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学习园地 | 如何进行电力系统规划设计?
作者:中科海奥     时间:2018-10-15
 

 

一、主网规划设计

1)网架和方案

网架和方案是电力系统规划设计的核心。电网经过简化分析可分为9种网架结构。

容量有余额的系统与互联系统中更大容量的部分相联接

对于此种电网结构,应避免功角稳定事故的发生。其引起的原因是,重负荷联络线故障跳开,引起其它联络线过载,送端功率输出受阻,导致送端系统频率升高,而受端如果调节容量足够大,则频率降低可能相对不大,但会造成联络线两端发电机群的功角和功率的振荡,严重时会引起稳定破坏。

为了防止稳定事故的发生,在受端应采取切负荷的措施,在送端采取切机或减少发电功率,或采取联络线解列的策略,将部分电源解列到受端,或将部分受端负荷解列到送端,以平息振荡。

互联系统中具有功率缺额的部分从大容量部分获得功率

此种结构,应避免功角稳定和电压稳定的事故发生。

引起的原因是:有功功率缺额的部分中,引起频率急剧降低使受端系统与送端系统功角稳定失步。也可能会在受端系统由于无功功率的严重缺额造成受端电网电压崩溃。此时,应迅速切断联络线,并在受端电网中切除不重要的负荷。因此,须加装低频减负荷、低压减负荷装置,在条件许可时,加装发电机组自起动装置。

两个功率相当的系统经较强联络线相连接

此种结构具有稳定运行水平高,网架结构坚强的特点,不容易发生稳定破坏事故。但在严重的联锁故障中,可能会发生联络线过载或功角失步。此种情况应采取发电机减出力和切除一定的负荷等策略。

互联系统的两部分由弱联络线连接

此种结构一般在互联系统的初期。该种结构容易发生动态稳定性失步。即造成系统产生负阻尼或弱阻尼。发生长过程的振荡不衰减和发散。

这种情况,应尽快加强网架结构的建设,减少联络线的阻抗,加装提高系统正阻尼的自动装置,如PSS,并辅以切机切负荷措施,减少联络线输送功率。

更复杂的三机接线

此种结构的运行特点是系统联络线之间具有相互影响,当一条重载联络线因故障断开,可能导致另一条联络线运行方式的危险变化。

此种情况应采取防止一条联络线断开后造成连锁反应使系统进一步扩大的策略。

链形接线

此种接线结构,一般情况下,一部分联络线总是向一个方向送电,其它联络线上的送电功率随着不同的时间周期而变化。在一昼夜之内,连接在一起的一些电力系统有时是缺少功率的,有时又是功率有余的。

因此,可能的事故破坏程度,以及事故过程中联络线的相互作用,也会相应的变化。其特点是:系统的运行方式对故障时联络线的影响很大,可能会发生功角稳定、电压稳定和频率稳定问题,也可能会发生由于接线中的个别环节危险过载,使事故扩大。

放射性型结构

在此种结构中,中心系统常比其它系统容量大的多(调节能力强),中心系统可以外送功率,也可以接收功率。当功率缺额时,它能切除部分负荷,而在功率余额时,又能降低发电功率,可保证任一放射型联络线上不发生过负荷。如果子系统与主系统失步,可解列联络线,防止事故的进一步扩大。此种接线不容易发生大面积停电事故。

 

环形接线

此种接线的特点是运行方式的多样性。任一环节断开,不仅会引起环内各环节输送功率的大小变化,而且其方向也变化。整个环网的总运行方式由它的“危险断面”所决定,会导致另一断面的功率危险增大。因此,该种接线结构已逐渐被淘汰。必要时,加装备自投装置。

多回路系统

此种接线结构是电网最终的较为理想的结构方式。该结构可以在多种故障下,保持系统的稳定性。

上面所说的网架认识,是制定电力系统方案的基础。

实际工程中方案的指定,既要考虑技术性,又要考虑经济性。

技术性,无非就是工程满足负荷需求,电气计算都要满足条件,具有一定的远景适应性,更高的要求就是网架美观;经济性,就是投资费用尽可能低。

综合技术和经济性,然后得出推荐方案。

电网纵向结构的考虑

就是电网500kV-220kV-110kV-10kV各个层次的强弱关系。

一般原则是:最高电压等级电网要坚强;次一级电网对上级电网有一定的支撑能力;接近于用户的中压配电网要坚强。

巴黎电网,理想的强-弱-强电网。

东京电网,电源布局和负荷分布特点决定了东京电网存在较大的潮流输送。

北京电网,霸气的强-强-强-强电网,500千伏为双环网,220千伏、110千伏以双回链式为主,10千伏目标是网格化。

上海电网,强-次强-次强-强电网,500千伏以双环网为主,但静安变不能满足N-1-1或N-2方式要求(所以上次的停电时间,影响很大);220千伏网络为枢纽、终端站模式,尽可能减少中间站。

