（电力系统及其自动化专业论文）基于ahpdea的20kv中压配电方案研究及评估.pdf

华北电力人学硕十学位论文 摘要 本文研究了中压采用2 0 k v 后变压器容量和线路的供电能力，分析了配 电方案经济性的构成，建立了以建设运行年费用最小为目标的优化变压器容 量和线路截面的经济性模型；应用层次分析法( a h p ) 建立了2 0 k v 配电方案 的评估指标体系，并改进了带有a h p 偏好锥的d e a 评估模型。在改进的评估 模型中，提出“伪判断矩阵 的概念，解决了指标个数多于9 时偏好锥矩阵 的构造问题，通过引入“松弛因子 恰当地考虑了评价中主、客观合理结合 的问题。实例证明，本文所提出的经济性模型能够优化出使2 0 k v 配电方案 最经济的变压器容量和线路截面，改进的评估模型能够得出既满足主观意愿 又具客观性的权重分配，实现了方案的排序和优选。 关键词：2 0 k v ，层次分析法，数据包络法，偏好锥 a b s 。i 。r a c 。i i nt h i sp a p e r , a n a l y s i so ft r a n s f o r m e r sc a p a c i t ya n dp o w e rs u p p l yc a p a b i l i t y o fl i n e sw h e r e2 0 k vi su s e di sm a d e ，a n dt h ec o m p o s i t i o no ft h ee c o n o m yo f d i s t r i b u t i o ns c h e m e si s a n a l y s e d ，b a s e d o nw h i c ha ne c o n o m i cm o d e li s e s t a b l i s h e d t h eo p t i m i z a t i o nv a r i a b l e so ft h em o d e la r et r a n s f o r m e r sc a p a c i t y a n dl i n e ss e c t i o n ，a n dt h ea i mi st om i n i m i z et h ec o s tu s e di nc o n s t r u c t i o na n d o p e r a t i o no fp o w e rg r i d ep e ry e a r as y s t e mo f e v a l u a t i o ni n d i c a t o r si se s t a b l i s h e d u s i n ga h p ，a l s o ，i m p r o v e m e n t so ft h ed e ae v a l u a t i o n m o d e lw i t ha h p p r e f e r e n c e c o n e s a r em a d e i nt h e i m p r o v e dm o d e l ，t h ec o n c e p t o f p s e u d o - j u d g m e n tm a t r i x ”i sp r o p o s e dt os o l v et h ep r o b l e mo fm a k i n gt h e p r e f e r e n c ec o n em a t r i xi ft h en u m b e ro fi n d i c a t o r si s m o r et h a n9 ，a n da r e l a x a t i o nf a c t o ri si n t r o d u s e dt os o l v et h ep r o b l e mh o wt om a k et h ec o m b i n a t i o n o fs u b je c t i v ea n do b je c t i v er e a s o n a b l ei nt h ee v a l u a t i o n t h ec a s ei nt h ep a p e r p r o v e st h ee c o n o m i cm o d e l ，a n dt h ei m p r o v e de v a l u a t i o nm o d e lc a ng i v es u c h w e i g h t sd i s t r i b u t i o nt h a ti sn o to n l yo b j e e t i v eb u tm e e t st h ew i l lo fd e c i s i o n m a k e r sa sw e l l ，s ot h a tt h es