基于10kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的110kV變電站接線型式選擇

胡 平， 董 昕， 賀春光， 朱俊棟， 胡詩堯， 徐慶華

1. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 石家莊 050011 2. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院 石家莊 050011 3. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 邯鄲供電公司 河北邯鄲 056035

?

基于10kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的110kV變電站接線型式選擇

胡 平1， 董 昕2， 賀春光2， 朱俊棟1， 胡詩堯2， 徐慶華3

1. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 石家莊 050011 2. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院 石家莊 050011 3. 國家電網(wǎng)河北省電力公司 邯鄲供電公司 河北邯鄲 056035

電網(wǎng)建設(shè)項目常受到建設(shè)環(huán)境、工程造價等因素影響。基于河北南部地區(qū)城市與農(nóng)村10kV 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，從供電可靠率、經(jīng)濟性、簡化條件等方面對110kV變電站接線型式進行了分析與選擇，給出了推薦接線型式，可為類似電網(wǎng)項目提供參考。

輸配電； 變電站； 接線

變電站主接線的選擇應(yīng)符合各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求[1]。河北南部地區(qū)10kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)城市和農(nóng)村差距大[2]，農(nóng)村地區(qū)中壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，聯(lián)絡(luò)少，轉(zhuǎn)供能力差，對高壓網(wǎng)可靠性要求高；城市地區(qū)中壓網(wǎng)架堅強，聯(lián)絡(luò)多，轉(zhuǎn)供能力強，對高壓網(wǎng)可靠性要求相對較低。

當某條110kV進線出現(xiàn)故障時，第一選擇通過110kV主接線恢復(fù)供電。若110kV主接線無法恢復(fù)供電，則考慮通過10kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)帶負荷。因此，若10kV網(wǎng)架足夠堅強，即可通過10kV站間聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)帶故障負荷[3]。

1 10kV電網(wǎng)負荷轉(zhuǎn)供能力分析

當110kV進線出現(xiàn)故障時，假設(shè)電網(wǎng)無法通過110kV主接線恢復(fù)供電，那么需要通過10kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)帶負荷[4]。此類故障首先通過10kV母線開關(guān)轉(zhuǎn)帶大部分負荷，其次通過10kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移至附近變電站。

1.1n-1校驗

假定每臺主變?nèi)萘繛?0MVA，主變負載率為75%，經(jīng)計算平均每臺主變所帶負荷為 35.6MW。若故障導(dǎo)致單臺變壓器退出運行，不考慮站間轉(zhuǎn)移，則另兩臺變壓器承載負荷平均約為 53.4MW，出現(xiàn)過載，但不超過變壓器短時過載能力。

假設(shè)變電站總出線30回，存在n條站間聯(lián)絡(luò)線，則變電站每回出線負荷約為3.56MW[5]。由于每回聯(lián)絡(luò)線可轉(zhuǎn)供負荷能力為4MW，筆者考慮變電站單回出線所有負荷均可通過一條聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)帶，則當至少存在兩條站間聯(lián)絡(luò)線，即n≥2時，變壓器不出現(xiàn)過載，且能完全轉(zhuǎn)供負荷。

1.2n-2校驗

假定每臺主變?nèi)萘繛?0MVA，主變負載率為75%，經(jīng)計算平均每臺主變所帶負荷為35.6MW。若故障導(dǎo)致兩臺變壓器退出運行，不考慮站間轉(zhuǎn)移，則另一臺變壓器承載負荷約為106.8MW，出現(xiàn)過載，無法完全轉(zhuǎn)帶負荷，56.8MW負荷需通過10kV 站間聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供。

假設(shè)變電站總出線30回，存在n條站間聯(lián)絡(luò)線，則變電站每回出線負荷約為3.56MW。由于每回聯(lián)絡(luò)線可轉(zhuǎn)供負荷能力為4MW，筆者考慮變電站單回出線所有負荷均可通過一條聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)帶，則當至少存在16條站間聯(lián)絡(luò)線，即n≥16時，變壓器不出現(xiàn)過載，且能完全轉(zhuǎn)供負荷。

