电网规划中的对容载比问题的探讨
摘要: 容载比是衡量电网可靠性与经济性的重要评价指标。容载比取值是否合理直接影响到电网的供电可靠性和经济性。因此,如何在兼顾电网经济性和可靠性的前提下对容载比合理地定义、取值及应用成为关键。文章提出将变电容载比的定义及取值计算细分到单个变电站上进行分析探讨。 关键词:电网规划 容载比 取值 负载率
前言
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目前电网规划中,变电容量是由容载比与负载率相结合来确定的,即首先根据容载比的值计算得到电网中某一个电压等级的整体容量,然后再由负载率来确定单个变电站的容量值。而负载率只能确定电网中某一个时间点的变电容量,却不能体现出在负荷动态发展情况下的某一个时间段内的容量裕度情况。1 容载比的定义
《城市电力网规划设计导则》中容载比的定义:变电容载比是指在某一电压等级中,变电容量在满足供电可靠性基础上与对应的最大负荷(kW)之比。另外,《城市电力网规划设计导则》中还给出了35kV及以上电网的容载比推荐值为1.8～2.1,其影响因素包括电网同时率、变压器安全运行率、平均功率因素和负荷发展储备系数等。
1.1 容载比定义的弊端
随着电力工业的快速发展,电网日益成为配电网络,部分变电站负荷变化甚至取决于一个或几个工业区的建设或扩建搬迁。这便造成了实际电网中各变电站的供电容量及负荷分布不均衡。就整个电网而言,可能出现全网同一电压等级的变电容载比偏高,但局部变电站会出现“超载”现象。
以重庆地区的电网现状为例,表1列出了该地区35kV电压等级的各变电站的供电负荷及变电容量的具体情况。从表中得知:该地区35kV电压等级的综合容载比为误判率2.35。如果仅凭该指标分析,则该地区的变电站容量投资偏大,经济性不高。而从单个变电站数据分析,变电站2和变电站5的变电容量严重偏小,需要增设容量,以提高供电可靠性。也就是说该地区出现了全网35kV电压等级的变电容载比偏高,但局部变电站出现供电能力“卡脖子”的现象。
可得出结论:《城市电力网规划设计导则》中定义的容载比并不能准确地反映单个变电站中变压器的容量裕度情况。尤其是对于负荷水平和电网建设发展不平衡的大地区来讲,其误差将更大。
1.2 容载比与负载率的重要区别
在实际电网规划中,一般采用容载比来确定某一个电压等级的整体容量,然后再用负载率来选取单个变电站的容量。负载率定义为:变压器所带负荷的视在功率(KVA)与其变电容量之比。工程中负载率的取值大小与变压器的台数、电网结构及经济运行情况等因素有关。当运行台数一定时,其取值主要是考虑变压器在N—l短时故障情况下确保其余主变安全运行的最大允许运行率,也就是容载比中提到的变压器的安全运行率。不同变压器台数下的负载率取值的高、低方案:2台时为50%一65%;3台时为67%一87%;4台时为75%～100%。
相对于容载比来讲,负载率的计算取值中并未考虑到负荷的发展因素,它只能确定电网中某一个时间点的变电容量,并不能体现出在负荷动态发展情况下的某一个时间段内的容量裕度情况,故难以在规划变电站的容量中使用。
1.3 容载比修正定义的提出
为了使容载比能准确反映出电网中实际情况,同时又考虑到负载率在应用中的不足之处,本文提出将变电容载比的定义及取值计算细分到单个变电站上进行。在实际规划分析中,要将该电压等级的综合容载比与单个变电站的容载比综合来考虑。
2 单个变电站容载比的取值研究
《城市电力网规划设计导则》中给出了变电容载比的推荐值计算公式。由于此处只涉及单个变电站的容载比取值,负荷同时率可近似为l,可得到单个变电站容载比的计算公式:
式中,Ks为单个变电站的容载比;K2为变电站的平均功率因素;K3为变压器的安全运行率;瞄为负荷发展储备系数。
容载比合理取值的关键在于:如何有机地结合电网的不同特点,确定上述3个参数的合理取值。
2.1 变电站的平均功率因素
电网规划中要求变电站中变压器一次侧的功率因素应达到0.95以上。但在实际运行中,由于
受到地方小水电上网及负荷不稳定等因素的影响,变电站中变压器一次侧的功率因素通常要比0.95低。因此,在此建议平均功率因素取值为0.9—0.95比较合理。
2.2 变压器的安全运行率