e q u e n c eo fd i s t r i b u t i o ns c h e m e sc a nb eg i v e na n dt h e b e s ts c h e m ec a nb ec h o s e n l ij i n f a n g ( e l e c t r i cp o w e r s y s t e ma n di t sa u t o m a t i z a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i uz o n g q i k e yw o r d s ：2 0 k v ，a h p , d e a ，p r e f e r e n c ec o n e s 螂28 脚0 删79删7m 1 脚y 华北电力人学硕士学位论文 中文摘要 英文摘要 目录 第一章绪论l 1 1 选题背景及意义1 1 2 国内外研究现状一4 1 2 1 国外2 0 k v 电压等级研究发展情况4 1 2 2 国内2 0 k v 电压等级研究发展情况5 1 3 本文研究内容。6 第二章2 0 k v 变压器容量及线路供电能力的研究8 2 12 0 k v 变压器容量研究8 2 1 1 变压器容量的限制因素研究8 2 1 2 以2 0 k v 为低压侧的主变容量研究l o 2 1 3 以2 0 k v 为高压侧的配变容量研究1 5 2 1 42 0 k v 变压器容量研究小结1 7 2 22 0k v 线路的供电能力研究1 7 2 3 本章小结2 0 第三章配电方案经济性数学模型研究2 l 3 1 经济性的构成分析2 l 3 2 经济性的数学建模2 3 3 2 1 建模的简化及假设2 3 3 2 2 经济性数学模型的建立2 4 3 2 3 模型中参量与变压器容量的关系3 0 3 2 4 模型中参量与线路截面的关系3 l 3 3 经济性模型的求解3 3 3 4 本章小结3 3 第四章基于a h p d e a 的2 0 k v 配电方案评估体系研究3 4 4 1 评估方法及评估模型3 4 4 1 1 层次分析法( a h p ) 3 4 4 1 2 数据包络法( d e a ) 3 9 4 1 3 含a h p 约束锥的d e a 模型及改进4 l 4 22 0 k v 配电方案评估体系的研究4 4 4 2 12 0 k v 配电方案的评估指标的分析及计算4 4 4 2 2 应用a h p d e a 模型对2 0 k v 配电方案的评估4 7 4 3 本章小结4 9 第五章算例应用与分析5 0 5 1 算例描述。5 0 5 1 1 地区简介。5 0 5 1 2 周围高压配电变电站情况5 0 5 2 配电方案经济模型的应用5 0 5 32 0 k v 配电方案的评估及分析。5 4 华北电力大学硕士学位论文 5 4 本章小结5 9 第六章结论与展望6 0 6 1 结 仑6 0 6 2 展望6 l 参考文献6 2 至炙谢。6 7 附录6 8 在学期间发表论文和参加科研情况7 8 华北电力人学硕十学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 在配电网规划工作中，电压等级的选择不仅关系到电网建设和运行的经 济性、可靠性，而且对提高电网规划质量和水平、增强电网的适应性十分重 要，对于整个电力工业乃至国家的建设和发展都有重要的影响。根据城市 电力网规划设计导则( q g d w l 5 6 2 0 0 6 ) ，我国配电电压分为高、中、低三 级，可供选择的高压配电标称电压为3 3 0 k v 、2 2 0 k v 、1l o k v 、6 6 k v 和3 5 k v ， 中压配电标称电压为3 5 k v 、2 0 k v 、l o k v ，低压配电标称电压为3 8 0 2 2 0 v 。 但3 3 0 k v 一般只在西北地区有应用，且要经一级降压后再为中压供电，3 5 k v 一般还是作为高压配电电压，作为中压应用的较少，2 0 k v 也只在少数地区进 行了试点。 随着我国经济的飞速发展，城镇化建设步伐加快，大型宾馆、酒店、商 场和商务办公楼等高层建筑迅速崛起，地区负荷增长迅速，负荷密度不断加 大，在一些大城市和经济发达地区的城市中心，负荷密度已达到1 - 2 万k w k m 2 n ，。负荷的增加必然要求电网供电能力的提升，否则电力就成为了限制地区 发展的瓶颈。在提升供电能力的同时还必须保证供电的可靠性和经济性，而 目前的配电电压等级却难以满足这样的需求，其表现也越来越明显，尤其表 现在中压配电电压等级上，主要有以下四个方面： l 、电网建设受到资源的限制：在负荷集中区域，由于l l o l o k v 、6 6 l o k v 、 3 5 l o k v 变电容量及l o k v 配出负荷有限，所需的变电站数量增长很快，造成 高压变电站和l o k v 配电站布点密度增大、l o k v 线路回数增加。