隨筆之二--電力系統規劃設計

這篇好好寫，盡量寫全些，也是對自己的一個梳理。

電力系統規劃設計，裡面內容非常多，設計電力系統的方方面面，大致分為以下幾個部分，僅談一次部分。

一、主網規劃設計

1）網架和方案

網架和方案是電力系統規劃設計的核心。電網經過簡化分析可分為9種網架結構。

• 容量有餘額的系統與互聯繫統中更大容量的部分相聯接

對於此種電網結構，應避免功角穩定事故的發生。其引起的原因是，重負荷聯絡線故障跳開，引起其它聯絡線過載，送端功率輸出受阻，導致送端系統頻率升高，而受端如果調節容量足夠大，則頻率降低可能相對不大，但會造成聯絡線兩端發電機群的功角和功率的振蕩，嚴重時會引起穩定破壞。

為了防止穩定事故的發生，在受端應採取切負荷的措施，在送端採取切機或減少發電功率，或採取聯絡線解列的策略，將部分電源解列到受端，或將部分受端負荷解列到送端，以平息振蕩。

• 互聯繫統中具有功率缺額的部分從大容量部分獲得功率

此種結構，應避免功角穩定和電壓穩定的事故發生。n

引起的原因是：有功功率缺額的部分中，引起頻率急劇降低使受端系統與送端系統功角穩定失步。也可能會在受端系統由於無功功率的嚴重缺額造成受端電網電壓崩潰。此時，應迅速切斷聯絡線，並在受端電網中切除不重要的負荷。因此，須加裝低頻減負荷、低壓減負荷裝置，在條件許可時，加裝發電機組自起動裝置。n

• 兩個功率相當的系統經較強聯絡線相連接

此種結構具有穩定運行水平高，網架結構堅強的特點，不容易發生穩定破壞事故。但在嚴重的聯鎖故障中，可能會發生聯絡線過載或功角失步。此種情況應採取發電機減出力和切除一定的負荷等策略。n

• 互聯繫統的兩部分由弱聯絡線連接

此種結構一般在互聯繫統的初期。該種結構容易發生動態穩定性失步。即造成系統產生負阻尼或弱阻尼。發生長過程的振蕩不衰減和發散。

這種情況，應儘快加強網架結構的建設，減少聯絡線的阻抗，加裝提高系統正阻尼的自動裝置，如PSS，並輔以切機切負荷措施，減少聯絡線輸送功率。

• 更複雜的三機接線

此種結構的運行特點是系統聯絡線之間具有相互影響，當一條重載聯絡線因故障斷開，可能導致另一條聯絡線運行方式的危險變化。n

此種情況應採取防止一條聯絡線斷開後造成連鎖反應使系統進一步擴大的策略。

• 鏈形接線

此種接線結構，一般情況下，一部分聯絡線總是向一個方向送電，其它聯絡線上的送電功率隨著不同的時間周期而變化。在一晝夜之內，連接在一起的一些電力系統有時是缺少功率的，有時又是功率有餘的。

因此，可能的事故破壞程度，以及事故過程中聯絡線的相互作用，也會相應的變化。其特點是：系統的運行方式對故障時聯絡線的影響很大，可能會發生功角穩定、電壓穩定和頻率穩定問題，也可能會發生由於接線中的個別環節危險過載，使事故擴大。

• 放射性型結構

在此種結構中，中心系統常比其它系統容量大的多（調節能力強），中心系統可以外送功率，也可以接收功率。當功率缺額時，它能切除部分負荷，而在功率餘額時，又能降低發電功率，可保證任一放射型聯絡線上不發生過負荷。如果子系統與主系統失步，可解列聯絡線，防止事故的進一步擴大。此種接線不容易發生大面積停電事故。

• 環形接線

此種接線的特點是運行方式的多樣性。任一環節斷開，不僅會引起環內各環節輸送功率的大小變化，而且其方向也變化。整個環網的總運行方式由它的「危險斷面」所決定，會導致另一斷面的功率危險增大。因此，該種接線結構已逐漸被淘汰。必要時，加裝備自投裝置。n

