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配电系统是电网的重要组成部分,其作用是以合适的电压等级将电能输送到用户端,配电环节作为电力系统到用户的最后一环,与用户的关系最为紧密,对系统的整体性能效率和用户供电质量的影响也最为直接。但长期以来,城镇配电网投入不足,导致配电网基础薄弱,可靠性水平较低、线损率较高。
一、配电网规划设计存在的问题
1、配电网缺乏前瞻性。规划涉及电网本身信息的管理、地理信息勘测与图像处理以及数据统计与分析等多方面内容,研究对象及相关数据规模庞大、结构复杂、不确定和未知因素多,并且规划往往局限于局部范围,因此难以验证所规划电网对大电网稳定性的影响,对各区域电网之间的协调问题预测不足,缺乏前瞻性,致使所形成的规划方案可能只能在近期有较好的效果,这样的规划方案的经济性和科学性较低。
2、配电网技术落后。配电系统发展起步较晚,发展水平较低,建设相对落后。特别是城镇电网,已或多或少滞后于城市经济发展,成为制约城市发展的瓶颈。普遍存在电缆、导线、变压器、电容器、TA、开关、断路器等主设备选型时没有进行充分的技术分析和相关计算,片面地追求截面和容量;出线间隔、负荷互带、供电半径等没有按照规划导则、技术标准和实际负荷进行计算分析。有些地区只是简单地更换大截面导线或大容量设备,造成大量的浪费,甚至存在将所有的设备重新更换的现象,造成资金浪费;同时未对运行中的设备进行全寿命技术分析,不能充分保证设备安全经济运行。
3、负荷预测及电气计算准确性不高。配电网规划中,由于缺乏负荷预测方面的专业知识和科学的计算软件,历史数据又不全,导致负荷预测结果不准确,造成电源点分布、线路路径等网架结构方案误差大;电气潮流计算、短路电流、无功电压等计算偏差较大;线损率、电压、短路水平等没有按照要求进行校验,甚至有些地区的规划方案没有进行电气计算,缺乏必要的理论依据,造成规划的科学性和可行性较差。
二、配电网改进的措施和方法
1、完善配电网规划技术导则和制度。需要进一步完善城镇配网规划技术导则和制度,增加电缆设备的使用范围和技术原则,增加技经原则和取费标准,指导城镇配网规划工作的规范有序开展。随着未来智能电网的发展,建议城镇配电网电力装备选型上要满足技术先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护等要求,同时根据配电技术发展趋势,结合地区经济社会发展实际,适时试点建设20kV 的配电网,并及时总结经验推广应用。
2、加大配电网技术指导力度。(1)重视变电站的选址。在选择变电站的位置时,应当尽量靠近负荷中心,经过相关规划部门的同意之后,在不破坏环境的前提下,进行变电站的设置,配电网的规划。选择变电站时,需要对周边小区环境以及电源情况进行充分了解,以便于日后的维护和管理。变电站的设计应尽量节约用地,用地面积应根据变电站容量接线和设备的选型确定。(2)处理好配电网系统的无功补偿。无功补偿按照分层、分区和就地平衡的原则,采用以就地补偿为主、分散就地补偿和集中补偿相结合的方式。配电站的无功补偿宜采用动态补偿装置,补偿过程中应不引起系统谐波明显放大,应避免大量无功电力穿越变压器。电力用户处应配置适当的无功补偿装置,应避免向电网反送无功电力。35~110 kV变电站,其高压侧功率因数,在主变最大负荷时不应低于0.95,在低谷负荷时不应高于0.95,配电变压器最大负荷时高压侧功率因数和用户处的功率因数均不应低于0.9。接入配电网的各类发电机的额定功率因数宜在0.85~0.9中选择,并具有相运行的能力。(3)注意保护电器级间配合的选择和分析。 在目前的l0kV配电电气设计中,保护配置不能完全满足上下级保护的选择性要求。为实现变压器低压侧总开关、母联开关和低压馈线开关之间上下级的选择性,应满足如下要求:其一,变压器低压侧出线总开关(第一级保护电器)选用过载长延时和短路短延时保护,母线联络开关选用过载长延时和短路短延时保护;其二,低压馈线开关(第二级保护电器)选用过载长延时、短路短延时和短路瞬时保护;其三,第一级和第二级短路短延时,应有一个级差时间,应不小于0.1~0.2s。这样就不会出现3个开关同时跳开,而是只有低压馈线开关动作跳开,从而实现了保护级间配合。
