20kV智能配电网（精选8篇）
20kV智能配电网 篇1
1 概述
目前, 我国电力系统中压配电网是以10 kV为主, 随着社会经济的发展, 用电需求快速增长, 10 kV供电电压已不能满足要求。因此, 各网省公司相继提出20 kV电压等级中压配电网建设构想。哈尔滨群利开发区是哈尔宾市政府规划开发的商住新区, 每平方米负荷达5 MVA以上, 整个规划区内最终负荷达1 080 MVA, 在黑龙江省哈尔滨地域内应算是大负荷集中区域。对此, 经过电力行业部门的分析, 和经济技术综合比较, 决定在其建设20 kV中电压配电网。
现运行10 kV电网的运行参数只能在地调SCADA系统中监测到变电站10 kV母线电压、出线电流及有功无功等参数, 而对配电网中的运行参数不能实时掌握, 线路、变压器等设备过载, 造成设备损坏情况时有发生。为使配电设施不至因过负荷而造成损坏, 各供电局都采用配大容量变压器、增大线路导线线径的办法来避免设备损坏, 增加了设备投资, 降低了设备负载率, 降低了工程建设的投资收益率;另一方面增大了变压器的损耗, 降低了系统运行的经济效益, 也不符合国家建设“资源节约型, 环境友好”社会的能源政策。为深化“两个转变”和“四化”要求, 国家电网公司顺应当前电网发展形式, 以特高压为依托提出建设“统一坚强智能电网”理念。
要实现电网智能化, 首先要使电网数字化, 系统的状态量、信息传输数字化;其次要使电网信息化, 电网的信息量收集、存储、加工等信息化;最后是电网智能化, 通过对系统状态量的加工, 潮流计算、线损分析、无功优化、负荷预测、故障处理、网络重构等, 实现电网智能化。20 kV配电电网是一个新的电压等级, 在提高输送容量和降低线损等方面比10 kV电压等级都有明显的优越性, 其适应的供电区域也是供电可靠性要求较高的地区, 建设配电自动化十分必要。
2 20 kV配电网数字化智能建设构想
2.1 系统实现的功能
基本功能, 包括:数据采集与处理、事件及告警处理、故障判断及处理、调度管理、运行检修管理。
分析应用, 包括:潮流计算、短路电流计算、线损分析、负荷预测、无功优化、网络重构等。
高级应用功能, 包括:配电网优化自愈、智能监视及优化运行、智能预警、故障处理决策支持等功能。
2.2 实现方式
首先系统能能够实现配电网运行参数的监测, 系统的运行参数实时或定时上传 (相当于配网SCADA系统) ;配电网中所有可操作的开关设备为远方操作, 配电中的故障信息实时上传 (相当于变电的集站系统) ;辅助应用系统在后台软件系统中根据系统中提供的实时数据, 对系统潮流计算、无功优化、负荷密度计算、网损的在线分析等功能;还可对电压合格率、供电可靠性统计分析, 为配电网规划、设计、运营提供决策依据;为现运行的配电网调度及配电GIS系统提供实时数据, 实现配电网实时系统与管理系统功能整合。
2.3 系统的组成
首先要有数据存储及处理系统、数据采集系统、通信系统、及高级应用软件组成。主站系统由2台服务器组成数据处理及数据存储系统;开关站及柱上开关安装的FTU及变压器安装的TTU构成数据采集系统;通信系统由系统通道及站端设备组成为数据传送提供通道;在应用服务器安装高级应用软件实现系统的高级应用;与配网GIS及配网调度系统接口, 实现数据共享及功能连接。
2.4 通信方式
该系统采用四种成熟的通信方式, a.光纤通信方式, 哈局、供电局与监控中心可采用光纤通信方式, 可随送、配电线路同步建设光纤通信线路, 较大的配电站及开闭所也可随线路同步建设光纤通信线路, 提供可靠的通信方式。通过光纤网可与配电调度、配电GIS通信, 实现接口功能;b.一般的配电站、箱式变电站及电缆分支箱可采用载波通信方式;c.比较偏远的配电站及变台, 不适宜安装载波通信的可采用移动通信提供的无线数据网, 近期3G网的开通给我们提供了更大容量及更稳定的数据通道, 为提高可靠性, 可采用双网、双通道1+1配置方式, 完全可以满足该系统通信要求。为提高数据的安全、可靠性可与移动通信运营商签定协议采用单独组网的方式, 以保证数据传送的安全;d.无线传感器网络WSN技术克服了传统的数据点对点无线传输模式的局限性, 主要解决了电力通信中最后100 m的通信问题。美国电科院EPRI针对WSN技术应用于2006年设立了专门的研究项目, 而我国目前针对WSN技术在电力系统中的应用也处于起步阶段, 电科院2006年在国内首次提出了WSN技术在电力系统的应用研究及示范应用建设思路, 并于2007年在多个供电企业进行了试点应用。目前, WSN技术在电力系统中的应用研究正在逐步深入开展。
3 项目实施的可行性
3.1 技术上:
由于配电自动化技术发展到今天已是成熟的技术;制约配电自动化应用的通信技术已相当进步, 可选的通信方式种类已很多, 其组网方式也更加灵活、方便;现代的计算机技术、数据存储技术与10年前比较也不可同日而语。这些技术的发展都给配电自动化技术及智能配电网建设提供了技术支持, 国家电网公司开展的SG186信息建设工程, 为智能配电信息建设提供了依据, 建设20 kV智能配电网在技术上是可行的。
3.2 经济上:
建设20 kV数字化智能配电网是一个全新的课题 (已往都是在10 kV系统) , 采用统一规划分步实施的原则, 首先从最基础的数据采集做起, 同步建设必要的通信线路, 比如与电缆路径建设光纤通信线路, 为信息传输提供通道, 然后再建设数据存储系统、数据处理系统、收集系统运行参数实现基本功能, 在此基础上开发高级应用软件逐步达到基本目标。即相当于SCADA系统、集控站系统、故障自动隔离系统、系统优化辅助决策功能及高级应用等, 最后与配网调度、配电GIS、负控及营销现代化整合在一起, 实现智能配电网的功能。可根据投资的情况分步实施, 以最小的投入实现规划功能。按上述方案建设数字化智能配电网在经济上是可行的。
20kV智能配电网 篇2