• 多迴路系統

此種接線結構是電網最終的較為理想的結構方式。該結構可以在多種故障下，保持系統的穩定性。

上面所說的網架認識，是制定電力系統方案的基礎。

實際工程中方案的指定，既要考慮技術性，又要考慮經濟性。

技術性，無非就是工程滿足負荷需求，電氣計算都要滿足條件，具有一定的遠景適應性，更高的要求就是網架美觀；經濟性，就是投資費用儘可能低。

綜合技術和經濟性，然後得出推薦方案。

• 電網縱向結構的考慮

就是電網500kV-220kV-110kV-10kV各個層次的強弱關係。

一般原則是：最高電壓等級電網要堅強；次一級電網對上級電網有一定的支撐能力；接近於用戶的中壓配電網要堅強。

巴黎電網，理想的強-弱-強電網。

東京電網，電源布局和負荷分布特點決定了東京電網存在較大的潮流輸送。

北京電網，霸氣的強-強-強-強電網，500千伏為雙環網，220千伏、110千伏以雙回鏈式為主，10千伏目標是網格化n。

上海電網，強-次強-次強-強電網，500千伏以雙環網為主，但靜安變不能滿足N-1-1或N-2方式要求（所以上次的停電時間，影響很大）；220千伏網路為樞紐、終端站模式，儘可能減少中間站n。

廈門電網，目標電網為強-弱-強結構，220千伏為多回饋供，弱化110千伏，10千伏實現網格化。

武漢漢口電網，主城區現況的強-弱-強-次強電網，外部電源是500千伏雙環網和220千伏主力電廠，220千伏為雙回饋供，110千伏為雙回鏈式，10千伏目標是網格化。

2）電氣計算分析

這塊分兩部分，有一部分是粗略的手算，或者叫估算，依賴於經驗，有一部分是計算機的軟體計算，比如PSSE,BPA，EMTP這些。

關於手算。

首先要熟悉各種電力系統公式，比如零序、正序不同情況下的折算，短路阻抗的大致計算方法，等等，這些算是專業基礎的東西。

然後就要熟悉每個方案，就是這個變電站規模怎麼選，這個線路怎麼連，這個電廠怎麼建的方案，都需要有些大體的判斷，這就需要一些簡單的計算。

比如供電能力，比如潮流斷面裕度（圖中藍線），比如靜態穩定極限，都是可以大致手算的。

最後就是一些需要經驗的手算，比如穩定的判別演算法等等，這些都是一些稍微進階的東西。

這些手算的基礎，對於快速定性判斷一個電力系統問題，或者是診斷海外某個國家的電網問題，都非常有用。

關於電氣軟體計算，主要包括常規的潮流計算，短路計算，穩定計算、過電壓計算、無功計算等。

• 潮流計算，主要就是選取不同的計算方式，比如豐大&豐小&枯大&枯小方式，校核一些薄弱的環節，比如是否存在線路過載問題（包括N-1情況）等等。

• 短路計算，也是校核一些短路水平較高的點，是否存在超標的現象，一般來說短路水平和供電能力是矛盾的，如何平衡，優化電網結構是個關鍵。
• 穩定計算，要算靜態穩定極限，暫態穩定極限（在之前的隨筆裡面有描述），然後還要算各種故障方式下的穩定水平，比如單瞬，比如三永，比如無故障斷線，等等，如果有穩定問題還要詳細計算分析，比如穩控策略，切負荷方案等，這部分需要一些經驗。

• 過電壓計算，高電壓等級，一般是500kV，會要求計算內過電壓，EMTP來算，也比較專業。內過電壓的關注點主要有幾個，一個是各種過電壓水平是否達標，一個是無功配置，高壓並聯電抗器的配置方案，一個是是否安裝合閘電阻，還有個就是中性點小電抗的配置方案，在之前的隨筆里也有詳細描述。
• 無功計算，就是依據分層分區平衡原則，計算無功平衡，這些都有計算步驟，然後根據計算結果，用軟體模擬不同投切方式下的電壓波動水平。