3、实现配电网的自动化以及节能措施。(1)自动化开关工程设置。为了实现配电网的自动化功能,应当根据供电区域的特点和电网系统运行的管理要求,配置各种开关自动化的功能。电缆线路的开关和环网开关,在电缆线路设置分支开关,根据开关配置一遥或者两遥的功能;对于环网线路应当配置三遥功能,使环网线路的某一段发生故障时,能够自动进行定位并且自动对故障区域进行隔离,保证非故障区的供电正常运行,缩短其停电时间。对于架空线路设置自动开关功能,需要设置有就地分合闸操作功能的自动化设置,同时进行两遥功能,实现主站系统对每个网点的监控。(2)配电网规划中的节能措施。对运行电压进行有效调整,通过对变压器分接头和在母线上的电力电容器的调整,保证电压质量不受影响的情况下,对电压运行进行调整,降低有功损耗,以实现降低运行电压损耗,实现节能的配电效果。平衡三相负荷。如果三相负荷不平衡,会增加线路、配电变压器的损耗。各种节能型的变压器的使用,显著降低变压器的空载损耗。推广应用新技术、新设备、新材料、新工艺,降低电能损耗。加强线路维护,防止泄漏电。主要是定期巡查线路,及时发现、处理线路泄漏和接头过热事故,及时更换不合格的绝缘子。合理安排检修,提高检修质量。备检修要做到有计划,要提高检修质量、减少临时检修、缩短检修时间、推广带电检修。
三、结束语
配电网的规划和设计要遵循结构合理、安全可靠、经济环保、技术先进、信息畅通的原则,要将理论与实际结合起来,将当前条件和先进技术统一起来,真正做到“以客户为中心”、提高服务水平。■
参考文献
【1】彭小青;;城市电网建设及低压配电网改造[J];广东科技;2011年14期
关键词:规划; 配电网;问题分析;自动化
1 配电网现状
近年来,电力建设存在“重发、轻供、不管用”问题,致使配电网络十分脆弱落后,由此造成目前我国城镇供电普遍存在的问题主要是:可靠性低、电能质量差、停电时间长。其根本原因是没有总体规划或者是规划执行得不好。
电网建设应从建设初期统一规划、统一建设,从根本上解决由于电网规划不当造成的各种问题。本文着重分析了造成上述不足的原因,并就城镇配电网规划阶段应注意的几个方面,提出了相应的解决办法。
2 配电网规划的步骤
按照GB 50293―1999《城市电力规划规范》和Q/GDW 156―2006 《城市电力网规划设计导则》,以及企业自身的《配电网规划编制技术规定》要求,电力规划要与地方经济发展及城镇规划建设相适应并适当超前。因此,在进行城镇配电网规划时,必须要坚持安全可靠、经济环保、节能可行的原则。
2.1 统筹推进配电网自动化改造
配电网综合的改造是实现配电网自动化的基础, 没有稳定的电网结构和可靠的设备是不可能实现配电网自动化。由于早期的配电网络已基本形成,在此基础上进行改造难度较大, 要想提高自动化水平,必须做好统筹规划;同时,目前在配网自动化建设方面缺乏成熟的经验,需借鉴先进城镇的经验,采取逐步推进、分步实施的原则,逐步提高配网自动化建设水平。随着未来智能电网的发展,新形势下的智能配电网将应对更大挑战,更多的分布式能源渗透在配电网系统,更需具有新的灵活的网络拓扑、控制策略及智能电力电子装置。
2.2 分析电力平衡,制定规划方案
根据负荷预测结果进行电力平衡的分析,对城区电力平衡按电压等级进行。规划方案应结合主网规划按目标年分阶段分区进行电力平衡,同时应与地区经济建设发展同步并适当超前。依据预测的负荷水平、分布情况及电力平衡分析结果制定配电网的规划方案,提出新建变电站的站点位置、线路路径方案,最终确定分期末及各规划水平年的目标网架结构,并给出电网现状及各分期末的城网规划地理接线图。
