新疆巴州開都河流域水電送出線路降損方案研究

(國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司巴州供電公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

0 前 言

近年來(lái)，隨著中國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電能消耗量越來(lái)越大，出現(xiàn)部分電力資源的浪費(fèi)，這給電力企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)家大力倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，降低輸電線路損耗將是電網(wǎng)發(fā)展的必然之路，減少電力資源的浪費(fèi)，也將會(huì)提升電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益，減少電力資源的浪費(fèi)。

巴州開都河流域水資源豐富，目前該流域已建立6座110 kV水電站，水電送出線路以110 kV線路為主且送出線路較長(zhǎng)，同時(shí)該區(qū)域遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，出力全部通過(guò)110 kV線路上送至220 kV紅帆變電站，導(dǎo)致3條水電送出線路長(zhǎng)年高損，影響相應(yīng)分線合格率指標(biāo)，且造成巴州電網(wǎng)110 kV分壓線損率偏高。因此如何降低3條水電送出線路線損率、降低110 kV分壓線損率，將是提高經(jīng)營(yíng)效益、節(jié)能降損面臨的重要難題。

下面主要基于電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀、片區(qū)負(fù)荷發(fā)展等情況，針對(duì)巴州電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃，提出巴州開都河流域水電送出線路降損方案，并對(duì)降損方案進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)校驗(yàn)。

1 影響輸電線路線損的因素

1.1 線路電流對(duì)線損的影響

線路可變損耗與電流有關(guān)，在電阻不變的情況下，流經(jīng)線路的電流越大，則導(dǎo)致線路損耗就越大。線路線損電量與電流關(guān)系為

ΔP=I2R

(1)

式中：ΔP為線路電阻損耗；I為流過(guò)線路電阻的電流；R為線路的電阻值。

1.2 系統(tǒng)電壓對(duì)線損的影響

在傳輸功率一定情況下，系統(tǒng)電壓等級(jí)越高，電流越小，在線路電阻不變的情況下，導(dǎo)線損耗就越小。線路線損電量與電壓關(guān)系為

ΔP=U2/R

(2)

式中，U為線路首端的電壓。

1.3 線路電阻對(duì)線損的影響

由式(1)可知，在流經(jīng)電流一定情況下，線路電阻越大，導(dǎo)線損耗就越大。

輸電線路的損耗主要由線路電阻所引起，而影響電阻大小的因素有3個(gè)：材料、長(zhǎng)度和橫截面積。不同的導(dǎo)線材料具有不同的電阻率，在同種材料下，導(dǎo)線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，截面積越小，則導(dǎo)線電阻越大[1-2]。

2 開都河流域水電送出現(xiàn)狀

2.1 開都河流域網(wǎng)架結(jié)構(gòu)情況

目前巴州開都河流域已建成110 kV水電站6座，分別為：110 kV大山口一級(jí)水電站，裝機(jī)容量100 MW；110 kV大山口二級(jí)水電站裝機(jī)容量60 MW；小山口一級(jí)水電站，裝機(jī)容量49.5 MW；小山口二級(jí)水電站，裝機(jī)容量49.5 MW；小山口三級(jí)水電站，裝機(jī)容量49.5 MW；110 kV哈爾莫墩水電站，裝機(jī)容量15 MW。水電配套送出線路共計(jì)4回，其余為廠間聯(lián)絡(luò)線路。2019年巴州開都河流域網(wǎng)架現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 2019年巴州開都河流域網(wǎng)架現(xiàn)狀

運(yùn)行方式說(shuō)明：110 kV山帆線、山靜線、靜帆線三角環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，110 kV一帆線運(yùn)行帶110 kV小山口一二級(jí)水電站，110 kV莫農(nóng)線運(yùn)行帶110 kV小山口三級(jí)水電站、哈爾莫墩水電站。

2.2 開都河流域水電送出線路線損情況

巴州開都河流域水電送出線路110 kV山帆線、山靜線、一帆線線路較長(zhǎng)，均在60 km左右。且該區(qū)域水電出力較大，造成線路負(fù)載率較大，導(dǎo)致110 kV山帆線、山靜線、一帆線線路高損,見表1至表4。