摘 要：柱上智能断路器（带保护的高压断路器）在10KV配网中起着极其重要的作用，通过它实现10KV配网线路的合理分段，同时可作为线路短路故障时的保护单元，以期达到通过柱上开关有效切断本级故障，以保证故障不越级，不破坏主干线及上级系统的稳定运行为目的；智能寻址仪可以对线路三相电流进行实施监测，当根据某相发生故障后，智能寻址仪指示灯闪同时将信息发送到后台系统，后台系统可以将短信分发至运维人员手机上；故障指示器对线路故障电流进行实时监测，当故障发生后，指示灯会闪，便于运维人员查找故障范围。如何合理配合安装以上三种设备将大大提升10KV配网供电可靠性，同时将大大减少巡线查找故障的工作量。
关键词：智能断路器；智能寻址仪；故障指示；配电网
本文根据《山西省电力公司配电网建设改造样板工程建设方案》的整体建设规划要求，同时结合晋中市各县、市配网实际运行状况，对中压配电网架10kV配电线路分段安装智能断路器位置、定值设置、智能寻址仪、故障指示器进行了具体明确。本文主要规范10KV配网线路杆上开关安装位置选择及定值设置、智能寻址仪及故障指示器安装位置选择，以期达到通过柱上开关有效切断本级故障，以保证故障不越级，不破坏主干线及上级系统的稳定运行；智能寻址仪及故障指示器辅助巡线查找故障缩短停电时间的目的，同时确保配网的安全、稳定、可靠运行。
1 总述
1.1 适用范围
本文根据供电区域划分范围，针对不同供电区域，不同供电方式，对智能断路器安装位置选择、定值设定、智能寻址仪、故障指示器提出了相应指导意见及方法。
本文适用于各相关供电区域10kV配电网智能寻址仪、故障指示器、智能断路器安装位置选择、定值设定。
1.2 供电区域定义
A+区域定义：适用于供电区负荷密度σ≥30MW/km2的区域。
A区域定义：适用于供电区负荷密度15MW/km2≤σ<30MW/km2区域。
B区域定义：适用于供电区负荷密度6 MW/km2≤σ<15MW/km2区域。
C区域定义：适用于供电区负荷密度1MW/km2≤σ<6MW/km2区域。
D区域定义：适用于供电区负荷密度0.1 MW/km2≤σ<1MW/km2区域。
1.3 智能断路器、智能寻址仪、故障指示器安装位置基本总则
智能断路器：10kV配电线路主干线、农村部分支线起始杆（分支线之和长度大于6km，支线跨越林区）；
智能寻址仪：10kV架空线路主干线、支线起始杆、10kV电缆分接箱；
故障指示器：电缆出线第一基杆塔、分支线起始杆。
2 智能断路器安装位置确定
2.1 供电区域划分为A域的配电线路智能断路器安装原则
结合B域配电线路网架结构特点，智能断路器安装位置选择按照以下标准进行：
线路主干线分3-5段，并合理布置每段搭接配电变压器容量在3000-4000kVA。
2.2 供电区域划分为B域的配电线路智能断路器安装原则
结合B域配电线路网架结构特点，智能断路器安装位置选择按照以下标准进行：
线路主干线分3-5段，并合理布置每段搭接配电变压器容量在3000-4000kVA。
2.3 供电区域划分为C域内的配电线路智能断路器安装原则
结合C域配电线路网架结构特点，智能断路器安装位置选择按照以下标准进行：
线路主干线分3-5段，并合理布置每段搭接配电变压器容量在3000-4000kVA。
2.4 供电区域划分为D域内的配电线路智能断路器安装原则
结合D域配电线路网架结构特点，智能断路器安装位置选择按照以下标准进行：
线路主干线分3-5段，每段主干线长度不小于6km或每段搭接配电变压器容量在3000-4000kVA；支线长度大于6km，支线起始杆加装智能断路器；支线跨越林区，支线起始杆加装智能断路器。
3 智能寻址仪、故障指示器安装位置确定
3.1 在变电站出口第一基杆塔上安装一组故障指示器，这样可以判明故障是否由线路原因造成，还是由变电站出线电缆故障造成的。
3.2 对于C域配电线路支线（未加装智能断路器）起始杆加装智能寻址仪，分支线加装故障指示器。
3.3 对于D域配电线路支线与分支线长度之和小于6km时，在支线起始杆加装智能寻址器；支线与分支线长度之和大于6km时，在支线中间杆处加装智能巡址仪进行分段；分支线加装故障指示器。
3.4 在B、C、D域配电线路安装非智能断路器时，在断路器电源侧加装智能巡检仪。
3.5 缆化线路在电缆分接箱内，各分支电缆头安装电缆型智能寻址仪。
4 故障判断方法
以某10kV线路15号杆、32号杆安装智能管路器；1号杆、架空线路某分支线1号杆安装故障指示器；23号杆、10号杆、某支线10号杆安装智能寻址仪为例，进行故障判断。
4.1当架空线路40号杆后发生故障时
接地故障：40号、23号智能巡址仪发信息，1号故障指示器单相翻牌，经分析判断40号杆后线路接地，拉开15号杆断路器进行巡线。
过流故障：40号、23号智能巡址仪发信息，1号故障指示器翻牌，32号杆智能断路器掉闸，经分析判断40号杆后线路故障，对40号杆后线路进行巡线；若23号智能巡址仪发信息，32号杆智能断路出线开关、15号杆智能断路器掉闸，经分析判断23号杆至32号杆线路故障，对23号杆至32号杆线路进行巡线；若1号故障指示器翻牌，出线开关、15号杆智能断路器掉闸，经分析判断15号杆至23号杆后线路故障，对该段线路进行巡线。
主干线路故障以此分析判断进行逐个故障排查。
4.2 当架空线路某分支线1号杆后发生故障时
接地故障：支线10号、干线23号智能巡址仪发信息，干线1号、某分支1号杆故障指示器单相翻牌，经分析判断为某支线10号杆后线路接地，拉开某支线1号杆断路器进行巡线。
过流故障：支线10号、干线23号智能巡址仪发信息，干线1号、某分支1号杆故障指示器翻牌，某支线1号杆智能断路器掉闸，经分析判断某支线10号后线路故障，对某支线10号杆后线路进行巡线：若某分支线1号杆故障指示器翻牌，则为该支线1号杆后线路故障；若某分支线1号杆故障指示器未翻牌，则为该支线10号杆后线路故障。