2.3 制定合理的技术原则
根据Q/GDW 156―2006《城市电力网规划设计导则》和以及企业自身的《配电网规划编制技术规定》要求,结合当地城镇建设情况,注重提高城网安全运行水平,制定出符合本地区发展的城镇电网规划技术原则。
2.4 科学计算分析,验证规划方案
利用科学计算软件对规划方案进行潮流计算、N-1 校核、短路电流计算、无功容量配置、电压等计算,必要时进行稳定校核,进行多方案技术比较,依据科学的计算方法验证规划方案的准确性与可行性。
2.5 准确预测电力负荷
电力负荷预测的准确性是电网规划的基础和关键,预测的精确度直接影响电网规划质量。由于影响负荷需求的不确定性因素较多, 要求必须采取多种科学的计算方法进行预测。根据地区历史负荷、经济
发展状况及经济建设规划等因素,通常采用3 种及以上的预测方法, 进行近期负荷预测和中长期负荷预测,最后采用空间预测法进行校核, 误差值满足规定要求。
2.6 进行投资估算及重要指标的对比
建立注重经济效益理念,实现投资效益最大化。利用科学的计算方法, 对项目的经济效益进行分析和评价,通过经济性评价、风险评估,线损、电压、供电可靠性等重要指标的分析计算等,进行规划前后的对比,对项目的投资和社会效益进行评价分析,确定规划项目的科学性和可行性,达到投资费用和运行费用的综合最优,避免决策失误。
3 配电网规划中存在的普遍性问题
3.1 配电网结构问题
配电网结构对供电可靠性起关键作用,城镇配电网结构必须重点考虑负荷转移能力。对于一般城镇可以采用环网结构,比较简单易行,电网可靠性和安全运行水平较高,可达到"N - 1" ,负荷转移率可
达到50%。对于可靠性要求更高的,可以采用双回线加备自投结构。值得注意的是,一个城镇的配电网结构不能太复杂,应该尽量简化,结构越简化,运行维护越方便,可靠性也就越高。
3.2 设备选型不合理
普遍存在电缆、导线、变压器、电容器、TA、开关、断路器等主设备选型时没有进行充分的技术分析和相关计算,片面地追求截面和容量(认为越大越好);出线间隔、负荷互带、供电半径等没有按照规划导则、技术标准和实际负荷进行计算分析。有些地区只是简单地更换大截面导线或大容量设备, 造成大量的浪费,甚至存在将所有的设备重新更换的现象,造成资金浪费;同时未对运行中的设备进行全寿命技术分析,不能充分保证设备安全经济运行。
3.3 配电网结构问题
配电网结构对供电可靠性起关键作用,城镇配电网结构必须重点考虑负荷转移能力。对于一般城镇可以采用环网结构,比较简单易行,电网可靠性和安全运行水平较高,可达到"N - 1" ,负荷转移率可达到50%。对于可靠性要求更高的,可以采用双回线加备自投结构。值得注意的是,一个城镇的配电网结构不能太复杂,应该尽量简化,结构越简化,运行维护越方便,可靠性也就越高。
3.4 负荷预测及电气计算准确性不高
配电网规划中,由于缺乏负荷预测方面的专业知识和科学的计算软件,历史数据又不全,导致负荷预测结果不准确,造成电源点分布、线路路径等网架结构方案误差大;电气潮流计算、短路电流、无功电压等计算偏差较大;线损率、电压、短路水平等没有按照要求进行校验,甚至有些地区的规划方案没有进行电气计算,缺乏必要的理论依1 据,造成规划的科学性和可行性较差。
3.5 配电网无功优化问题
配电网无功优化是改善电压质量、降低电网损耗的重要环节。功率因数的高低对过负荷和网损起着极重要的作用。城镇配电网无功规划应该按照分层分区就地平衡,功率因数大于0. 9 的原则进行。作为配电网规划应要求各用电用户及配变就地解决无功补偿的问题。
3.6 配电网与主网的建设发展不协调
主网规划对配电网规划起着导向作用,配电网规划是主网规划的基础, 也是配网改造和建设的关键环节,对电网后期工作起着主导作用。由于近几年资金主要投入了主网,对中低压配电网投入较少,使得中低压配电网建设一直处于落后状态,地区城镇配网规划与主网规划没有统筹协调发展,造成了局部地区供电半径大、损耗高、电压低、可靠性差等问题。