但随着城市 经济建设步伐的加快，土地资源日益紧张，站址征地困难，线路走廊通道落 实困难，导致l o k v 的电源点建设不足；而且，电压等级越低，供电能力越 小，电网建设对于线路、变压器、开关等的需求就多，对铜、铁等有色金属 资源的需求就多，同样会受到矿产资源的限制。 2 、供电可靠性低：由于电网建设不足，变电容载比小，供电能力差。 造成配电设备负载率过高，l o k v 线路负载过重，虽然网络结构设计成环网或 联络等有备用的接线方式，但实际上并不能满足事故情况下转供负荷的需 求，因而很难达到事故备用的目的，供电可靠性低。同时，由于设备的负载 率高，易造成某些部位的发热，加速设备的老化，对设备的安全运行造成影 响，也影响着电网供电的可靠性。 3 、供电经济性差：中压采用l o k v 供电会造成设备负载率高，损耗大， 华北电力大学硕士学位论文 据统计，我国的综合线损率为7 5 ，中低压网损约占电网整体综合网损的近5 0 ，每年由于网损损失的电量很大。再者，设备负载率高，运行条件差，故障率 会有所上升，寿命受到影响，导致在设备检修和更换上的花费很大。 4 、电能质量差：在负荷密度较低的农村地区，供电距离过长，线路迂 回曲折，线损率过高、末端电压过低，电能质量差，配变长期低电压运行。 因此，必须提高中压电压等级，提升电网供电能力，提高供电可靠性和 经济性，提高电能质量。目前，配电电压的优化调整已成为热议话题。根据 我国配电电压的现状，可以考虑发展的中压配电电压等级只有2 0 k v 和3 5 k v ， 而3 5 k v 架空网无法在城市中架设心1 ，因此中压配电宜优先选取2 0 k v ，近年 来采用2 0 k v 作为中压配网电压等级的呼声越来越高口卜n 引。在城市电力网 规划设计导则中已经把2 0 k v 列入到标准中压配电电压等级之中。 发达国家从2 0 世纪6 0 年代开始，用2 0 - - 3 0 年完成了城网中压2 0 k v 的 改造。我国继苏州工业园、辽宁本溪局部地区后，其他许多地区也开展了采 用2 0 k v 配电的论证和尝试。在我国目前的经济形势下，在有条件的地方推 行2 0 k v 配电网，能显著提高配电网输送能力，降低损耗，节约能源，实现 社会效益、供电企业效益的双丰收，符合“资源节约型、环境友好型 社会 和谐发展的要求。 我国当前正处在国外前2 0 , - - 3 0 年的阶段，国外对于电网建设和电压等 级的研究、选择、决策对我国有很大的借鉴作用，但是我国的人口、资源、 环境、产业结构、用电负荷的分布等国情都与国外有很大不同，因此，国外 的做法不能完全照搬，2 0 k v 应用于我国还有很多问题需要研究，本文将其简 要归纳为以下几方面的问题： 1 、配电电压等级序列：中压采用2 0 k v 后，配电电压等级序列怎样设置 在技术上和经济上是最合理的? 2 2 0 k v 、3 3 0 k v 等高压配电电压该如何降压到 2 0 k v ，是直接降压还是经过一级降压后再降压到2 0 k v ? 具体说来，就是选择 2 2 0 1l o 2 0 k v 、2 2 0 6 6 2 0 k v 还是2 2 0 2 0 k v ? 是选择3 3 0 1lo 2 0 k v 、 3 3 0 6 6 2 0 k v 、还是3 3 0 2 0 k v ? 电压等级序列的优化设置关系到包括电网企 业、用户在内的方方面面，既有技术性因素的制约，更受到经济性因素的影 响，还要便于管理，必须结合我国的实际慎重考虑，仔细研究。 2 、2 0 k v 变压器的容量：变压器是电网中最主要的设备之一，中压采用 2 0 k v 后，不同变比的变压器，其容量及容量序列如何设置是最合理的? 以 l o k v 为低压侧的变压器，例如1 l o l o k v 变压器，其容量序列是6 3 m v a 、5 0 m v a 、 4 0 m v a 、3 1 5 m v a ，以2 0 k v 为低压侧后，容量如何变化，其标准序列该如何 选取? 以l o k v 为高压侧的变压器，即l o o 4 k v 变压器，高压侧改为采用2 0 k v 2 华北电力人学硕士学位论文 后，其容量又该如何设雹? 这需要深入研究。 3 、线路的供电能力：目前l o k v 配网中应用的线路有架空裸导线、架空 绝缘线、电缆等，采用2 0 k v 后，线路的供电能力有很大提高，供电能力的 提高表现在哪里? 不同类型的导线其供电能力提高了多少? 电压质量改善 了多少? 这些问题已经有文献进行了一些初步探讨，还需进一步深入研究。 4 、2 0 k v 供电设备、设施的设计标准：供电设备、设施的设计必定会受 到电压等级影响，诸如避雷器、断路器、电流互感器、电压互感器、绝缘子 等设备，其绝缘水平、尺寸、断流能力等都会受到影响，需要通过研究来制 定新的标准来对其进行规范化；此外，设备的规格变了，变电站、开闭站等 设施内的主接线、设备布置等、线路的敷设间距、高度等也要通过研究分析 来制定新的标准，以便于生产建设。 