速断故障：支线10号、干线23号智能巡址仪发信息，干线1号、某分支1号杆故障指示器翻牌，出线开关、某支线1号杆、15号杆智能断路器掉闸，经分析判断为某支线10号杆后线路故障，对某支线10号杆后线路进行巡线：若某分支线1号杆故障指示器翻牌，则为该支线1号杆后线路故障；若某分支线1号杆故障指示器未翻牌，则为该支线10号杆后线路故障。
5 柱上开关保护定值计算方法
速断保护的整定：柱上开关速断保护的启动电流小于变电站或上一级开关速断保护的整定电流，应躲过本柱上开关所接后段线路变压器的励磁涌流，时限为0S。
过流保护的整定：柱上开关过流保护的启动电流为开关电流互感器的一次额定电流，这取决于柱上开关互感器变比选择，一次额定电流应大于开关安装所接线路的实际最大电流，并取1.2-1.3的可靠系数，但应小于变电站出线线路的过流保护定值；时限设置，只有一级开关的设备为0.2S，有两级开关的设置下级为0.2S，上级开关为0.4S，以此类推。
但结合实际线路运行情况，更有效设置断路器定值，所有智能断路器均采用三段式保护配置，现级段只投过流I段（速断）保护，时限为0S。每臺智能断路器过流定值为该断路器至未端所带配变总容量的1.5倍。
20kV配电网规划 篇3
关键词：20kV,配电网,电压质量,电网规划
1 随着经济发快速发展, 电力负荷大幅增加, 负荷密度越来越高, 供电范围不断扩大, 增加配电网容量是目前电网突出的问题。
在一些人口密集、经济发达的中心城区和新开发区, 随着电网的快速发展, 负荷及负荷密度增加更加突出, 但配电网的站点和线路走廊资源却越来越紧张, 这将严重制约着配电网的发展, 现有以10k V为主的中压配电网已经开始显现出弊端。
2 20kV配电与现行10kV配电网优劣分析
2.1 线路的输送容量
S=UNI
上式中:S-视在功率, UN-线路始端额定电压, I-线路电流。
由上式可以看出, 在线路载流量不变的情况下, 输电线路额定电压从10kV升至20kV后, 线路输送容量可增加一倍。相反, 对于一个高负荷密度区域来说, 输送相同的容量, 电压从10kV升至20kV后, 其出线线路条数为原来的一半, 可以节省大量线路走廊。
2.2 电压水平
ΔU%= (PR+QX) /UN2×100%
上式中, ΔU%-电压降, UN-额定电压, P-有功功率, Q-无功功率, R-线路电阻, X-线路阻抗。
由上式可知, 当线路所带容量一定时, 20k V线路电压损失仅为10k V电压损失的25%, 20k V线路有利于提高线路末端电压合格率。
将电阻与电抗用线路长度表示, 带入上式, 经转换得
上式中, L-线路长度, r-单位线路长度电阻, x-单位线路长度电抗。
国网导则规定, 20k V、10k V三相供电电压允许偏差为额定电压的7%, 所以由上式可见, 在相同电压允许偏差下, 20k V电压等级供电半径为10k V电压等级供电半径的2倍。
2.3 降低线损
ΔP=N×I2R
N为负荷分布系数, I为线路电流, R为线路电阻。
在输送相同功率下, 20kV线路电流为10kV线路电流的50%, 20kV线路线损率为10kV线路线损率的1/4。
3 电网规划中20k V配电网规划思路
3.1 规划范围
明确电网规划范围及规划年限, 供电区分类及城农网划分。
3.2 规划区域分析
对所规划区域的经济发展情况, 产业结构进行分析, 结合城市定位, 城市发展思路及目标, 重点发展产业及重点建设项目, 让电力发展与城市建设协调发展。
3.3 现状分析
对当地电网进行现状分析, 掌握当地的网络构成、设备情况及运行情况, 查找出现状电网存在的薄弱环节。分析变电站情况 (重过载主变、间隔利用情况、N-1、是否可扩展容量等) ;分析中压配电网网架结构水平情况 (环网率、站间联络率、线路平均分段数、线路可转供电率、网络接线标准化率、线路末端电压不合格比例) , 负荷供应能力 (线路平均负载率、重过载线路、重过载配变) , 装备技术水平 (中压线路绝缘化率、中压线路电缆化率、高损耗配变台数及比例) ;低压台区电网规模和设备水平;设备运行年限、规划区线损、供电可靠性等。针对现状分析结果, 进行有针对性的规划实施。
3.4 负荷预测及电力平衡
负荷预测是规划设计的基础, 包括电量需求和电力需求预测两部分内容。负荷预测在长期调查的基础上, 收集和积累本地区用电量和用电负荷的历史数据以及城市建设及各行业发展的信息, 充分研究国民经济和社会发展各种相关因素与电力需求的关系。预测结果可适当参考国内外同类型地区的资料进行比较, 使之具有较高的合理性和准确性。负荷预测分近期、中期和远期 (年限与规划年限一致) 。远期着重考虑规划区域饱和密度和饱和负荷的预测, 确定最终负荷规模。根据负荷预测水平和分布情况, 对电网进行分电压等级电力平衡, 根据电力平衡结果及电网容载比规定对电源容量及变电站位置进行布点。
3.5 技术原则
根据规划区域社会经济发展水平和建设规模、负荷增长速度、规划负荷密度、环境保护等要求, 以及各地的实际情况, 合理选择和具体确定电压等级序列、供电可靠性、容载比、接线模式、中性点运行方式、无功补偿和电压调整、短路水平、电压损失及其分配、节能环保、通信干扰等确定技术原则。确定110kV/20kV和220kV/20kV的电压等级, 取消35kV电压等级。20kV布点少时可采用站内联络, 随着站点的增多, 逐步改为站间联络。
3.6 配电网规划
根据现状电网分析及负荷预测的结果, 以技术原则为指导, 对20k V配电网进行规划。
配电网规划要从远景至近景进行规划。
远期规划, 时间界限一般为16年-20年, 远期规划主要考虑城网的长远发展目标以及电力市场的建立和发展, 进行饱和负荷水平的预测研究, 根据负荷预测及电力平衡结果, 结合城市实际情况, 确定10kV网架是否还能满足城市发展, 若不能满足, 则考虑建立20kV网架, 若满足, 则需结合周边电网环境综合考虑是否采用20kV网架结构, 达到合理效果, 制定电源布局和目标网架, 目标网架确定后, 在中期规划和近期规划中安排合理的年份来实现20kV的改造。