1.3 變電站n-1校驗

當故障導(dǎo)致三臺變壓器退出運行，即變電站全停，站間聯(lián)絡(luò)線所需轉(zhuǎn)供負荷達到106.8MW。站間至少存在30條聯(lián)絡(luò)線，即出線負荷均能轉(zhuǎn)移至對端變電站。平均每回聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移負荷達到3.56MW。假設(shè)最多與三個站有站間聯(lián)絡(luò)，對端110kV變電站每臺變壓器平均增加負荷11.9MW，不會出現(xiàn)過載情況。

2 110kV主接線定性分析

以綜合供電可靠率考量整個高中壓網(wǎng)絡(luò)供電可靠性[6]，當中壓供電可靠率較低時，需要較高供電可靠率的110kV主接線，以保證《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》對供電可靠率的要求[7]；反之，當中壓供電可靠率較高時，不需要較高供電可靠率的110kV 主接線，便能達到《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》的要求，可采用較簡單的110kV主接線方式以節(jié)約投資。主接線定性推薦見表1。

表1 考慮10kV電網(wǎng)的110kV主接線定性推薦

供電可靠性水平以擴大內(nèi)橋接線最高，單母分段接線次之，其次是內(nèi)橋加線變組接線，供電可靠性最低的是線變組接線[8]。

當0≤n<2時，若一條110kV進線故障，10kV 電網(wǎng)無法完全轉(zhuǎn)帶負荷，且供電可靠性較低，對高壓網(wǎng)架可靠性要求高，因此此類電網(wǎng)建議采用供電可靠性較高的擴大內(nèi)橋接線或單母分段接線。

當2≤n<16時，若一條110kV進線故障，10kV 電網(wǎng)可完全轉(zhuǎn)帶負荷；若兩條110kV進線故障，10kV電網(wǎng)無法完全轉(zhuǎn)帶負荷，且供電可靠性偏低，因此此類電網(wǎng)仍需要高壓網(wǎng)架的有效支撐，建議采用單母分段接線或擴大內(nèi)橋接線。

當16≤n<30時，若一或兩條110kV進線故障，10kV電網(wǎng)均能完全轉(zhuǎn)帶負荷，且供電可靠性較高，對高壓網(wǎng)架可靠性要求較低，因此此類電網(wǎng)建議采用內(nèi)橋加線變組接線或線變組接線。

當n=30時，每條線路均能通過站間聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移，即使變電站三條進線均故障，10kV電網(wǎng)仍能完全轉(zhuǎn)帶負荷，供電可靠性極高，因此此類電網(wǎng)建議采用線變組接線。

3 110kV主接線型式

由考慮10kV電網(wǎng)的110kV主接線定性分析可知，110kV主接線型式需根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)的實際供電可靠率要求來決定。將表1中四種主接線型式的供電可靠率指標轉(zhuǎn)化為10kV母線故障停運數(shù)據(jù)，并進行供電可靠性計算。計算得到計劃故障停電時間情況下，不同110kV主接線、不同站間聯(lián)絡(luò)數(shù)的供電可靠率結(jié)果。

將10kV接線型式主要分為兩種： 第一種為單輻射線路；第二種為單聯(lián)絡(luò)線路，且均為站間聯(lián)絡(luò)。單輻射線路與單聯(lián)絡(luò)線路如圖1、圖2所示。

圖1 單輻射線路

圖2 單聯(lián)絡(luò)線路

四種主接線型式的供電可靠率指標可轉(zhuǎn)化為10kV 母線故障停運數(shù)據(jù)[9]，見表2。

表2 10kV母線故障停運數(shù)據(jù)

站間聯(lián)絡(luò)線0≤n≤30，存在31種10kV電網(wǎng)組合，通過對這31種組合進行供電可靠性計算，將四種主接線型式轉(zhuǎn)化為四種10kV 母線故障停運數(shù)據(jù)。可靠性計算結(jié)果見表3。

由表3可知，盡管高壓網(wǎng)供電可靠性存在一定的差距，但當中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)足夠完善，n趨于30，供電可靠率指標差距縮小，且同時趨近于99.999%。單母分段接線與擴大內(nèi)橋接線供電的可靠性差距較小。筆者以高可靠性要求與低可靠性要求為典型要求，研究了供電可靠率指標與站間聯(lián)絡(luò)數(shù)及110kV主接線型式的配置情況。