4 配电网规划工作的改进意见
4.1 完善配电网规划技术导则和制度
结合本次审核的实际情况,进一步完善某某地区城镇配网规划技术导则和制度,增加电缆设备的使用范围和技术原则,增加技经原则和取费标准,指导城镇配网规划工作的规范有序开展。随着未来智能电网的发展,建议城镇配电网电力装备选型上要满足技术先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护等要求,同时根据电网(电力)公司配电技术发展趋势,结合地区经济社会发展实际,在一些地区适时试点建设20kV 的配电网,并及时总结经验推广应用。
4.2 高度重视配电网规划工作
目前,城镇配网规划建设缺乏统一指导和资金投入,城镇配网规划落后于主网架建设,落后于地方经济社会发展,落后于城镇化建设,所以必须高度重视配电网规划工作。今后城镇配电网的建设改造中,应将修编审定后的规划作为投资依据, 避免投资的盲目性和重复浪费。同时,为了保证农网改造投资的科学性、合理性,更好地支持地方经济社会发展和城镇化建设,建议农村电网尽快开展配网规划工作。
4.3 加快专业人才培养步伐
为了提高城镇配网规划质量,建议对基层各供电局(县/市电力公司)从事配电网规划的技术人员进行配电网规划原则和方法方面的技术培训, 并鼓励参加国内举办的城镇配网规划培训班,学习先进地区的配电网规划经验和方法,开拓规划新思路,提高规划人员的业务素质,提高配电网规划质量。
关键词:城市配电网;规划;负荷预测;配网自动化
中图分类号: TU984 文献标识码: A
0 引言
呼和浩特地处环渤海经济圈、西部大开发、振兴东北老工业基地三大战略交汇处,“呼包银”经济带核心及“呼包鄂”金三角中心,还是联接黄河经济带、亚欧大陆桥、环渤海经济区域的重要桥梁;不仅是引领内蒙古快速发展的呼包鄂经济圈内重要的增长极,还是国家主体功能区规划 “呼包鄂榆重点开发区”中心城市、国家实施西部大开发战略中重要的中心城市之一。城市化进程不断加快,配电网规模的持续扩大,配电网在整个电力系统当中的地位越来越重要,受到全社会广泛的关注。其运行、建设的经济性、可靠性和安全性也急需进一步提高。
1 呼和浩特市配网规划存在问题
1.1 需结合实际情况选择电缆入地
由于在城市配网规划中对电缆入地没有具体的规定,在没有考虑运行维护、事故抢修资金的情况下,政府主管部门片面追求城市的美观,不切合实际地提出了城市电缆全部入地的要求。
1.2 负荷预测与电气计算准确性有待进一步提高
负荷预测是配电网规划中的重要依据和组成部分,由于历史数据不全,负荷预测结果不准确,造成电源点分布、线路路径等网架结构方案误差大;电气潮流计算、短路电流、无功电压等计算偏差较大;线损率、电压、短路水平等没有按照《城市电力网规划设计导则》的要求进行的校验。
1.3 配网自动化建设落后
由于我国配网自动化工作起步晚,相应的技术政策、标准等少,同时由于配电网涉及的范围多,自动化的点多量大,早期的配电网络已基本形成,只在原有配电网的基础上进行改造,难度大,为此呼和浩特地区配电网自动化只是采取个别线路作为试点,没有与实际情况相结合,缺少技术人才,缺乏完善统一的管理模式。
2 呼和浩特地区配电网规划
2.1 配电网规划的原则
城市配电网的规划依据负荷预测,首先确定呼和浩特地区负荷分布,然后确定各个变电站的供电区域及供电范围,和上一级电网的规划紧密结合起来,最后确定配电线路的网络接线方式和走向等。在规划过程中,必须坚持有长远的整体规划。
2.2 负荷预测
负荷预测是城市配网规划编制的基础和重要内容,是合理确定城市电源、电网规模和布局的基本依据。负荷预测要具有科学性,应采用多种方法预测,互为补充,相互校核。 合理的选择和使用负荷预测方法,是电网规划与城市规划相结合能否成功的关键因素之一。
2.3 充分考虑现有网络对规划的影响