近期规划应着重解决电网当前存在的主要问题, 依据近期规划编制年度计划, 提出逐年改造和新建的项目, 逐步满足负荷需要, 提高供电质量和可靠性, 改造中要结合目标网架满足远期发展需要。中期规划应与近期规划相衔接, 预留变电站站址和通道。逐步将现有电网结构有步骤的过渡到目标网络, 并对大型项目可进可行性研究, 做好前期工作。
针对不同类型区域20kV方案。
新区规划, 这类主要包括新建技术开发区、工业园区、新建住宅区等。区内10kV中压网络空白或较为薄弱, 能够很快为新的中压配电电压网络所取代, 这类区域统一采用20kV供电。对于饱和负荷密度较高的新建小区, 建议采用220/20kV供电序列;对于负荷密度相对较低的新建小区, 建议采用220/110/20kV供电序列。
负荷增长较快的已有城区, 现有10kV中压网络将进行升压改造。现有10kV中压配电网将与20kV中压配电网长期共存。城市10kV与20kV混合供电区域, 10kV供电线路与20kV供电线路应各自独立运行, 如对供电可靠性有特殊要求, 宜经联络变压器进行联络。混合供电区域, 应采用逐步蚕食的技术政策, 逐步扩大20kV的供电范围, 实现平稳过渡。对于新增的配电设备, 全部按照20kV电压等级进行设计选型, 在升压改造初期先降压为10kV运行, 待具备升压条件后直接升至20kV运行。新增变电站低压侧应采用20kV电压等级, 逐步扩大20kV供电区域提供, 完成10kV向20kV的过渡。
负荷增长缓慢的已有城区改造, 通常指那些负荷增长相对平稳的原10kV供电区。可较长期保留10kV中压供电。在城市平稳过渡供电区域内, 对于负荷增长相对平稳, 且供电能力充足的原有10kV供电区域, 原则上宜暂时保留10kV供电方式, 但应积极创造升压改造条件。在原有10kV供电区域外, 应不断加强20kV的供电能力, 以便为原有10kV供电区域逐步改为20kV供电创造外围电源条件, 使20kV供电区域有能力不断对原有10kV供电区域进行逐步蚕食, 针对区内站与站之间联络关系不紧密的变电站, 宜结合变电站改造升至20kV配电网。
农网地区, 通常指那些负荷密度较低的偏远农村、山区以及城镇和近郊地区。这类地区供电面积大, 线路距离长, 末端电压不合格地区主要集中在这些地区, 线损率偏高。根据现状调查, 这些区域现有变电站以35kV为主, 联络关系不紧密。对于农网地区, 应结合现有设备运行年限以变电站为单位对农网进行改造。若设备年限未达到规定使用年限且满足供电需求的, 暂时维持现有10kV供电模式不变。对于设备达到运行年限或容量不满足供电需求的, 则以远景年电网网架为目标, 统一以变电站为单位进行20kV升压改造, 取消原来35kV变电等级, 采用220/110/20kV和110/20kV变电等级。改造过程中未达到运行年限的10kV设备, 移给10kV供电区进行二次利用, 以节约投资。
改造中应注意的问题:
同一城市负荷分布不均衡的不同区域, 需区别对待, 先期改造供电能力不足区域电网。
被改造的线路与其他区域的线路间有联络关系时, 在改造时宜在两侧同步实施升压改造, 以保证两侧运行电压等级的一致性和供电的可靠性, 同时也缩短了整个地区的升压改造周期。
选择负荷的供电可靠性要求低的区域实施升压改造;选择互联较少的区域实施升压改造;选择施工造成的停电影响较小的区域实施升压改造。
对于上级电源点暂时不具备改造条件的, 在原上级电源点的10kV侧加装10/20kV联络变压器的方式为划定的20kV供电区域供电。
结合目标网架, 结合投资综合考虑, 一次到位, 避免二次改造。
3.7 投资估算
根据现有20kV配电网运行经验, 110/20kv变电站单位容量造价比110/10kv低20%以上, 实施20kv配电网相比10kv配电网设备规模降低约40%, 20kv设备单价约为10kv设备的1.1~1.2倍, 综合计算, 20kv配电网的经济性要明显优于10kv。对项目进行投资估算, 科学合理安排各年份投资, 并进行经济评价, 得出各项经济评价指标。
3.8 规划评估
对规划年内的存在问题解决情况、技术原则落实情况、供电可靠性、线损率及投资效益进行评估, 反应电网规划效果是否能达到预期目标。
4 结论
20kv配电网, 与10kv配电网相比, 在解决土地资源紧张情况及满足高负荷密度区域供电有着突出的优势, 同时, 20kv可以提高供电质量、降低网损、提高配电网运行的经济性。在我国可根据现有20kv配电网运行经验, 扩大20kv配电网范围。由于各地区的经济和社会发展情况差异很大, 电网结构也有所不同, 所以20kv配网建设和推广要根据城市规划发展趋势和电力需求, 并结合区域内负荷增长趋势和现状电网结构等因素综合考虑, 科学编制配电网长期规划, 指导20kv配电网的实施, 是做好20kv配电网必不可缺的部分。
参考文献
[1]马晓东, 姜祥生.苏州电网20kv配电电压的应用与发展[J].电力设备, 2008, 9 (9) :1-5.[1]马晓东, 姜祥生.苏州电网20kv配电电压的应用与发展[J].电力设备, 2008, 9 (9) :1-5.
[2]李子韵, 姜宁.20kv电压等级在南京中压配电网的推广应用[J].电力系统自动化, 2008, 32 (20) :104-107.[2]李子韵, 姜宁.20kv电压等级在南京中压配电网的推广应用[J].电力系统自动化, 2008, 32 (20) :104-107.
[3]黄茜.浅谈10kv配电网络短路电流实用计算及应用[J].Value en-gineering, 2011, 165.[3]黄茜.浅谈10kv配电网络短路电流实用计算及应用[J].Value en-gineering, 2011, 165.
[4]许颖.我国城市配电网技术改造浅析[J].电网技术, 1998, 22 (12) :11-14.[4]许颖.我国城市配电网技术改造浅析[J].电网技术, 1998, 22 (12) :11-14.