5 、2 0 k v 配网的接地问题：接地问题影响到开关设备、导线的绝缘水平， 对2 0 k v 配电系统及其运行的安全可靠性和经济性有重要影响，采用何种接 地方式，不接地、经消弧线圈接地还是经小电阻接地? 经消弧线圈接地时补 偿度该如何选取等，需要仔细研究。 荡一 6 、2 0 k v 设备单价、供电电价：费用问题是影响2 0 k v 推广应用的最主要 障碍，必须结合我国国情以及地区发展实际，仔细研究，慎重考虑。2 0 k v 设 备肯定比l o k v 设备价格要高，但是高多少合适，必须结合产品的性能对比 论证，然后对不同类型、不同规格设备的单价制定相应的标准，以便规范电 力设备生产市场，促进电力的稳定发展；用户采用2 0 k v 的设备比采用l o k v 的投资要高，积极性就差，如果电价能设置得比较合理，其积极性会提高r = ：磁- - - 有利于2 0 k v 的推广。一般来说，电压等级越高，电价越低，2 0 k v 供电电价 应该低于l o k v ，但低多少合适，低多少能够兼顾供电企业和用户双方的利益， 还需在广泛调查的基础上、结合设备价格、地区经济水平，对比研究后确定。 7 、2 0 k v 配电方案的设计：配电方案的规划设计关系地区电网的发展，它需 要在对地区和现状电网进行分析的基础上对地区负荷及其分布做出预测，然后合 理规划变电站的位置和站内变压器的容量和台数，选取适合的接线方式和线路型 号，分配线路负荷，设计线路走向。如何规划能够在保证供电安全可靠的前提下 达到经济性最优，影响经济性的因素是什么，各因素之间又有何联系，诸如变压 器和线路等主要供电设备该如何选择和配置等，都需要仔细和深入地研究。 8 、2 0 k v 配电方案的评估：一般来讲，配电方案设计出来后都要进行评估， 设计、选取并计算每个方案的评估指标，通过多方案的综合对比选取最优方案。 2 0 k v 配电方案该如何评估? 评估指标该如何选取? 评估方法如何选择，有待研 究。 华北电力大学硕士学位论文 9 、2 0 k v 与l o k v 、3 5 k v 的关系：目前我国中压配电以l o k v 为主，3 5 k v 作 为高压配电电压，在农网、冶金、油田、石化等用户及上海、天津两个直辖市使 用较多，中压提升到2 0 k v 后，l o k v 、3 5 k v 该如何处理? 是逐步取消还是一直 保留? 如果是前者，该如何过渡? 原有的l o k v 或3 5 k v 设备，尤其是大量的 高压电机、开关、互感器等，该如何处理? 是否能够通过改造应用于2 0 k v 电网，能的话如何改造? 改造后参数如何变化? 不能的话该如何处置? 如果 一直保留l o k v 、3 5 k v ，就需要进一步研究三个电压等级的应用范围，包括地 区的经济发展程度、当前负荷密度、饱和负荷密度、负荷发展速度、负荷分 布、用户类型、用户的供电要求等；此外，还要考虑三个电压等级电网之间 该怎样建立联系来保障供电的安全性、可靠性和经济性。 l o 、2 0 k v 与分布式电源的关系：建设“资源节约型 、“环境友好型 的 坚强智能电网是我国电网的发展目标，目前，利用可再生能源的分布式发电 越来越受到重视并积极地研究和推广应用。分散电源接入系统的电压等级是 有一定要求的，2 0 0 k w 以下的机组一般要求接入4 0 0 v 电网，2 0 0 一- - 6 0 0 0 k w 的 机组则要求以l o k v 电压等级接入电网。中压采用2 0 k v 后，原来接入l o k v 电网的小容量的分布式电源是否应接入2 0 k v 配网? 接入容量和接入位置如 何优化? 整流、逆变装置会受到怎样的影响，应进行怎样的设计等，也要进 行研究。 关于2 0 k v 的应用，需要研究的问题很多，本文只列举了其中的一些。 时间和精力所限，本文只对其中的一小部分进行了初步的研究探讨，即对 2 0 k v 配电方案的优化设计和评估进行了研究。本文对2 0 k v 配电方案及其评 估的研究可以为2 0 k v 配电方案中变压器、线路的合理选择、配电方案的优 化配置提供决策参考，为合理地评估方案以进行优选提供理论基础，进而为 今后的电网规划提供决策依据和支持，对于提高电力行业的技术水平和综合 竞争实力也有着十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国夕b 2 0 k v 电压等级研究发展情况 国际电工委员会( i e c ) 标准在中高压配电方面是门类比较齐全和影响 较大的国际标准。国际电工委员会确定的标准电压为： 3 3 6 3 1 0 2 2 3 3 6 3 7 7 11 0 1 5 4 18 7 2 2 0 2 7 5 5 0 0 k v n 引。