对于各种规划,现有配电系统的接线方式是一个自然的起点,如果考虑网络未来的发展趋势,必须规划,考虑各种因素,如果没有研究网络在现行负荷条件或故障条件下的运行情况,就不可能实事求是地评估网络的整体技术能力,也不可能找出现行网络中存在的缺点和不足之处,就不可能在规划中对症下药,有的放矢地提出解决方案。
2.4 配网规划改进措施
2.4.1 重视配电网规划工作
目前,城市配网规划建设缺乏统一指导和资金投入,城市配网规划落后于主网架建设,落后于地方经济社会发展,落后于城市化建设。所以必须高度重视配电网规划工作,对于今后城市配网的建设改造,应把修编审定后的规划作为投资依据,避免投资的盲目性和重复浪费。
2.4.2 加大人员、资金和技术支持
政府管理部门和电力企业要对配网加大人员、资金和技术支持,充分发挥电力企业在技术和人员的优势,开展对城市配网规划的技术指导,并规范配电网规划的编制、评审、实施的管理程序。
2.4.3 正确处理好城市建设与电网规划间关系
城市要发展,电力须先行,城市发展规划中,电网规划是重要的一部分。呼和浩特地区配网规划要与城市规划同步进行,要与政府部门加强沟通,将地区电网规划纳入城市总体规划。
3 配电网规划的意义
3.1 降低配电网网络的损耗,提高配电网的经济性
由于线损是电网运行经济性的重要指标,配电网规划可使配电网运行达到最优化,线损可有效降低。我国的线损率在9%左右,高于国外的发达国家。35~110kV配电网产生线损在整个电网损耗中所占比重最大。因此在正常运行时,通过网络结构规划可以有效地达到降低网损的目的。
3.2 均衡负荷,消除线路过载,提高电能质量
电力系统中负荷随时间变化较快,并且配电网馈线所带负荷类型不尽相同,例如电动机、照明、电弧机等各类随机性负荷和冲击性负荷,各负荷在同一时间段内的电流曲线差异较大,因此在降压变和各馈线出现电流波峰和波谷的时间也是不同,但是通过配电网的规划操作,按照需要使负荷合理转移,可降低部分馈线的过负荷水平。
3.2 提高供电可靠性
当配电网内发生故障时,保护装置正确动作,切除故障的同时,还可以靠自动装置跳开向故障点注入短路电流的联络开关,将故障线路所带负荷转移至其余正常运行的馈线上,此动作称为备用电源自动切换。此快速切除故障、恢复重要负荷供电的手段也是配电网规划研究价值存在的重要依据。
参考文献:
[1] Q/GDW156-2006,城市电力网规划设计导则,中国电力出版社。
[2] 范明天.中国配电网发展战略相关问题研究.北京.中国电力出版社。
关键词:低压配电网;电容电流;接地变压器
0 前言
随着我国GDP总量的不断攀升,用电量的需求大大增强,对用户供电的配电网要求也在提高,配电网的输送能力亟待增强。相比传统的10kV配电网,更高电压等级的配电网优势明显。在相同导体截面、输送相同负载功率时,20kV 供电距离是10kV的4倍,能有效地增大线路输电能力,减少线路上功率的损耗,提高线路的供电半径。
20kV配电网在我国的运行时间不长、经验不足,若能对其设计及运行经验进行总结分析、加以探讨,会有利于我国配电网输送水平的发展。本文对配电网中三种中性点接地方式的特点和范围进行比较分析,考虑了将配电网电容电流进行简化计算的方法,重点研究20kV 配电网采用中性点低电阻接地方式下的接地电流大小及接地设备参数的选择,为低电阻接地设备选择提供一种比较合理的计算方法。
1 中性点接地的基本方式
目前我国10 kV-35 kV配电网中,中性点基本接地方式有以下3种:中性点采用不接地方式、中性点采用低电阻接地方式和中性点采用消弧线圈接地,每种方式有其各自的应用优势及适宜场合。
1.1 中性点采用不接地方式
当单相接地故障发生在中性点不接地系统时,该线路的电压仍对称,基本不影响用户的供电,但要求在2小时内尽快切除故障。因为发生单相接地故障时,可能会产生较高的工频过电压、电弧接地过电压,长时间运行会烧毁设备。