20kV智能配电网 篇4
配电网直接向用户提供电能,影响着人们的社会生活和经济发展。就我国电网建设现状而言,现有的配电网资源仍然滞后于日益增长的用电和配电需要,城乡电网建设与改造工程仍然是国家扩大内需的重要领域,配电网项目工程建设还需加强。实现配电网工程预算管理的科学化,有利于提高预算的准确性,节约建设资金,为配电系统的优化打好基础。
20 k V及以下配电网建设工程的特点是:项目数量多、建设规模小、投资额少、建设周期短、建设地点分散、容易受地方规划建设制约、施工中影响和干扰因素多。国内现有的电力行业概预算软件操作复杂、公式定义繁杂、易用性较差,不能覆盖不同类型工程和不同建设阶段的需要(有的是土建部分,有的是变电安装部分),没有针对《20 k V及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》和《20 k V及以下配电网工程预算定额》的配套软件[1]。而且这些软件生成的多口径数据格式不统一,在汇总时需要手工计算,重复计算的部分还需逐一排除,无法实现数据共享,既降低了工作效率,又影响了预算结果的准确性。
1 需求分析
本文依托的预算标准为国家能源局颁布的电力工程定额与造价[2009]23 号文,于2009 年5 月1 日起实施。预算标准包括:建筑工程、电气设备安装工程、架空线路工程、电缆工程、调试工程、通信与自动化工程直接费定额6 册,20 k V及以下配电网工程建设预算编制与计算标准间接费定额1 册,定期更新的设备材料价格信息1 册[2]。
配电网工程概预算的编制依据主要由以下资料组成:
1)设备原价依据和年度价格水平调整系数;
2)定额和价目表;
3)人工费单价和调整系数的依据;
4)计价材料及机械台班费调整系数依据;
5)主要材料价格的取定依据,包括材料市场价、装材价或价差的依据;
6)生活福利工程费用编制依据;
7)建设期贷款利息中建设工期、贷款额及利率的依据;
8)按工程实际需要计列费用的依据[2]。
20 k V及以下配电网工程预算系统的开发必须符合上述预算标准和编制依据。
2 系统设计
2.1 系统规划
1)适用范围:20 k V及以下配电网工程预算系统,致力于提高配电网建设工程造价的编制效率与准确性,适用于20 k V及以下配电网新建、扩建和改造工程的工程投资估算、初步设计概算、施工图预算、工程量清单报价和工程结算预算的编制。
2)使用单位:电力局各级主管部门,电力设计、施工、监理单位,相关行业的造价咨询单位和招标代理机构。
3)数据对接:与物资管理系统数据无缝对接,包括物资类别、物资库存、物资单价等,2 个系统完全一致。预算审批通过后,所需物资可直接从仓库领取,无需在另一个系统中重复录入。物资入库价即为预算物资最新单价。
4)程序设计:系统采用三层B/S模式,管理程序部署在服务器上,后台数据库采用微软SQL Server[3],程序发布环境为.Net Framework 4.0。系统结构如图2 所示。
2.2 模块设计
系统功能模块如图2 所示。
1)预算管理。增加、删除、修改配电网工程预算项目,查看、汇总、打印预算报表;填写材料、安装、定额、补充设备和材料、其他费用后,按照配电站工程、架空线路工程、电缆线路工程、通信与调度自动化、其他费用等,产生明细和汇总。
2)物资定额集合配比管理。该模块根据工程实际,将内部紧密相关、外部相对独立的物资或工作封装成一个集合。填写预算时,填写集合数量即可自动附加相关物资和定额,这种关联不仅大大减轻了工作负担(常用集合每个涉及的物资和定额多达20~30 项),而且有效减少了漏选、错选的情况。
3)预算定额管理。增加、删除、修改配电网工程预算定额。
4)物资管理。增加、删除、修改物资信息,物资品名与物资管理系统同源,预算时的物资单价采用物资最近入库单价。
2.3 数据库设计
配电网工程预算系统的基本表包括物资品名表、预算定额表、物资定额集合配比表、预算表、用户表以及项目单位表等。基本表及其字段之间的关系应尽量满足第三范式,但满足第三范式的数据库设计往往并不是最好的设计方案。为了提高数据库的运行效率,配电网工程预算系统降低了范式标准,适当增加了冗余,达到以空间换时间的目的。
基本表的字段设计应充分考虑用户视图的需要。视图依赖数据源的实表而存在,为了进行复杂处理、提高运算速度和节省存储空间,视图的定义深度不超过3 层。
3 系统实现
3.1 对系统的要求
电力配电网工程概预算是一项非常细致而又复杂的工作,具有以下特点。
1)横向数据关联较多。在预算中数据的关联运算非常繁琐,一个数据的计算通常需要调用其他相关数据,而这些相关数据往往又要调用另外一些基础数据。
2)纵向递进式计算复杂。统计或计算数据时,之前的结果就是后面的基数,从定额取费到总预算生成,层层递进、深入。
3)定额变化快。定额国标每隔几年就会变化一次,具体工程项目概预算所采用的标准要求也不一样[4]。
系统实现时,必须体现和适应电力配电网工程概预算的特点。
3.2 系统实现原则
整个配电网工程预算系统的实现应遵循实用性、可靠性与稳定性、标准化和开放性等原则[5]。
1)实用性。配电网工程预算系统应贴近用户需求与习惯,做到功能强大、操作方便、界面美观。在充分考虑实用性的基础上,逐步向人性化、智能化过渡。
2)可靠性与稳定性。从系统结构、软硬件平台、技术措施等方面综合考虑,保证数据处理的正确性以及稳定性,网络环境下的多用户并发操作要具有较快的响应速度。
3)标准化和开放性。本文开发的配电网工程预算系统适用于20 k V及以下配电网工程预算,系统默认采用国能电力2009 年定额标准,也可以根据各地方的工料价格进行转换。系统结构、功能模块、算法逻辑、预算项目与其他行业工程相比具有相似性,只要改变定额和取费标准即可移植到其他行业,作为其他行业的工程概预算系统模块,这大大增强了系统的适应性和可推广性。
3.3 典型模块
在浏览器中输入配电网工程预算系统网址,在登录页输入用户名和密码,系统核对无误后根据用户角色分配相应的功能菜单。用户功能菜单如图3所示。
3.3.1 预算管理
管理工程预算的完整流程如下:
1)增加新工程预算,在添加工程页面填写工程的基本属性;
2)添加新工程成功,进入该工程操作栏的“预算”链接页面,在物资定额集合输入框录入集合明细(见图4),录入后预算明细会自动提取各类定额、设备和材料,如果需要额外补充,则进行步骤3)~5)操作;