3）選址

電廠、變電站、線路都需要選址（路徑），對於規劃設計階段來說是較為關鍵的點。

• 電廠選址

• 變電站選址

1、接近負荷中心

事先需搞清本變電所的的地位和作用。選擇比較接近負荷中心的位置。

2、使地區電源布局合理

使地區電源和變電所不集中在一側，以便電源布局分散。

3、高低壓各側進出線方便

不僅要使送電線能進得來走得出，而且要使送電線交叉跨越少、轉角少。

4、所區地形、地貌及土地面積應滿足近期建設和發展要求n

應貫徹節約用地、不佔或少佔農田的精神，採取多種布置方案適應地形、地勢。

5、站址不能被洪水淹沒及受山洪沖刷，而且地質條件應適宜n

6、確定所址時，應考慮其與鄰近設施的相互影響

7、交通運輸方便n

不僅要考慮施工時大型設備的運輸，還要考慮運行、檢修時的交通運輸方便。

8、具有可靠水源，排水方便n

9、施工條件方便n

選所時，還要考慮施工用水用電、施工場地、勞動力、建築材料來源方便等問題。n

• 線路路徑

【地形、地質、自然條件】選線人員必須對線路通過地區的地形、地質、自然經濟條件等作詳細的調查，與沿線地區各有關單位充分協商，以便選出最合宜的線路路徑。n

nn【路徑短】所選線路的路徑應儘可能短，線路轉角要少，而吐轉角角度要小，特殊跨超要少。水文和地質條件要好。n

【維護和施工方便】應考慮線路有良好的維護和施工條件，沿線交通要比較方便，應盡量接近鐵路，公路或通航河流。nnn

【不影響通信】應與主呼通訊線路、機場、電台等設施保待足夠的距離。

【不影響生產和生活】線路應盡量避開居民區，工廠區及其他需拆遷較多建築物和構築物的地區、不應引起交通和機耕的困難。n

【地質條件合適】應盡量避開不良地質地帶，可能塌陷的礦區，沼澤地帶、林區，綠化區、果園、重冰區、污穢區、爆炸危臉區、強地震區及農村固定場院等地區。n

【廠、所出線統一規劃】發電廠、變電所的出線走廊，應根據系統發展規劃，統一考慮，在線路擁擠地區宜採用迴路或多迴路塔。n

【避燃、避爆、避碰】配電線路應盡量避開有爆炸物、易燃物和可燃物的廠房、倉庫、貯罐等，並避開易被車輛碰掩等處。n

【與城鎮規劃協調】應與城鎮規劃協調。n

在選線方式上分為圖上選線和實地踏勘選線.規劃人員根據上述選線原則在五萬分之一至十萬分之一的地形圖上進行初選，然後按圖上選擇的路徑進行實地踏勘。

二、配網規劃設計

假定城市電網規劃工作主要涉及110kV和10kV兩個電壓等級的電網（這裡不介紹380V分台區的規劃）。規劃工作由以下基本步驟組成：

1)數據收集、調查與錄入 2）現狀網分析與評估 3）確定規劃的主要技術原則n

4）負荷及負荷分布預測n5）10kV配電變壓器容量及位置確定 6）110kV變電站優化

規劃及其供電範圍計算 7）10kV配電網路規劃 8）10kV規劃配電網路可靠性計算 9）110kV配網網路規劃n10）無功電源優化規劃 11）投資估算及經濟效益分析