中国是i e c 成员国，国 家标准应尽量向i e c 标准靠拢。目前发达国家已经陆续完成了发展更新过程， 进入到较为平稳的阶段。美国早在1 9 4 8 年就部分采用了2 0 8 - 2 4 9 k v 电压， 4 华北电力大学硕士学位论文 法国和德国在2 0 世纪6 0 年代初开始发展2 0 k v 电压等级，8 0 的欧洲国家， 如英国、罗马、意大利、奥地利、保加利亚、波兰等，中压配电均采用2 0 , - - 2 5 k v ；同期，前苏联几乎将所有大城市的l o k v 改造成2 0 k v 。目前，在1 4 个 亚洲国家和地区中，已有包括韩国、日本、新加坡在内的9 个采用2 0 k v 作 为中压配电电压等级1 。文献 1 5 对巴黎2 0 k v 配网进行了详细的介绍，巴 黎采用的配电电压是2 2 5 k v 、2 0 k v ，2 2 5 2 5 变电站装置有单独一台i o o m v a 变压器或者两台7 0 m v a 变压器，3 6 座2 2 5 2 0 k v 变电站为三个2 0 k v 环路供电， 如果在一个2 2 5 k v 线路上出现停电，可以从临近的变电站恢复供电。总体而 言，其网架结构适应性很强，虽然2 2 5 k v 的容载比仅为1 3 ，但即使失去两 个2 2 5 k v 变电站，系统仍可正常供电而不损失负荷引。 随着工业化程度的不断提高，世界上工业发达国家相继建立起各自不尽 相同的电压等级。文献 1 7 介绍了对多电压等级的配电系统进行优化的数学 模型，模型建立的基础是没有现状电网的空地，求解了各个电压等级下电力 设备的数量、规模的优化数值和此优化系统的所有成本费用，为配电系统设 计分析提供了一个工具，主要目的是评估网络发展的策略，也可以在选择网。一 络电压等级以及逼近待安装设备的规模和数量等方面提供辅助帮助，其思想 值得借鉴。文献 1 8 1 研究在2 0 0 4 电压等级的配网中加入l k v 电压，构成 2 0 i 0 4 三级电压，并对其进行了技术、经济分析，得出l k v 替代2 0 k v 和 0 4 k v 的条件范围。此外，国外对电力系统评估的研究n 们叫2 钉也是层出不穷， 文献 1 9 从技术、经济两个方面评价了配电一次电压转换的可行性，文献 2 0 介绍了广泛应用的对多目标多准则方案进行评估排序的方法层次分析 法，文献 2 1 从成本和电能质量两个方面评价了高、中压多电压等级规划和 单电压等级规划的优势。文献很多，此处不再一一列举。总之，在应用2 0 k v 方面，国外的许多经验和研究方法是值得借鉴的。 1 2 2 国内2 0 k v 电压等级研究发展情况 目前我国各大区电网已经基本上形成了西北独有的( 7 5 0 ) 3 3 0 11 0 1 0 0 4 k v 、东北独有的5 0 0 2 2 0 6 6 1 0 0 4 k v 以及其他地区的 5 0 0 2 2 0 1 1 0 1 0 0 4 k v 和5 0 0 2 2 0 3 5 l o 0 4 k v 等4 种主要的输配电压等 级序列，仅部分农村电网在l l o k v 电压等级下保留了3 5 k v 电压等级。中压 配电电压等级仍以l o k v 为主，但已经有少数地区有2 0 k v 应用，主要有苏州 工业园区乜7 卜叫和辽宁本溪供电公司的南芬二次变电所b 。前者是负荷集 中、密度高的发达工业区，后者是负荷分散、密度低、供电半径大的农村地 区；前者采用全电缆线路，后者采用全架空线路，是两个具有典型意义的案 华北电力大学硕士学位论文 例，许多文献都对其进行了描述，此处不再介绍。 在选择2 0 k v 作为中压配电电压等级方面，国内已经有很多文献：文献 6 分析了建设2 0 k v 电压试点的必要性和可行性，提出了项目的可行性试点 区域，对试点区域方案进行了构想，针对项目建设提出了一些合理化的建议； 文献 7 介绍了天津电业局采用3 5 1 0 k v 、1l o l o k v 、1l o 2 0 k y 等三种不同 电压供电方式的比较数据，得出配电网采用2 0 k y 电压的方案为最优的结论； 文献 1 3 提出合理选择城市配电网电压等级的具体方法和步骤，应用a h p 和 模糊综合评价法构建经济评估体系和技术评估体系对l o k y 、2 0 k y 和3 5 k y 配 电网进行评估和选取，未考虑主变容量的影响；文献 1 5 根据沧州渤海新区 的实际情况对采用2 0 k y 电压等级进行配电进行了研究分析，并对各个方案 进行了对比，其中计算了一些指标，但未对指标进行综合分析；1 9 9 3 年为了 确定苏州园区采用哪一级配电网电压更为适当，苏州供电局曾委托中国电机 工程学会城市供电专委会和苏州市电机工程学会分别进行专题论证和可行 性研究，文献 2 8 对论证研究结果进行了综述，文献 3 2 以苏州新加坡工业 园区中压配电采用2 0 k y 为实例，阐述了中压由l o k v 升高为2 0 k v 的必要性、 可行性和技术经济的合理性。