表1 110 kV山帆線近3年線路線損率

表2 110 kV山靜線近3年線路線損率

表3 110 kV一帆線近3年線路線損率

表4 110 kV莫農(nóng)線近3年線路線損率

通過(guò)表1至表4可看出110 kV山帆線、山靜線、一帆線線路線損率均大于3%，屬于高損線路。以上3條線路每年線損電量總和均超過(guò)45 GWh，其中2017年3條線路線損電量最高達(dá)51.887 7 GWh，占當(dāng)年110 kV分壓線損電量的36.23%，導(dǎo)致110 kV分壓線損率偏高。

3 巴州開都河流域水電送出線路降損方案

3.1 水電送出線路降損方案設(shè)想

結(jié)合巴州電網(wǎng)近、遠(yuǎn)期電網(wǎng)規(guī)劃，根據(jù)開都河流域水電項(xiàng)目規(guī)劃，提出新建220 kV和靜變電站、新建開都河流域水電送出線路及開都河流域水電送出線路線徑改造等相關(guān)降損方案[3-5]。

1)方案1(推薦方案)

新建220 kV和靜變電站，將110 kV山靜線、山帆線、一帆線改接至220 kV和靜變電站，如圖2所示。

圖2 方案1接線

2)方案2

將新建一回110 kV小山口一級(jí)水電站—220 kV紅帆變電站的110 kV線路，同時(shí)新建一回110 kV小山口一級(jí)水電站—110 kV大山口二級(jí)水電站的110 kV線路，如圖3所示。

圖3 方案2接線

3)方案3

將110 kV山靜線、山帆線、一帆線3條高損線路導(dǎo)線更換為L(zhǎng)GJ-400導(dǎo)線，如圖4所示。

圖4 方案3接線

3.2 降損方案對(duì)比分析

3.2.1 潮流計(jì)算

計(jì)算條件：1)基于開都河流域夏季水電大發(fā)情況下潮流計(jì)算；2)國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院《電力系統(tǒng)分析綜合程序》

根據(jù)潮流計(jì)算分析結(jié)果得出，3個(gè)方案潮流均分布較為合理，無(wú)過(guò)載線路。

方案1(見圖5)實(shí)現(xiàn)了開都河流域水電出力就地上送至220 kV和靜變電站，縮短了110 kV水電送出距離，且便于水電送出區(qū)域電壓調(diào)整。方案2(見圖6)將開都河流域水電群形成110 kV電壓等級(jí)環(huán)網(wǎng)上送至220 kV紅帆變電站，降低了水電送出線路負(fù)載率。方案3(見圖7)僅更換了開都河流域水電送出線路導(dǎo)線，潮流未發(fā)生變化。

圖5 方案1潮流分布

圖6 方案2潮流分布

圖7 方案3潮流分布

3.2.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

方案1梳理了開都河流域水電送出線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，形成了以220 kV和靜變電站為片區(qū)的水電送出網(wǎng)架；方案2形成了開都河流域水電送出線路多個(gè)同電壓等級(jí)環(huán)網(wǎng)；方案3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無(wú)變化。

3.2.3 線路降損結(jié)果對(duì)比分析

計(jì)算條件：1)基于開都河流域年度平均出力；2)國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)院《電力系統(tǒng)分析綜合程序》網(wǎng)損分析模塊對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行線路線損計(jì)算分析[6]。2018年110 kV大山口水電站及大山口二級(jí)水電站年發(fā)電量為6.7×108kWh，小山口一、二級(jí)發(fā)電量為5.44×108kWh，小山口三級(jí)及哈爾莫墩水電站年發(fā)電量2.78×108kWh。