1、【數據收集、調查與錄入】

城市電網規劃工作需要以大量的基礎數據為依據，這些數據包括城市負荷發展的相關歷史數據，未來城市發展的詳細用地規劃及城市發展規劃數據。

2、【現狀網分析與評估】

利用系統中提供的各種分析工具，完成現狀網分析，發現系統中的薄弱環節。

主要從配網電源、配網設備及結構、配網運行、技術經濟指標、設備維護與管理等五個方面進行分析評估。

3、【確定規劃的主要技術原則】

參考「城市電力網規劃設計導則」及各省市電力公司技術導則來詳細制定技術原則。

技術原則應包含如下主要內容：

舉例：某省變電站的變壓器容量及台數

• 110kV變電站的最終規模為3台主變壓器

• 中間規劃年份110kV變電站按50MVA×2或者63MVA×2配置

• 遠景目標年110kV變電站的最終規模採用50MVA×3或者63MVA×3配置

4、【負荷及負荷分布預測】

這是整個規劃工作中最為關鍵的工作之一。其目的就是儘可能準確地確定未來各規劃年內的負荷及負荷分布情況。n

總原則是根據城市或開發區的用地規劃，以空間負荷分布預測為基礎，採用多種負荷預測方法進行負荷及負荷分布預測。

5、【10kV配電變壓器容量及位置確定】

根據規劃區的負荷分布預測結果，根據確定的配變容量系列，通常應採用「小容量、密布點、短半徑」的原則，採用分區分片方法，確定各10kV配電變壓器的容量及位置。

舉例如下：

6、【110kV變電站優化規劃及其供電範圍計算】

目的是確定110kV變電站的容量及位置。供電範圍計算的目的是將規劃區內的所有10kV配電變壓器按供電關係劃歸不同的110kV變電站。其中，即要考慮供電的經濟性，又要考慮供電半徑的限制。n

這一階段變電站的容量、變壓器的台數確定是非常重要的，需要進行比較確定。

7、【10kV配電網路規劃】

根據110kV變電站的供電範圍計算結果，將10kV配電網按供電範圍分區，對10kV配電網路按分區進行規劃。n

根據可靠性的要求和採用的主要接線模式，考慮不同110kV變電站之間10kV聯絡線的設置，以及同站不同母線的聯絡情況。n

規劃方案需滿足各種系統約束條件（如：短路容量限制、電壓水平限制、線路過負荷限制及N－1安全性準則等）。n

遠景規劃網架並不是在一個完全空白的新區上建設，而是在現狀負荷和現狀線路的基礎上逐步發展到目標網架，所以要求遠景網架應具有較強的適應性和靈活性，在城市發展出現新情況時可以比較靈活地發展成為其他供電模式。

因此應對所採用的接線模式，網路方案的過渡進行討論。n

8、【10kV規劃配電網路可靠性計算】

根據線路和開關的故障對系統的影響，規劃軟體將分別計算每條線路和整個10kV配電網路的可靠性指標。

9、【110kV及220kV供電網路規劃】

和10kV類似，更加考慮通道走廊。

10、【無功電源規劃】

根據10kV配電網及110kV電力系統的規劃結果，完成無功電源規劃。n

通過計算，根據導則的要求，可以給出無功設備的配置建議，並計算相應的方式下，網路潮流分布的變化，從而得到電壓、線損的改善情況。n

11、【投資估算及經濟效益分析】

根據規劃區內的改造和新建的網路設備，結合單位設備造價，估算投資。並在此基礎上，分析還貸壓力、投資回報情況等經濟指標，明確為電力企業的經營管理提出決策性意見。

三、接入系統設計

新建一個電源或者變電站，必然需要進入電網，從而改變電網結構，所以就涉及到接入系統方案，這也是系統設計比較重要的一部分。

諸如負荷預測，電力平衡、電氣計算等，都和前面規劃裡面總結一樣，有些具體的問題，比如接入電壓等級，導線截面選擇，消納分析，主變選型，新能源接入裡面的負荷特性曲線，電能質量問題，都需要詳細分析。

四、專題設計

電力系統專題設計屬於比較高的層面，是在前面的基礎之上的提高，比如電網調峰專題，區域電網優化專題，消納能力專題，穩定控制專題，配網接線方式專題等等，都是在某一方面的深入研究。

但是基礎都是前面的那些東西。

以上。

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