文献 3 3 中对天津滨海新区引入2 0 k v 中压配 电电压等级进行了分析，指出在滨海新区或者其局部地区采用2 0 k v 中压电 压等级，在技术上是可行的。文献 3 4 在比较了技术可行性，可靠性和运行 经济性的基础上，得出在新建区域，2 0 k y 供电计划优于l o k v 的结论。文献 3 5 通过对一些中压设备和技术标准的调查指出，用2 0 k y 作为配电电压， 在我国完全具备技术基础，并得出2 0 k v 配电方案在技术、经济方面都具有 可行性的结论。以上研究，许多是从公式上推导提升电压等级带来的效益， 诸如降低线路压降、降低线损，提高供电能力、扩大供电半径等，或者对某 个具体地区，在事先确定变电站主变组合的情况下，通过分析在某种负荷密 度下变电站的个数、进出线回数等来确定电网建设规模并进行投资对比，未 考虑变电站容量的优化。 1 3 本文研究内容 本文主要对2 0 k v 配电方案的优化设计和评估进行研究，对上述总结的 2 0 k v 应用于我国需要研究的1 0 个问题，主要对第2 、3 、7 、8 等4 个问题进 行了研究和分析。考虑到变压器、线路是电网中最主要的设备，配电方案的 规划设计必须以这二者为基础，本文首先第2 、3 个问题进行了研究，然后 对第7 、第8 个问题进行了研究分析。具体来说，主要进行了以下的研究： ( 1 ) 针对第2 个问题，研究影响变压器容量的各个因素及其关系，分 6 华北电力大学硕十学位论文 析变压器某侧的电压由l o k v 或3 5 k v 变为2 0 k v 时，其容量的计算方法和变 化情况，并结合容量系列的设置规则给出容量推荐值。 ( 2 ) 针对第3 个问题，在一些文献的基础上，对线路供电能力的指标 进行分析，对线路的典型参数进行调查，对线路接线方式、负载率等进行分 析总结，分析中压升压到2 0 k v 后不同类型线路供电能力的提升值。 ( 3 ) 针对第7 个问题，分析配电方案经济性的构成，建立相应的数学 模型，并研究模型中一些关系的具体表达式，通过理论计算优化变压器容量、 线路截面，使得配电方案经济性最优，为配电方案的优化设计提供参考。 ( 4 ) 针对第8 个问题，从配电网实际运行考虑，分析反映2 0 k v 配电方 案最优性的评估指标，建立评估指标体系，并研究评估方法，建立评估模型。 ( 5 ) 最后根据以上研究，以某典型地区为例，验证本文所提出经济性 数学模型的有效性以及2 0 k v 配电方案评估方法的合理性和可行性。 7 华北电力人学硕十学位论文 第二章2 0 k v 变压器容量及线路供电能力的研究 2 12 0 k v 变压器容量研究 2 1 1 变压器容量的限制因素研究 变压器的允许容量主要与其高低压侧的电压等级、短路电流以及短路阻 抗、并列运行台数有关。短路阻抗一般用变压器短路电压百分数表示。设折 算到变压器高压侧的系统短路阻抗为z 州( q ) ，折算到变压器低压侧的系统 短路阻抗为z 。( q ) ，高压侧电压等级为u 。( k v ) ，低压侧电压等级为u 。( k v ) ， 变压器容量为s ( m v a ) ，单台变压器短路电压百分比为u 。，折算到低压侧的 变压器短路阻抗为z 。( q ) ，变压器并列运行台数n ( 台) ，高压侧短路电流 i 。( k a ) ，低压侧短路电流i 。( k a ) ，则有： 九吃等 z ，：坠一u l 2 1 0 0s 驴硐v l q 。1 z 旷瓷 研究发现，当变压器高低压侧电压一定时，变压器高压侧短路电流越小， 短路阻抗越大，低压侧允许短路电流越大时，变压器的允许容量越大。变压 器短路阻抗可以短路电压百分比表示。以下分别对变压器的变比、各电压等 级下的允许短路电流以及变压器的短路电压百分比典型数据进行介绍，以便 后文应用。 l 、变压器变比 当前应用于配电的变压器，其变比主要有2 2 0 1 l o 3 5 k v 、2 2 0 1 1 0 l o k v 、 2 2 0 3 5 k v 、1 l o l o k v 、l l o 3 5 l o k v 、6 6 l o k v 、3 5 l o k v 、1 0 0 4 k v ，其中 一澎丝，一u以一吒瓦坐“如一叽生裂等咖一h一嚣卷 i 薹亟m 华北电力人学硕十学位论文 最后一种变比的变压器用于中压配网，一般称为中压配变或简称配变，前面 几种用于高压配网，一般称为主变。如果采用2 0 k v 作为中压配电电压等级， 由于3 5 k v 、l o k v 与2 0 k v 的电压等级很接近，除非作为改造过渡时期的联络 用变压器，不宜有3 5 2 0 k v 或2 0 l o k v 变压器，则与中压2 0 k v 有关的主变 的可能变比有2 2 0 1 l o 2 0 k v 、2 2 0 2 0 k v 、1 1 0 2 0 k v 、6 6 2 0 k v ，中压配变则 为2 0 0 4 k v 。