《城市电力网规划设计导则》中,不同变压器台数下K3的取值为公式(2)。式中,KH为变压器短时允许过载率;N为变电站变压器的台数;Se为每台变压器的额定容量。
嵌入式计算机公式(2)中没有考虑变压器发生N—l故障时其余变压器所带负荷的不均衡度。而实际运行中,如果变电站中变压器分裂运行超过3台时,若其中的l台主变发生故障,其负荷可能会不均衡地转移到剩余的变压器上,这就可能造成有些变压器短时负载超过其极限值(130%)。当主变台数越多时这种情况会越明显。因此,K3取值应该略小于《城市电力网规划设计导则》中的推荐值,3台变压器时取80%～85%为佳。
2.3 负荷发展储备系数
负荷发展储备系数主要是考虑在负荷增长的情况下,为了满足变电站的正常供电能力而需要的变电储备容量,其取值与负荷的增长率直接相关。
结合国内目前的情况分析,对负荷增长的预测除了受市场经济的影响外,“行政干预”的影响也不可忽视。这便造成了实际负荷与预测结果存在一定偏差。因此,在储备系数中加入修正系数是很有必要的。
综上所述,根据负荷发展的要求,并考虑负荷预测的误差、变电容量建设周期情况等因素,负荷发展储备系数可以用公式(3)表示:
式中q为预测得到的变电站负荷平均增长率,P为变电容量建设周期(储备年限),h为负荷预测修正系数。当变电站负荷增长率越大、储备年限越长时,储备系数值越大,对应的容载比取值也越大。因此,在实际规划中,应该以变电站为单位进行容载比的取值计算,切实做到“具体问题具体对待”。
3 容载比在变电站中的应用算例
假设某110kV变电站有3台变压器,其容量及负荷的大小见表2。该变电站中变电容量储备年限为5年,预测负荷平均增长率最小零序电流校验零序II段的灵敏度。下面以甲、乙双回线为例来说明零序互感对零序电流保护的影响。
如图1所示的甲乙双回线,采取同杆并架的方式,线路长度7.9 km,导线型号LGJ一300,有架空地线。假设:所接系统为无穷大系统,由此可以计算出单条线路的正序阻抗Z1*和Z0*。
线路正序电阻:
线路正序电抗:X1取0.4Ω/km,则线路正序阻抗:
线路正序阻抗标幺值:
3.2 线路零序阻抗计算
零序阻抗分以下两种情况计算。
3.2.1 不考虑双回线问的零序互感
零序阻抗标幺值:Z0*= Z1*×3=0.0741。单回线运行时,线路末端发生单相接地故障流过线路的零序电流最大,intouch组态软件这时流过线路的最大零序电流为:
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双回线并列运行,当端母线发生两相接地故障时,由于双回线分流,这时流过每条线路的零序电流最小,
3.2.2 考虑双回线问的零序互感
若考虑双回线间的零序互感,则零序阻抗标幺值为:Z0*= 4.7Z1*=0.11609。与上面的计算分析相同,单回线运行线路末端发生单相接地故障时,流过线路的零序电流为最大。
双回线并列运行对端母线发生两相接地接地故障时,流过每条线路的零序电流最小。
由以上分析可知,计算双回平行线路的零序电流时,考虑零序互感和不考虑零序互感的计算结果相差很大。这里计算单回线运行时,没有考虑另一条线路检修两端都带地线的情况。而实际情况是当另一回线此时发生接地故障时,流过的零序电流将在该停运线路中产生零序感应电流,磁电流反过来也将在运行线路中产生感应电势。由于两个电流方向相反,使线路零序电流因此增大,也就是说这时运行线路在线路末端发生单相接地故障时,流过线路的零序电流要大于上面的计算值。
4 结语
通过以上的算例可以看出,由于平行线路间存在着零序互感,所以计算时考虑零序互感的影响更加接近实际情况。对于零序I段,当双回路中的一条线路检修或者停运时,由于两端挂地线,这时如果运行线路发生接地故障,流过线路的实际零序电流要比计算值大。由于短路电流增大,这时零序I段保护反而变得很灵敏。但在线路很短的情况下,零序I段可能已经没有保护范围,而零序II段如果不考虑零序互感的影响,计算出的零序电流是偏大的,这样零序II段保护的灵敏度则会降低,可能会出现保护拒动的情况。一般来说,零序II伪装ip段保护用来保护线路全长,就必须保证足够的灵敏度。所以,在计算平行线路零序电流保护定值时,一定要考虑零序互感的影响。
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