試論電網設計的原理及應用

姚春鵬

（通遼市郊區農電局，內蒙古 通遼 028000）

試論電網設計的原理及應用

姚春鵬

（通遼市郊區農電局，內蒙古 通遼 028000）

電網設計的目的在于確定未來有關地區電網的電壓等級、輸電網絡的結構，解決在何時、何地架設什么樣的輸電線路的問題.電網設計是輸電線路及變電站設計的基礎和依據，對整個電力網絡的可靠性和經濟性有很大的影響.文章探討了電網設計時應考慮的因素、原理和方法，并對電網方案的技術經濟比較作了分析.

電網設計；常規電網設計；優化電網設計；技術經濟比較

1 引言

電網設計可以用常規的方式或優化的方式進行.常規電網設計主要采用技術經濟比較的方法.設計人員首先根據自己的判斷提出幾種接線方案，然后通過技術分析改善這些方案的技術指標，使它們在技術上可行，最后通過經濟比較確定最終方案[1].電網優化設計是利用數學模型在計算機上進行的.一般包括分析模型和綜合模型兩部分.分析模型用來分析電網的技術指標，校驗是否滿足技術要求；綜合模型則用來產生電網擴建方案.由于電網優化非常復雜，即使現代計算技術和硬件設備也難以完全滿足對電網方案優化所提出的要求.因此，至少在目前，電網優化設計的方式還不能完全代替設計人員進行決策[2]，基于這一點，本文對電網設計的常規方式進行了探討.

2 電網設計應考慮的因素

在進行電網設計時應考慮以下因素.

2.1 可靠性

設計的電網應滿足正常情況下及個別元件故障時不引起其它線路或變壓器過負荷，不引起母線電壓超出容許范圍[3].當系統中任何一個元件故障都滿足上述條件時，則稱該電網滿足N-1校驗；當系統中任何兩個元件滿足上述條件時，則稱該電網滿足N-2校驗，依次類推.通常進行電網設計時，根據分析或經驗確定各輸電線路的容量，見表1，然后選擇接線方案并進行各種運行方式下的安全校驗.

表1 我國的電壓等級及輸電范圍

2.2 投資

電網的投資應包括輸電線路投資和變電站投資兩部分.對于輸電線路投資應區分同桿塔第一回路投資和第二回路投資，以及輸電線路是利用原有出線走廊還是新的出線走廊等.當采用不同電壓等級時，變電站的投資差別應詳細比較.

2.3 運行費用

應包括管理、維修及網損費用.不同的電網接線方案將產生不同的功率損耗，這不僅使供電成本提高，而且還需要增加系統裝機容量來進行補償，因而間接地增加了投資.通常在進行經濟比較時應考慮這些費用和投資的時間因素.

2.4 靈活性與適應性

靈活性是指所定電網方案應能在各種情況下安全、可靠地運行.在這里應考慮在各種檢修情況下的正常運行問題.適應性是指當涉及的地區負荷增長時或出現新的用戶時，電網易于發展、擴展，且能充分利用原有設備.隨著電網的發展，系統短路電流也會不斷增大.在選擇電網接線時，應注意使短路電流限制在一定范圍內，否則開關設備的切斷能力可能出現問題.

以上各因素在選擇方案時往往是相互矛盾的，因此需要多選擇一些方案進行全面的分析比較.

3 電網接線的基本類型

電網的接線類型大致可分為四類，即無備用的開式接線方式、有備用的開式接線方式、簡單閉式接線方式和復雜閉式接線方式[4].

3.1 簡單閉式接線方式

當負荷或變電站需要備用電源時，在很多情況下可以采用由不同出現走廊的輸電線路供電，這種接線稱為閉式電網接線方式.簡單閉式接線方式有環形電網和兩端供電電網兩種方式.這種接線可以保證每個變電站均可得到兩條不同輸電線路供電，因而有較高的可靠性.另一方面，和有備用的開式接線方式相比，這種接線方式的輸電線路要短一些，可以節約投資.

3.2 復雜閉式接線方式

110千伏以上輸電系統通常形成復雜閉式接線方式，電網由很多環形電網和雙回路（或多回路）輸電線路構成.這種電網具有較大的輸電容量和較高的可靠性，但其運行和繼電保護比較復雜.對復雜閉式電網方案的選取和技術經濟分析往往借助于電子計算機.圖1為復雜閉式電網示例.

圖1 復雜閉式電網示例

3.3 無備用的開式接線方式

當電網中受電變電站只有一個電源供電時，該電網稱為開式電網.在電力系統中，輸電線路是最容易發生故障的元件，輸電線路越長則故障的概率越大.一般來說，無備用的開式接線方式的可靠性不高，只能向不太重要的小型變電站或用戶供電.無備用開線接線方式電網又可分為輻射型和干線型兩種，圖2表示了這兩種接線方式.

圖2 開式電網

3.4 有備用的開式接線方式

為了提高其可靠性，可以對上述開式接線方式增加備用設備.例如對輻射型接線而言，在電源和每個變電站之間不是用一條線路相連，而是采用兩條輸電線路供電，形成雙回輸電線路，可以顯著提高供電的可靠性.

4 電網設計方案的技術經濟比較

方案的技術經濟比較包括技術和經濟兩方面的分析比較[5].技術比較主要計算方案的技術指標，校驗方案在技術上是否可行.分析內容包括潮流計算、安全校驗計算、短路電流計算，在涉及高壓遠距離輸電情況時還要進行各種運行方式下的穩定性校驗.

潮流計算的目的在于分析電網在各種負荷及電源出力情況下的運行情況及適應能力，校驗輸電線路或變壓器是否有過負荷情況，各母線電壓是否出現超過規定范圍的情況等.

安全校驗計算分靜態安全分析和動態安全分析兩種.靜態安全分析主要作N-1校驗，即校驗網絡中一個元件故障退出運行時網絡的潮流分布，以判斷其他元件有無過負荷及電壓越限情況.對220千伏以上電網一般要進行各種運行方式的穩定分析計算，此即所謂動態安全校驗.當以上校驗不滿足要求時，而發生過負荷、電壓越限或失去穩定時，則應采取措施，如：加設輸電線路，加大導線截面，增加無功補償設備或提高穩定措施等，使電網滿足運行要求，否則應放棄不滿足運行要求的電網方案.

短路電流計算用來確定各種故障情況下電網短路電流的分布，以此來校驗電氣設備的熱穩定、動穩定情況及斷路器的切斷能力.有些電力系統對不同電壓等級的電網規定了斷路器的最大切斷能力.電網設計方案應使短路電流限制在給定范圍之內，否則可能迫使電網更新一大批斷路器，使投資增大.

在滿足上述技術要求的條件下，進行經濟比較以選取最優方案.工程項目的經濟評估有各種各樣方法.我國電力規劃設計大多采用“費用的現值比較法”或“等年費用法”.

應該指出，由于對電網可靠性越來越重視，在設計電網時可能還要進行專門的可靠性分析計算，而且由此得到的停電損失費也要加入經濟比較之中.

〔1〕韓禎祥.電力系統分析[M].杭州：浙江大學出版社，1993.

〔2〕王錫凡.電力系統規劃基礎[M].北京：水利電力出版社，1994.

〔3〕周海峰，朱革蘭.高壓直流輸電換流站設備常見故障及其對策[J].水電能源科學，2008（3）.

〔4〕尹克寧.電力工程[M].北京：中國電力出版社，2008.

〔5〕王耀華，張風營，白建華.輸煤輸電經濟性比較[J].中國電力，2007，40(12).

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1673-260X（2012）11-0045-02