3)点击工程操作栏的“安装”链接,录入需要额外补充的安装定额;
4)点击工程操作栏的“建筑”链接,录入需要额外补充的建筑定额;
5)点击工程操作栏的“补充设备和材料”链接,录入需要额外补充的设备和材料;
6)点击工程操作栏的“其他”链接,录入附加预算和其他预算,第一次录入工程时需要填写各种费率,后继工程的费率自动从最后一次工程预算中继承;
7)点击工程操作栏的“旧料”链接,录入旧料回收表明细。
以上步骤完成后,点击该工程视图栏的“工程”链接,即可打印工程明细;点击该工程视图栏的“材料”链接,即可打印工程所使用的设备和材料明细。
3.3.2 物资定额集合配比管理
以选取10 m电杆为例,需同时配给电杆、抱箍、横担、导线支架、绝缘子等物资,以及配给线路复测、电杆坑挖方及回填、电杆组立、横担安装等工作定额(见图5)。系统初始化时已内置了物资定额集合对应的物资和定额,只有当配比发生变化时才需要进行增加、修改或删除操作。
增加物资定额集合配比的完整流程如下:
1)增加配比名称,点击“添加记录”按钮,弹出添加配比页面;
2)添加新配比成功,点击该配比操作栏的修改配比物资链接,录入关联物资(见图6);
3)点击该配比操作栏的修改配比定额链接,录入关联定额(见图7)。
3.3.3 预算定额管理
配电网工程预算系统交付时已内置国家能源局2009 版预算定额标准,只有当定额发生变化时才需要进行增加、修改或删除操作。
3.3.4 物资管理
配电网工程预算系统交付时已与物资管理系统的物资品名对接,只有当预算物资发生变化时才需要进行增加、修改或删除操作。物资入库价即为预算物资最新单价。
4 结语
20kV智能配电网 篇5
桐乡公司针对20kV配电网鸟类活动特点, 积极开展相关课题研究攻关工作, 结合自身电网运行实际情况, 提出了不少解决方案并加以实施, 取得了一定的成效, 但还有部分突出矛盾如线路跳闸率较高、单相接地易过渡为相间故障、母线电压沉降等等亟待解决。
1 问题提出
随着近年来桐乡市范围内农村土地平整和箱子田改造以及乡村集聚的实施, 大量原有的树木遭到破坏, 加上桐乡市全部为平原地区, 没有山林, 每年1—4月份鸟类繁殖期, 在配电线路电杆上做巢的现象逐年增加。
桐乡公司开展电压序列优化工程后20kV线路逐年增加, 由于20kV系统采用小电阻接地系统, 线路增加了零序保护, 单相接地直接作用于跳闸。桐乡公司在电压序列优化工程开展初期, 为了顺应省公司“最大可能利用原有资产”的原则, 对原有裸导线进行利旧, 新建的20kV线路也大部分采用裸导线, 绝缘化水平不高, 故喜鹊在配电线路上做巢极易引起线路零序保护动作, 甚至导致相间过流保护动作, 特别是阴雨天气, 如裸导线上的鸟巢不及时清理, 基本上均会引起线路跳闸。
部分已经使用绝缘导线的线路, 其耐张搭头处、开关搭接处、避雷器搭头处、支出杆搭头和令克搭头处也为裸露部位, 搭设鸟巢甚至是少许柴禾也极易引起线路跳闸。
2011—2013年鸟害跳闸杆型统计如图1所示。
2 问题分析
2.1 开关杆鸟害分析
(1) 开关杆杆型复杂, 喜鹊比较喜好在较复杂的杆型上做巢。 (2) 开关杆的引线搭接处、接线桩头处、避雷器、压变的桩头处均为裸露部分, 安装时要求引线采用绝缘导线, 但搭接处绝缘包覆不到位, 线夹均裸露在外。 (3) 开关上面做巢后很难进行拆除, 拆除不慎极易引起线路跳闸, 往往需安排停电拆除。 (4) 由于开关引线多, 原有防鸟设施不到位, 且较难采取新的有效的防鸟设施。
2.2 直线杆鸟害分析
(1) 直线杆双横担线路比较容易搭设鸟巢。 (2) 直线杆鸟巢较容易进行带电拆除, 但需在下雨前全部拆除。 (3) 原有绝缘护具在晴好天气且鸟巢较小时能一定程度上起到防护作用, 但在阴雨天气下很难起到效果。
2.3 支出杆鸟害分析
(1) 支出杆杆型均为双横担且装置较复杂, 容易搭设鸟巢。 (2) 支出杆导线搭头处、令克上下桩头处为裸露部分, 搭设鸟巢容易引起跳闸。 (3) 支出杆鸟巢较开关杆容易拆除, 但需避免拆除时柴禾接触令克带电部位。 (4) 支出杆引线要求采用绝缘导线, 但前期施工的部分线路仍使用裸导线。
2.4 耐张杆鸟害分析
(1) 耐张杆均为双横担, 较容易搭设鸟巢, 但拆除鸟巢相对较容易。 (2) 耐张杆要求引流线全部采用绝缘导线, 且搭接在耐张瓷瓶串外侧, 但部分线路仍搭接在瓷瓶内侧。
3 解决方案
3.1 开关杆型
已采取的措施: (1) 非绝缘导线线路的引流线要求采用绝缘导线。 (2) 横担上安装防鸟风车。 (3) 开关、避雷器、压变桩头安装绝缘护具。 (4) 对少量线路试点采用3M涂料和胶带进行绝缘涂覆。
实施效果: (1) 防鸟风车主要是占据搭设鸟巢的位置, 从而减少搭设鸟巢的数量, 但喜鹊对该设备适应性较强, 一定时间后会适应, 部分已安装防鸟风车的地方仍有搭设鸟巢的现象。 (2) 绝缘护具在晴好天气下能起到一定效果, 但阴雨天气下效果不理想。 (3) 绝缘涂覆对施工工艺要求高, 杆上作业进行涂覆施工效果会降低。
建议采取的措施: (1) 对开关杆装置进行优化, 避雷器不安装在开关本体上, 采用单横担安装在开关下面, 取消压变 (考虑配网自动化停止实施) 。 (2) 对开关、避雷器桩头进行绝缘涂覆, 建议落实几个人进行专人培训、专人施工、专人验收, 确保施工工艺过关, 验收到位, 绝缘涂覆后再安装绝缘护具。 (3) 对开关、避雷器桩头采用热缩材料进行包覆, 包覆后再安装绝缘护具。
3.3 直线杆型
已采取的措施: (1) 横担上安装防鸟风车。 (2) 裸导线上安装绝缘护具。
实施效果: (1) 防鸟风车主要是占据搭设鸟巢的位置, 从而减少搭设鸟巢的数量, 但喜鹊对该设备适应性较强, 一定时间后会适应, 部分已安装防鸟风车的地方仍有搭设鸟巢的现象。 (2) 绝缘护具在晴好天气下能起到一定效果, 但阴雨天气下效果不理想。
建议采取的措施: (1) 最好的办法是将裸导线更换为绝缘导线, 以彻底解决直线杆的鸟害问题。 (2) 考虑到绝缘化改造也需要一定时间, 在改造前, 需对绝缘护具进行升级, 增加绝缘护具的爬电距离。 (3) 建议试用3M新型材料进行绝缘包覆后再安装绝缘护具。
3.3 支出杆型