对于以l o k v 为低压侧的主变而言，采用2 0 k v 是提高低压侧电 压等级，对于减小低压侧短路电流，增大主变容量是有利的：对于中压配变， 采用2 0 k v 是提高高压侧电压等级，在相同条件下会使低压侧短路电流增加， 对于采用大容量配变是不利的。 2 、各电压等级下短路电流允许值 根据我国目前的设备制造水平和城市电力网规划设计导则的规定， 2 2 0 k v 及以下电压等级母线短路电流一般不应超过表2 - 1 所列限值。 表2 - 1 各电压等级短路容量限定值 电压等级( k v ) 短路容量( k a ) 2 2 04 0 、5 0 l l o3 1 5 、4 0 6 63 1 5 3 52 5 2 01 6 、2 0 1 0 1 6 、2 0 o 45 0 、6 0 3 、变压器短路电压百分比 l l o l o k v 变压器短路电压百分比为1 0 5 ，6 6 l o k v 变压器短路电压百 分比约为8 9 ，2 2 0 1 l o l o k v 、2 2 0 1 l o 3 5 k v 变压器高中压侧短路电压 百分比约为1 2 1 4 ，高低压侧短路电压百分比约为2 2 - 2 4 ，中低压侧 短路电压百分比约为7 - - 9 。2 2 0 3 5 k v 变压器短路电压百分比约在1 3 5 左右，1 0 0 4 k v 变压器短路电压百分比为4 5 。为限制短路电流，大容量 配电变压器短路电压百分比会稍大一些。根据苏州的经验，1 l o 2 0 k v 变压器 短路电压百分比根据容量的不同，取值为1 2 1 4 h 町，目前2 2 0 2 0 k v 变压 器只用于发电厂的升压变，不直接应用于变电站为负荷供电，2 2 0 2 0 k v 升压 变的短路阻抗百分比为1 4 ，应用时需要采取限流措施，变电站内如果采用 2 2 0 2 0 k v 变压器，虽可减少一级降压，降低损耗，但同时也带来了增大短路 电流的危险。 有了变压器高低压侧电压、短路电流允许数据和短路电压百分比典型数 据，是否可以直接带入式2 2 中取求取变压器的容量呢? 回答是否定的。下 9 华北电力大学硕士学位论文 面分别对以2 0 k v 为低压侧的主变和以2 0 k v 为高压侧的配变的容量进行研究 和分析。 2 1 2 以2 0 k v 为低压侧的主变容量研究 1 、对当前以l o k v 为低压侧的主变容量及其短路电流的分析 变压器容量主要是受低压侧短路电流的制约。研究发现，当变压器高低 压侧电压、短路电压百分比一定时，低压侧短路电流随高压侧短路电流的增 大而增大，呈现出“饱和 的性质，低压侧短路电流随变压器容量的增大而 增大，接近线性关系；低压侧短路电流随并列运行台数的增加而增大，接近 线性关系。以下以典型的l l o l o k v 主变( 短路电压百分比为u k = l o 5 ) 为 例，给出变化图形。 当变压器分裂运行时，低压侧短路电流与高压侧短路电流、变压器容量 的关系如图2 一l 所示；当高压侧短路电流1 = 4 0 k a ，低压侧短路电流与变压 器容量、并裂运行台数的关系如图2 - 2 所示。 1 = 1 1 0 0 0 s 似1 o s 猢u 。 石番螽、， 图2 - 1 低压侧短路电流与高压侧短路电流、变压器容量的关系 p 劓o n 酬 ons 蛇1 哪 图2 - 2 低压侧短路电流与变压器容量、并列运行台数的关系 l o 华北电力大学硕士学位论文 由图2 - 1 可以看出，容量为5 0 m v a 的主变，当高压侧短路电流达到允许 的最大值4 0 k a 时，低压侧短路电流已经超过2 0 k h ，而实际上，系统中运行 的1 l o k v 主变大多数容量已经是5 0 m v a ，有些还采用了6 3 m v a 。如果高压侧 短路电流按允许达到的最大值来计算，受低压侧短路电流限制，当前变比的 主变，其容量最大允许达到多少? 本文分析了在未采取限流措施的情况下， 当高压侧短路电流达到允许的最大值时，受低压侧短路电流限制，不同运行 方式下主变容量的限值，如表2 2 所示。表中“无 表示没有对应容量的变压 器能在该方式下运行，高压侧为2 2 0 k y 、低压侧为l o k v 的主变是2 2 0 1l o l o k v 变压器，其余均是对应电压等级变比的两绕组变压器。 