3.1 低可靠性要求

經(jīng)分析可知，若供電可靠率RS-1指標要求低于或等于99.8853%，則采用四種110kV接線型式均可滿足要求。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9062%，若采用線變組接線，則需要至少存在六條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用其它三種接線型式，則對站間聯(lián)絡(luò)線無要求。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9121%，若采用線變組接線，則需要至少存在八條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則需要至少存在兩條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用單母分段或擴大內(nèi)橋接線，則對站間聯(lián)絡(luò)線無要求。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9130%，若采用線變組接線，則需要至少存在九條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則需要至少存在兩條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用單母分段接線，則需要至少存在一條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋接線，則對站間聯(lián)絡(luò)線無要求。

3.2 高可靠性要求

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9878%，若采用線變組接線，則需要存在30條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則需要至少存在27條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用單母分段接線，則需要至少存在26條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋接線，則需要至少存在25條站間聯(lián)絡(luò)線。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9984%，若采用線變組接線，則無法達到要求；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則需要存在30條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用單母分段接線，則需要至少存在29條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋接線，則需要至少存在29條站間聯(lián)絡(luò)線。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9991%，若采用線變組接線，則無法達到要求；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則同樣無法達到要求；若采用單母分段接線，則需要存在30條站間聯(lián)絡(luò)線；若采用擴大內(nèi)橋接線，則需要至少存在29條站間聯(lián)絡(luò)線。

假設(shè)供電可靠率RS-1指標要求達到99.9991%以上，若采用線變組接線，則無法達到要求；若采用擴大內(nèi)橋加線變組接線，則同樣無法達到要求；若采用單母分段接線，還是無法達到要求；若采用擴大內(nèi)橋接線，則需要至少存在29條站間聯(lián)絡(luò)線。

4 結(jié)束語

綜上所述，在不同的10kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，可采用相應(yīng)的110kV變電站主接線型式，以實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃目標所確定的供電可靠率指標。

[1] 鞏保峰,趙艷華,徐慶華,等.某工業(yè)城市電網(wǎng)電壓序列優(yōu)化的探討[J].上海電氣技術(shù)，2016，9(3)： 9- 11.

[2] 秦梁棟,宋靜,徐海東,等.河北南網(wǎng)高壓電網(wǎng)網(wǎng)架綜合評價方法探討[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2011,23(3)： 89-94.

[3] 馬效軍.變電站改造期間的10kV負荷轉(zhuǎn)帶[J].農(nóng)村電氣化,2013(12)： 7-8.

[4] 熊星星,許躍進,劉學(xué)會，等.計及負載率的農(nóng)村10kV配電網(wǎng)最優(yōu)分段研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2015,43(19)： 72-77.

[5] 葛少云,張菁,陳麗君.基于兩聯(lián)絡(luò)接線模式的城市配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2007,19(5)： 98-104.

[6] 韓俊,劉洪,葛少云,等.面向供電能力提升的主變壓器站間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化建模[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(7)： 42-47.

表3 四種主接線可靠性計算結(jié)果

[7] 趙明欣,劉偉,陳海,等.《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》解讀[J].供用電,2016(2)： 2-7.

[8] 付翔華,王海濤.關(guān)于內(nèi)橋接線進線開關(guān)互投接線的改進[J].天津電力技術(shù),1995(2)： 10-14.

[9] 黃清社.縣級10kV配電網(wǎng)的供電可靠性分析[D].長沙： 長沙理工大學(xué),2011.

[10] 供電系統(tǒng)用戶供電可靠性評價規(guī)程： DL/T 836—2012[S].

(編輯： 丁 罡)

Power grid construction projects are often affected by the construction environment, project cost and other factors. Based on the structural characteristics of 10kV power grid in urban and rural areas of southern Hebei province, the wiring type of 110kV substation was analyzed and selected from the aspects of reliability, economy and simplification of power supply to give the recommended wiring type, which could provide a reference for similar power grid projects.

Transmission and Distribution； Transformer Substation； Wiring

2016年12月

胡平(1968— )，男，碩士，高級工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃管理工作， E-mail： 13463007683@163.com

TM72

A

1674-540X(2017)02-031-04