10 kV-35 kV配电网中,当单相接地电容电流不超过10A时,应采用中性点不接地方式[5]。
1.2 中性点采用消弧线圈接地
当单相接地故障发生在中性点经消弧线圈接地的配电网时,系统中的容性接地电流会与消弧线圈产生的感性电流相消,大大减小了单相接地故障电流,可有效避免接地电弧的出现。在发生单相接地故障情况下,允许工作2小时,使得配电网供电有更高的可靠性;但单相接地保护装置动作情况复杂,寻找故障点较难,由单相接地故障引起的工频过电压对设备的绝缘水平要求较高。
10 kV、20kV配电网中,当单相接地电容电流可能出现大于10A的情况时,小于100-150A时;35kV配电网,当单相接地电容电流超过10A,小于100A时;宜采用中性点采用消弧线圈接地[5]。
1.3 中性点采用低电阻接地
中性点经低电阻接地方式,可以有效地消除各种PT谐振过电压、限制工频过电压和接地故障电弧过电压。发生单相接地故障时,健全相电压变化较小,其对设备绝缘等级要求相对较低,可节约投资;而且零序过流保护能立即动作,可靠地保护线路及设备。但增加了停电次数和停电时间,供电的可靠性有所降低。
10 kV、20kV配电网中,当单相接地电容电流超过100A-150A或为全电缆网时;35 kV配电网,单相接地电容电流超过100A-150A或为全电缆网时,中性点宜采用经低电阻接地方式[5]。
2 电容电流的简化计算
对配电网中性点接地方式进行选择时,主要考虑其配电网电容电流的大小。电容电流由下列电气连接元件产生,包括配电网中的架空线路,配电网中的电缆线路,以及供给该配电网的发电机、变压器及母线,它们的电容电流可按以下公式计算[4]:
(1)架空线路,电容电流可按式(1)估算。
Ic=(2.7~3.3)Ue・L×10-3 (1)
(2)电缆线路,电容电流可按式(2)估算:
Ic=0.1Ue・L (2)
(3)在变电站增加部分见表1。
3 配电网中性点低电阻接地方式
根据城市规划和发展,越来越多的配电网需要采用电缆供电方式,电缆的数量大增,使配电网中的电容电流出现过大的现象。为解决该问题,工程中采用了中性点经低电阻接地的运行方式,下面本文将详细讨论这种接地方式的参数选择问题。
3.1 采用中性点经低电阻接地时的接地电流
目前国内外工程,在配电网经低电阻接地情况下,对于接地电流的大小要求不同,实际选择设备时范围的变化较大。
在IEEE143标准中,对于工业设施的配电网而言,当15kV及以下的配电网接地故障发生时,其故障电流应小于400A的电流。在我国有着不同的要求,如在广州10kV配电网中,要求其零序电流小于400A,而在上海35kV配电网中,要求零序电流小于1kA或2kA。
在不同的国家,情况各异。美国的配电网主要由中性点经低电阻接地方式构成,单相接地电流控制在500A左右,或者1000A左右。
在我国,不同的规范或规定要求也不一致。国家标准GB50613-2010《城市配电网规划设计规范》中,第5.6条规定:“当单相接地电流超过100A-150A,或为全电缆网时,宜采用低电阻接地方式,其接地电阻宜按单相接地电流200A-1000A、接地故障瞬时跳闸方式选择”;在南方电网主编的电力行业标准DL5449-2012《20 kV配电设计技术规定》中,第3.5条规定:“20 kV配电系统中性点接地方式,当单相接地电容电流超过100A-150A时,可采用低电阻接地方式,接地电流宜控制在500-1000A范围内”;在国家电网企业标准Q/GDW156- 2006《城市电力网规划设计导则》中,第4.5条规定:“对于35kV、20kV、10kV电压等级的中性点经低电阻接地系统,在发生单相接地故障时,20kV、10kV接地电流宜控制在150-500A范围内。”
从以上给出的国内外经验和标准来看,针对低电阻接地系统的故障电流的取值,各标准是采用“一般”或“宜”给出取值的上下限,其推荐的取值范围是不同的,特别是南方电网主编的《20 kV配电设计技术规定》和国家电网的《城市电力网规划设计导则》中,对20 kV中性点经低电阻接地的接地电流推荐的控制范围差异很大,其重合部分只有500A。