方案1水電送出線路線損率大幅下降，線路線損率均低于1%，見表5所示。以2018年開都河流域發(fā)電量計(jì)算，110 kV水電送出線路年損失電量約1.1×107kWh?？紤]本地消納電量4×108kWh，通過(guò)220 kV設(shè)備上送電量，220 kV線路損失電量約8.0×106kWh，主變壓器損失電量3.0×106kWh。方案1共計(jì)年損失電量約2.2×107kWh，較目前電網(wǎng)損失電量減少約3.0×107kWh。方案1主變壓器理論線損結(jié)果見表6。

表5 方案1線路損耗明細(xì)

表6 方案1主變壓器理論線損結(jié)果

方案2水電送出線路線損率降幅不大，且莫農(nóng)線線損率有所增加，見表7。以2018年開都河流域發(fā)電量計(jì)算，水電送出線路年損失電量約3.5×107kWh，較目前電網(wǎng)損失電量減少約1.6×107kWh。

表7 方案2理論線損結(jié)果

方案3水電送出線路線損率均下降，但一帆線、山帆線、山靜線線損率仍較大，見表8。以2018年開都河流域發(fā)電量計(jì)算，水電送出線路年損失電量約3.55×107kWh，較目前電網(wǎng)損失電量減少約1.65×107kWh。

表8 方案3理論線損結(jié)果

3.2.4 經(jīng)濟(jì)性

投資效益對(duì)比見表9。

方案1：需新建220 kV變電站1座，擴(kuò)建2個(gè)220 kV間隔，新建220 kV線路2條，共計(jì)110 km。110 kV線路改接長(zhǎng)度約20 km。預(yù)計(jì)投資20 000萬(wàn)元。

方案2：新建110 kV線路2回，長(zhǎng)度66 km，擴(kuò)建3個(gè)110 kV間隔。預(yù)計(jì)投資3600萬(wàn)元。

方案3：導(dǎo)線更換長(zhǎng)度約180 km，同時(shí)需要更換線路桿塔。預(yù)計(jì)投資11 700萬(wàn)元。

從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，方案2投資較省，較方案1和方案3省出16 400萬(wàn)元和8100萬(wàn)元。

3.2.5 最終推薦方案

根據(jù)潮流計(jì)算、理論線損計(jì)算及經(jīng)濟(jì)方面分析，方案2線路降損效果不明顯，且方案2形成110 kV環(huán)網(wǎng)較多，給電網(wǎng)運(yùn)行、保護(hù)定值匹配帶來(lái)較多困難，因此不考慮該方案；方案3線路降損效果不明顯，未起到網(wǎng)架梳理效果，同時(shí)不利于后期開都河流域水電項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展，因此不考慮該方案。

表9 投資效益對(duì)比

方案1線路降損效果明顯，優(yōu)化了開都河流域水電送出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)使220 kV紅帆變電站—220 kV和靜變電站具備較強(qiáng)互供能力，形成合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)有利于后期開都河流域水電項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展。若以年度降損電量3.0×107kWh計(jì)算，每年將為巴州公司減少效益損失1000萬(wàn)元。

雖然方案1投資較大，但從電網(wǎng)發(fā)展、節(jié)能減排、提升公司效益方面，方案1優(yōu)于其他方案。因此推薦方案1。

4 結(jié)論及建議

1)通過(guò)新建220 kV和靜變電站，有效縮短了開都河流域水電送出線路長(zhǎng)度，同時(shí)提高了水電外送線路電壓等級(jí)，大大降低了開都河流域水電送出線路線損率，有效解決了開都河流域水電送出線路長(zhǎng)期損失電量較大問(wèn)題，使巴州電網(wǎng)110 kV分壓線損率降低1%左右，在分壓線損合理區(qū)間。

2)新建220 kV和靜變電站梳理了開都河流域水電送出線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也提高了220 kV紅帆變電站互供能力。為后期開都河流域水電開發(fā)提供了接入點(diǎn)，滿足了今后電源發(fā)展需求。

3)針對(duì)某流域水電群建設(shè)初期，應(yīng)結(jié)合水電群規(guī)劃情況，合理規(guī)劃220 kV變電站布點(diǎn)，縮短110 kV線路半徑，減少因長(zhǎng)距離輸送造成線路高損問(wèn)題。