表2 - 2 不同运行方式下主变容量的限值 高压侧低压侧 短路 高压侧2 台并列 3 台并列4 台并列 电压 电压 电压 最大允 分列运行 运行变压 运行变压运行变压 百分 许短路 变压器允 ( k v )( k v )电流 许最大容 器允许最 器允许最 器允许最 比( )量( m v a ) 大容量 大容量大容量 ( k a )( m v a ) ( m v a )( m v a ) 6 61 0 9 3 1 5 3 1 5 1 61 08 1 1 01 01 0 54 03 1 5 无无无 2 2 01 02 45 06 34 0 无无 2 2 03 51 3 55 01 8 0 无无无 通过计算发现，在低压侧未采取任何限流措施的情况下，当高压侧短路 电流达到允许的最大值时，l l o l o k v 、2 2 0 3 5 k v 变压器只允许分裂运行，而 且变压器允许容量很小，目前大量应用的主变( 如5 0 m v a 的1l o l o k v 主变) ， 是短路电流所不允许的，而一些小容量的主变，即使高压侧短路电流达到允 许的最大值时，其低压侧短路电流也不会达到规定的最大值。系统不同，高 压侧短路容量不同，实际运行时，高压侧短路电流一般很少会达到允许的最 大值。此外，对于具体的系统，在选取变压器时，会根据其容量和参数值进 行潮流计算，如果低压侧短路电流超过允许的最大值，会在低压侧安装限流 电抗器，以保证供电安全。在计算采用2 0 k v 后的主变允许容量时，如果高、 低压侧短路电流都按规程规定的最大值来取，得出的主变容量将偏小。 2 、以2 0 k v 为低压侧的主变容量的分析及计算 由于系统的短路阻抗无法具体得知，限制短路电流的措施也无法事先安 排。为了得到采用2 0 k v 后的主变容量，本文采取的办法是：根据目前的变 压器容量、短路电压百分比以及低压侧短路电流值反推出高压侧短路电流最 大值，进而计算出在相同外界条件下采用2 0 k v 时的主变容量。高压侧短路 电流一定，并列运行的变压器越多，低压侧短路电流越大。因此，在反推高 压侧短路电流时，低压侧短路电流一定，并列运行的变压器越多，推得的高 压侧短路电流会越小。为 电流最大时的主变容量， 侧短路电流取其所能达到 许的最大值， 有限流措施， 以此得到的 相当于将限 表2 3 给出了在分裂 主变在不同容量下高低压 电流值为限值，将低压侧 表2 - 3 主变高低压侧短路电流值 主变电压变比变压器容量低压侧短路电短路电压百分高压侧短路电 ( k v )( m v a ) 流( k a ) 比( ) 流( k a ) 6 6 1 0 85 o l93 1 5 0 6 6 1 01 0 6 2 29 3 1 5 0 6 6 1 01 2 57 7 293 1 5 0 6 6 1 0 1 69 7 89 3 1 5 0 6 6 1 02 01 2 0 893 1 5 0 6 6 ，1 03 1 51 8 4 293 1 5 0 6 6 1 0 4 02 09 1 3 7 4 6 6 ，1 0 5 02 0 98 0 5 6 6 t 1 06 32 096 0 0 1 1 0 1 0 2 01 0 7 3l o 5 4 0 o o 1 1 0 1 03 1 51 6 6 61 0 54 0 o o l l o l o 4 02 01 0 52 0 0 5 1 1 0 1 0 5 02 01 0 5 6 6 7 1 1 0 1 0 6 32 0l o 54 3 0 2 2 0 11 0 1 0 3 1 57 5 32 45 0 0 0 2 2 0 1l o l o 4 09 5 4 2 45 0 0 0 2 2 0 11 0 1 0 5 01 1 9 02 45 0 o o 2 2 0 i l o l o 6 31 4 9 52 45 0 0 0 2 2 0 11 0 1 0 9 02 02 41 1 9 2 2 2 0 1 1 0 1 0 1 2 02 02 42 9 6 2 2 0 1l o 1 0 1 5 0 2 02 42 0 4 2 2 0 11 0 1 0 1 8 02 02 41 6 9 2 2 0 1 11 0 1 0 2 4 02 0 2 41 3 9 2 2 0 3 51 2 01 4 o l1 3 55 0 0 0 2 2 0 3 5 1 5 01 7 3 2 1 3 55 0 0 0 2 2 0 3 51 8 02 0 5 61 3 55 0 0 0 2 2 0 3 5 2 4 02 5 1 3 52 6 9 6 1 2 华北电力人学硕士学位论文 表2 - 4 以2 0 k v 为低压侧的计算主变容量 主变电压变 低压侧短高压侧短短路电 低压侧为主变容量是 路电流最路电流最 压百分 变压器容l o k v 时对原来低压侧 比( k v )量( m v a )应变压器为l o k v 时 大值( k a ) 大值( k a )比( ) 容量( m v a )的倍数 6 6 2 0 5 0 13 1 5 0 9 1 6 4 8 2 0 5 6 6 2 0 6 2 23 1 5 092 0 61 02 0 6 6 6 2 0 7 7 2 3 1 5 092 6 o1 2 52 0 8 6 6 2 0 9 7 83 1 5 093 3 71 62 1 0 6 6 2 01 2 0 83 1 5 094 2 62 02 1 3 6 6 2 0 1 8 4 23 1 5 096 9 83