因此,本文认为,配电网低电阻接地时,应综合考虑过电压、继电保护、通信干扰等方面的问题,在不同的国家和地区,可以有不同的接地电流选择。
3.2 接地变压器的设置
由于常规变电站的主变压器都采用Yd或YNynd联接组别,10kV或20kV配电网系统一般均无中性点引出,为实现低电阻接地,需要采用接地变压器。
该变压器采用了Z型(或称曲折形)的绕组接法,其中性点可加电阻R或消弧线圈,还可根据需要,设置一个400V的次级绕组,供站用电。
4 工程实例
本文作者设计的东南亚某150 kV/20 kV变电站,其20 kV是向当地原有配电网供电,设计时考虑维持原有配电网设备的绝缘水平,采用了原配电网一样的接地方式,低电阻接地方式,接地电阻为40Ω,单相接地时保护动作于跳闸。该变电站的主变压器采用星三角的联接方式,在20kV侧上,没有中性点引出。因采用中性点经过低电阻接地的方式,该站使用了Z型接线的干式接地变压器,即在接地变压器的中性点上将低电阻接入。
4.1 20 kV接地电阻的参数选择
当选定接地电阻为40Ω时,单相接地时,流过20kV接地变压器中性点及电阻的接地电流为:
(3)
式中Un为系统电压,取21kV;R为接地电阻。
接地电阻的额定电压的计算公式为:
(4)
接地电阻的消耗功率的计算公式为:
Pr=Id×UR≥303×12.73=3857kW (5)
单相接地故障出现在该系统时,保护柜发出保护跳闸信号,为满足系统可靠性稳定性的相关要求,此时设置接地电流持续时间最多为10 s。
4.2 20 kV接地变压器的参数选择
对Z型接线三相接地变压器,若中性点带电阻,接地变压器的容量为:
SN≥Pr (6)
式中Pr为额定容量,仅限接地电阻。
按照《导体和设备选择设计技术规定》规范条文中的说明:接地变压器的型式以选择干式配电变压器为宜。在确定其容量时,利用接地变压器的过载能力进行考虑,设置接地保护动作于跳闸时间。当现场的厂家资料缺乏时,采取表2所列数据。
表中所列过载持续时间最少都是5min,没有10 s时变压器的过载能力,国内其它的规范和接地变压器厂家资料中也未标明该参数,如果直接用5min的过载能力来计算,其接地变压器容量选择较大,不经济。
可以参照IEEE-C62.92.3标准,它对过载系数有着明确的规定,即持续容量采取变压器短时容量,具体换算方式如表3所示。
从表2和表3中的数据对照可看出,IEEE标准的过载能力要求更高。
结合作者实际经验,需要与国内接地变压器生产厂家协商,只要订货时提出明确要求,厂家是能保证达到IEEE标准的, 即保证10s,10-10.5倍的过载能力。在实际计算时,过载持续时间取10 s,当接地电阻采用40Ω时,其需要接地变压器的短时容量为:
SN(10 s)≥Pr =3857kVA (公式5的计算值)
折算到接地变压器的持续容量为:
SN≥386 kVA (按10 s,过载倍数10考虑)
另外考虑了接地变压器的低压侧带站用电,低压侧为容量200 kAV,因此计算干式接地变压器高压侧容量还应包括站用电部分。实际选用的干式接地变压器的额定容量:高压侧/低压侧为630/200 kAV,电压:21±2*2.5%/0.4 kV,联接组别:ZNyn11。该变电站已投运4年,至今运行良好。
5 结论
中压配电网中性点接地方式的选择讨论由来已久,但目前尚无准确定论。对于三种主要的中性点接地方式,有其各自的应用优势及适宜场合。本文对配电网的中性点接地方式的选择上进行了相应探讨,重点研究了20kV 配电网中性点采用低电阻接地的电流及接地变压器的参数选择问题。
参考文献:
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[5]GB50613-2010,城市配电网规划设计规范[S].