已采取的措施: (1) 横担上安装防鸟风车。 (2) 裸导线上安装绝缘护具。 (3) 令克上安装防鸟护具。
实施效果: (1) 防鸟风车主要是占据搭设鸟巢的位置, 从而减少搭设鸟巢的数量, 但喜鹊对该设备适应性较强, 一定时间后会适应, 部分已安装防鸟风车的地方仍有搭设鸟巢的现象。 (2) 绝缘护具在晴好天气下能起到一定效果, 但阴雨天气下效果不理想。 (3) 令克护具由于令克结构不规则, 加上护具爬电距离不足, 效果不理想。
建议采取的措施: (1) 对令克护具进行一定的改进, 增加爬电距离。 (2) 安装令克的横担加长, 增加线间距离。
3.4 耐张杆型
已采取的措施: (1) 横担上安装防鸟风车。 (2) 引流线全部采用绝缘导线, 且搭接在耐张瓷瓶串外侧, 并安装并沟线夹绝缘护具。
实施效果: (1) 防鸟风车主要是占据搭设鸟巢的位置, 从而减少搭设鸟巢的数量, 但喜鹊对该设备适应性较强, 一定时间后会适应, 部分已安装防鸟风车的地方仍有搭设鸟巢的现象。 (2) 引流线搭接在瓷瓶外侧后, 裸露带电部位离横担较远, 横担上搭设的鸟巢只要不过大, 基本不会引起跳闸。
建议采取的措施: (1) 在施工中确保落实以上措施, 单回路耐张杆基本能解决问题。 (2) 双回路耐张杆尽量采用钢管杆并加长横担, 跳线采用下挂式, 避免出现砼杆多层横担的耐张杆型。
4 其他措施
(1) 防鸟栖息装置主要能避免喜鹊在横担上停留, 对春季防止喜鹊做巢作用不大, 但对夏季防鸟栖息效果较好。 (2) 今后变电所新建与改造, 使用高阻抗变压器抑制电压沉降, 对原有的几台低阻抗变压器安排改造或更换, 避免其影响范围进一步扩大。 (3) 进一步扩大灵活接地装置的使用范围, 减少瞬时故障跳闸。 (4) 人防方面要进一步积累这几年来的防鸟经验, 特别要重视雨前和雨停后这两个关键时间节点, 并通过以上措施的落实, 特别是绝缘化改造措施的落实, 完成占配网线路80%以上的直线杆的防鸟工作, 把有限的人防力量集中到占配网线路20%的其他重要杆型的防鸟上来。
5 结语
20kV配电线路的防鸟工作是一项长期而艰苦的工作, 与配网线路防雷一样, 没有一种措施能彻底解决鸟害问题, 鸟类的繁殖也是生态环境的正常现象, 如果能落实以上措施和今后进一步探索的其他新的防鸟措施, 既不破坏生态平衡, 又能大幅降低20kV线路的鸟害跳闸次数, 这才是桐乡公司真正的目的所在。
参考文献
[1]沈圣炜.20kV配电线路防鸟害技术研究[J].电气应用, 2014 (17) .
20kV智能配电网 篇6
关键词：20kV电压等级,电阻接地方式,电缆,架空线路
目前江苏省电力公司正在积极推广配电网应用20 kV电压等级供电,要求各供电公司在新建供电区域时(如新建的开发区)优先采用20 kV电压等级供电,20 kV供电的配电网接地方式推荐优先采用小电阻接地方式。
镇江10 kV配电网主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式,自上世纪90年代才开始先在用户变电所的厂用供电网络中采用中性点经电阻接地方式。本文对镇江电网中4个用户变电所供电网络中性点经电阻接地方式的实际运行情况进行了研究,用以对20 kV配电网采用小电阻接地方式的设计与运行提供借鉴。
1 中性点经电阻接地方式的分析
因城市景观美化等方面的需要,城市供电的架空线路已逐步被电缆线路所取代,镇江市区10 kV供电系统采用中性点经消弧线圈接地方式,南京在部分市区10 kV供电系统中性点采用了中电阻接地方式,不少城市的配电网也采用了中性点经小电阻接地运行方式。
1.1 中性点经电阻接地方式的优点
电阻是耗能元件,又是电容电荷的释放元件,同时也是系统谐振的阻尼元件,因此中性点经电阻接地运行方式具有如下优点。
1) 可以将弧光接地过电压限制在较低的水平,且从根本上抑制系统谐振过电压,也可以在该系统中使用具有良好伏秒特性和绝缘强度、自恢复能力强的无间隙氧化锌避雷器,进一步降低雷电过电压幅值。由于降低了系统内过电压水平和雷电过电压幅值,可以大大提高系统运行的可靠性和电气设备的运行寿命。
2) 中性点经中值电阻、低值电阻接地方式对电容电流变化的适应范围很大,在电网有较大发展时,其限制各种过电压的作用也基本不变,也不需要改变接地电阻值,只需改变保护定值。利用继电保护可方便地检测出故障线路,隔离故障线路和故障点。
3) 采用中性点经电阻接地运行方式可限制系统中性点电位偏移,有利于降低系统的绝缘水平。
1.2 中性点经电阻接地方式的分类
按电网对限制单相接地故障电流大小的要求不同,中性点经电阻接地方式分为高值电阻接地方式、中值电阻接地方式、低值电阻接地方式,其电阻值与相应单相接地故障电流限值的范围见表1。
2 中性点经电阻接地方式应用实例分析
2.1 应用实例基本情况
本文研究实例为镇江京阳水泥厂的110 kV厂区变电所和110 kV矿区变电所(下称厂区变电所和矿区变电所),联合水泥厂110 kV联合变电所(下称联合变电所),35 kV大桥变电所(下称大桥变电所)的10 kV系统。这4个变电所的基本情况如表2所示。
2.2 各实例厂用供电系统中性点接地电阻
1) 110 kV厂区变电所的1号、2号主变压器低压侧中性点采用5Ω的接地电阻,3号主变压器低压侧中性点采用6 Ω的接地电阻;110 kV矿区变电所主变压器的低压侧中性点采用5 Ω的接地电阻,单相接地电流分别限制在700 A和600 A左右。二者均属于低值电阻接地或小电阻接地方式。其5 Ω的接地电阻的热稳定时间为30 s。
2) 110 kV联合变电所主变压器低压侧中性点采用100Ω的接地电阻,单相接地电流限制在35 A左右,属于中值电阻接地方式。
3) 35 kV大桥变电所在2000年变电所建设之初,10kV侧采用了中性点不接地方式,主要是供润扬大桥的施工用电。2005年5月,大桥启用时,接地方式改为电阻接地方式,并装设了两台接地变压器。接地变压器中性点经15 Ω的接地电阻接地,将10 kV系统单相接地电流限制在400 A左右,属于低值电阻接地或小电阻接地方式。接地电阻的热稳定时间不同,一般为10 s或20 s。
2.3 继电保护配置与整定情况
1) 继电保护配置。