厦门电网,目标电网为强-弱-强结构,220千伏为多回馈供,弱化110千伏,10千伏实现网格化。

武汉汉口电网,主城区现况的强-弱-强-次强电网,外部电源是500千伏双环网和220千伏主力电厂,220千伏为双回馈供,110千伏为双回链式,10千伏目标是网格化。

2)电气计算分析

这块分两部分,有一部分是粗略的手算,或者叫估算,依赖于经验,有一部分是计算机的软件计算,比如PSSE,BPA,EMTP这些。

关于手算

首先要熟悉各种电力系统公式,比如零序、正序不同情况下的折算,短路阻抗的大致计算方法,等等,这些算是专业基础的东西。

然后就要熟悉每个方案,就是这个变电站规模怎么选,这个线路怎么连,这个电厂怎么建的方案,都需要有些大体的判断,这就需要一些简单的计算。

比如供电能力,比如潮流断面裕度(图中蓝线),比如静态稳定极限,都是可以大致手算的。

最后就是一些需要经验的手算,比如稳定的判别算法等等,这些都是一些稍微进阶的东西。

这些手算的基础,对于快速定性判断一个电力系统问题,或者是诊断海外某个国家的电网问题,都非常有用。

关于电气软件计算,主要包括常规的潮流计算,短路计算,稳定计算、过电压计算、无功计算等。

潮流计算,主要就是选取不同的计算方式,比如丰大&丰小&枯大&枯小方式,校核一些薄弱的环节,比如是否存在线路过载问题(包括N-1情况)等等。

短路计算,也是校核一些短路水平较高的点,是否存在超标的现象,一般来说短路水平和供电能力是矛盾的,如何平衡,优化电网结构是个关键。

稳定计算,要算静态稳定极限,暂态稳定极限(在之前的随笔里面有描述),然后还要算各种故障方式下的稳定水平,比如单瞬,比如三永,比如无故障断线,等等,如果有稳定问题还要详细计算分析,比如稳控策略,切负荷方案等,这部分需要一些经验。

过电压计算,高电压等级,一般是500kV,会要求计算内过电压,EMTP来算,也比较专业。内过电压的关注点主要有几个,一个是各种过电压水平是否达标,一个是无功配置,高压并联电抗器的配置方案,一个是是否安装合闸电阻,还有个就是中性点小电抗的配置方案,在之前的随笔里也有详细描述。

无功计算,就是依据分层分区平衡原则,计算无功平衡,这些都有计算步骤,然后根据计算结果,用软件仿真不同投切方式下的电压波动水平。

3)选址

电厂、变电站、线路都需要选址(路径),对于规划设计阶段来说是较为关键的点。

电厂选址

变电站选址

1、接近负荷中心

事先需搞清本变电所的的地位和作用。选择比较接近负荷中心的位置。

2、使地区电源布局合理

使地区电源和变电所不集中在一侧,以便电源布局分散。

3、高低压各侧进出线方便

不仅要使送电线能进得来走得出,而且要使送电线交叉跨越少、转角少。

4、所区地形、地貌及土地面积应满足近期建设和发展要求

应贯彻节约用地、不占或少占农田的精神,采取多种布置方案适应地形、地势。

5、站址不能被洪水淹没及受山洪冲刷,而且地质条件应适宜

6、确定所址时,应考虑其与邻近设施的相互影响

7、交通运输方便

不仅要考虑施工时大型设备的运输,还要考虑运行、检修时的交通运输方便。

8、具有可靠水源,排水方便

9、施工条件方便

选所时,还要考虑施工用水用电、施工场地、劳动力、建筑材料来源方便等问题。

线路路径

【地形、地质、自然条件】选线人员必须对线路通过地区的地形、地质、自然经济条件等作详细的调查,与沿线地区各有关单位充分协商,以便选出最合宜的线路路径。

【路径短】所选线路的路径应尽可能短,线路转角要少,而吐转角角度要小,特殊跨超要少。水文和地质条件要好。

【维护和施工方便】应考虑线路有良好的维护和施工条件,沿线交通要比较方便,应尽量接近铁路,公路或通航河流。

【不影响通信】应与主呼通讯线路、机场、电台等设施保待足够的距离。

【不影响生产和生活】线路应尽量避开居民区,工厂区及其他需拆迁较多建筑物和构筑物的地区、不应引起交通和机耕的困难。

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