008[S] .中國南方電網有限責任公司.

Application of Contour Line Technology in Substation Siting

YANG Kunchi1,LI Jingtao1,QIAN Yingchun1,NI Haiyun2,ZHANG Yongshuang2
(1.Yunnan Grid Planning and Research Center,Kunming 650011; 2.Yunnan Hengan Electric Engineering co.,Kunming 650011)

With the development of the power system(more higher voltage and more incoming and outgoing lines of substations), the costs of the transmission lines take up an increasing proportion of the costs of the power transmission and transformation projects, different sites of the newly built substation would influence the costs of the incoming and outgoing lines of substations on the condition of the definitive start point and end point of transmission lines,the contour line technology can intuitively and find the lower cost areas from the point of macroscopic view.In this paper,we study and analysis the application of contour line technology in substation siting.Based on the energy saving and life cycle management ideas in power system construction,we also analysis the application of the contour lines technology in line loss and annual construction cost in this paper.

substation;transmission line;contour line;investment cost;line loss;annual cost;siting

TM63

B

1006-7345(2014)01-0068-03

2013-10-11

楊坤池 (1976),男,高級工程師,云南電網規劃研究中心,主要從事規劃設計工作 (e-mail)237076510@qq.com。