【关键词】城市;配电网规划;负荷预测
一、传统负荷预测方法分析
负荷预测方法主要分为传统的预测方法和基于数学模型的预测方法。传统预测法主要有用电单耗法、电力弹性系数法、负荷密度法、外推法、回归预测法、人均用电量指标法等,基于数学模型的预测方法有灰色预测法、神经网络预测法、模糊负荷预测法等等。传统的负荷预测方法如用电单耗法、电力弹性系数法、负荷密度法是依靠专家的经验或一些简单的变量之间的相关关系对未来负荷做一个方向性的结论,预测精度较差,但在实际的中长期负荷预测时,结合工作人员的具体经验,可用这些方法进行预测结果的验证。神经网络预测法基于神经网络理论,利用神经网络的学习功能,让计算机学习包含在历史负荷数据中的映射关系,再利用这种映射关系预测未来负荷。神经网络预测应用于短期负荷预测比应用于中长期负荷预测更为适宜,模糊预测法应用模糊逻辑和预报人员的专业知识将数据和语言形成模糊规则,单纯的模糊预测法的结果不够准确,因为模糊预测没有学习能力,因此模糊预测法常和神经网络等预测方法组合使用。但以上方法不能体现具体负荷增长点,不能有效指导中低压配电网规划建设。
二、空间负荷预测方法分析
对于城市配电网规划而言,更重要的是负荷的局部空间分布情况。福州配电网负荷预测采用了结合城市发展情况的空间负荷预测方法,不仅要预测负荷的饱和值,而且还要预测负荷增长的空间和时间,即空间负荷分布。在确定了负荷空间分布的基础上,布局配电变压器,再规划变电站,由下而上逐级规划城市电网。结合福州城区负荷发展特点,可将负荷分为若干个单元区块,并对其进行负荷类型、负荷性质的定义,在此基础上建立数学模型进行负荷预测。
首先应明确负荷单元区块的划分原则,单元区块划分是空间负荷预测的首要步骤,其目的是预测负荷增长的位置,为配电网规划设计提供空间信息。单元区块划分得越细,负荷预测的空间分辨率越高,配电网规划设计也会更准确详细。对于每个单元区块,城市规划均对其用地性质、负荷密度、占地面积以及容积率作了规划,通过向政府规划部门收集各预测地块未来的土地规划方案,得到每个地块各类负荷相关因素的历史资料。其次对各单元区块负荷类型进行定义,福州城区负荷类型主要分为居民用电负荷、商业负荷及工业负荷。最后对各单元区块性质进行定义,可将负荷区块分为负荷基本饱和区块、负荷半饱和区块、负荷新建区块。
在完成负荷单元区块划分、负荷类型、负荷性质定义等工作的基础上,对不同类型、不同性质的负荷单元区块,采用不同的负荷预测方法。对居民用电负荷:负荷基本饱和区块一般就是成熟社区(建成5年及以上),人口和用电情况已趋于稳定,在较短时间内负荷变化的空间不大,可以在现有负荷的基础上乘以一个与经济发展和居民生活水平提高相匹配的负荷增长系数,便可得到负荷预测数据。负荷半饱和地区一般是新建社区(建成2年及以上),有一定的负荷基础,但是存在很大的负荷上升空间。负荷新建区块主要是指建成2年以下社区和在建社区,负荷在短期之内基本无增长。对于居民用电饱和负荷的预测可参照《城市电力规划设计导则》等技术标准,选定适合福州地区发展定位的饱和负荷密度进行测算。对商业负荷:这部分负荷往往是市政建设的重点地区,许多大型的写字楼、商场、高级娱乐场所和高层居住小区,由于容积率比较高,成为空间负荷分布中的重要负荷和大负荷,这些大项目的新建所引起的负荷的跳跃式增长,对空间负荷分布的影响很大,必须在空间负荷预测中予以考虑。根据《城市电力规划设计导则》等技术标准以及国内其他城市在不同发展阶段下的负荷的用电指标,选择福州城区此种类型负荷用地在负荷预测年的用电指标,以此进行测算。对工业负荷:根据福州市“十二五”规划纲要,未来福州中心城区主要发展服务业和高新技术产业,工业逐步向南北两翼转移。因此,未来福州城区工业负荷应无较大增长,主要采用用户报装容量数据进行负荷预测。根据以上原则建立数学模型,选定合适的负荷增长率等参数,进行各单元区块目标年份负荷预测。在完成单元区块负荷预测的基础上,对选定区域考虑同时系数后进行数据叠加,得到的就是任意目标区域的目标年份负荷预测值。