电阻接地系统的继电保护除配置了两段或三段相间保护外,还配置了一段或两段零序电流保护。在供电的线路上有开关站时,开关站出线线路需按上述配置要求配置相间保护和零序电流保护。
2) 零序电流保护电流互感器的配置。
4个变电所电阻接地系统的出线线路上均配置了三相电流互感器,零序电流保护均采用了由三相电流互感器二次电流和的电流构成的3倍零序电流回路来完成零序电流的采集。
3) 零序电流保护的整定。
零序电流元件按最小运行方式下该系统发生单相接地故障时,该保护有足够的灵敏度整定。出线零序电流一段保护灵敏系数klm一般取2～4,时间需考虑线路上配电变压器的励磁涌流的影响,一般取0.3～0.5 s;出线零序电流二段保护klm一般取4～6,时间需考虑多次连续故障的累积效应对接地电阻的影响,一般取0.5～1.5 s;主变压器的零序电流一段保护与出线零序电流一段保护定值配合,klm一般可取1.5～3,主变压器的零序电流二段保护与出线零序电流二段保护定值配合,klm一般取3～5。若出线线路上接有开关站,开关站也有出线线路,则变电所的出线线路零序电流保护和主变压器的零序电流保护的电流定值和时间定值应相应提高。
2.4 电阻接地系统出线线路故障情况
4个变电所的电阻接地系统的出线线路均采用了电缆线路,厂区变电所、联合变电所的出线线路未发生过故障,但开关站出线线路分别发生过两起单相接地故障(原因是电缆终端故障),由开关站出线的零序电流保护切除故障;大桥变电所的电缆线路未发生故障,但在2005年至2006年,由于长江中的世业洲的供电电缆损坏,借用了大桥变电所的间隔进行供电时,曾发生14起故障,故障位置均在架空线路上或配电变压器上。
3 可供20 kV配电网借鉴的经验
总结镇江4个实例变电所的运行经验,可给20 kV配电网建设提供借鉴。
3.1 20 kV配电网中性点接地方式的选择
1) 20 kV配电网若采用电缆线路供电,由于电缆线路故障的几率是比较低的,因此,宜采用电阻接地方式,例如采用小电阻接地方式,这样可降低一次设备的造价和绝缘配合。
2) 20 kV配电网若采用架空线路或电缆和架空线混合线路供电,这种线路故障的几率是比较高的,特别是单相接地引起故障跳闸的几率也是非常高,因此,采用电阻接地方式,会使供电可靠性大大下降。例如:江苏省电力公司在淮安供电公司进行试验的20 kV供电系统中性点经电阻接地,接地电阻采用20 Ω。在出线采用架空线路进行单相接地试验时,出现了导线落在干燥的水泥地面上(经高阻接地时),即使继电保护整定值放在40 A、0.3 s,由于单相接地故障电流小于40 A,无法启动继电保护动作切除故障,最后人工拉开故障线路。因此,采用架空线路或电缆和架空线混合线路供电的20 kV系统宜采用中性点经消弧线圈接地方式或不接地方式。
3.2 变压器联结组别的选择
1) 电阻接地方式的变压器联结组别。
由于20 kV供电的变电所在主变压器低压侧中性点接接地电阻是比较方便且投资小的,所以主变压器的联结组别推荐采用YNynod11联结组别,其中第三绕组为补偿绕组。但镇江电网实际运行变电所的主变压器的联结组别也有采用了Dyn5或YNd11联结组别的,因此,20 kV供电的变电所主变压器的联结组别也可采用了Dyn5或YNd11或其他联结组别,前提是根据各电网的具体情况和要求选择,如考虑系统相互联络等。
2) 非电阻接地方式的变压器联结组别。
采用其他接地方式时,可参照目前运行的变电所主变压器的联结组别,主要考虑20 kV供电系统相互联络时不要有相位差即可。
3.3 电阻接地方式下其他要求与选择
1) 变压器低压侧中性点接地电阻。
推荐20 kV供电的变电所主变压器低压侧中性点接地电阻采用20 Ω,将该系统单相接地电流限制在600 A左右。也可根据各20 kV供电系统不同的要求,限制该系统单相接地电流水平和对人身安全、对通信、对设备绝缘配合的影响等因素,允许选取不同的接地电阻值。
2) 电阻接地系统对出线线路的要求。
由4个实例变电所电阻接地系统实际运行情况可以看出,采用电缆出线的故障的几率是比较低的,电缆和架空线混合线路(架空线供电距离长)的出线,在供电的两个多月中,就发生了10起故障。因此变电所采用20 kV对外供电的系统为电阻接地方式时,出线应尽可能采用电缆线路,而不采用架空线路或电缆和架空线混合线路。
3) 零序电流保护电流互感器的配置。
在4个实例变电所电阻接地系统的出线线路均配置了三相电流互感器,零序电流保护均采用了由三相电流互感器二次电流和的电流构成3倍零序电流回路来完成零序电流的采集。苏州新加波工业园区20 kV供电配电网电阻接地系统的出线线路上零序电流保护电流互感器的配置既有上述的配置,也有采用独立的电流互感器配置,使用情况均良好。
4) 接地变压器使用时的注意事项:
(1) 接地变压器零序电流保护动作跳开接地变压器的断路器时,该系统由电阻接地运行方式变为不接地运行方式,该保护应连跳或由其他保护跳开主变压器低压侧的断路器。当主变压器低压侧装有备用电源自动投入装置时,接地变压器零序电流保护应与主变压器低压备用电源自动投入装置进行配合。
(2) 当变电所电阻接地系统的几条母线由一台主变压器供电时,只能保持一台接地变压器运行,否则,系统单相接地故障时,单相接地电流将大大超过设计值。
4 结语
从镇江电网用户变电所供电系统采用电阻接地方式的运行经验得出,配电网中性点接地方式的选择是在地区配电网建设时必须考虑的问题,通过全面经济技术比较后综合确定。各地采用20 kV供电配电网,也应结合当地的实际,合理地选择20 kV供电配电网中性点接地方式,采用电缆线路供电的20 kV系统宜采用电阻接地方式例如,江苏省苏州新加坡工业园区20 kV配电网,由于采用电缆线路,该系统选用了小电阻接地方式,已运行了10年,效果良好;采用架空线路或电缆和架空线混合线路供电的20 kV系统宜采用消弧线圈接地方式或不接地方式。
参考文献
[1]蒋斌,陈宇峰,李凯.江苏省电力公司20 kV电压等级欧洲调研启示[J].供用电,2008,25(6):1-4.
[2]吴静,曹晖.城市配电网中性点电阻接地方式特点及应用[J].江苏电机工程,2007,26(6):52-55.
[3]李国锋,吴辉.10 kV系统经中值电阻接地分析[J].供用电,2007,24(2):19-20.
[4]李升.对城市配电网中性点接地方式的分析与选择[J].陕西工学院学报,2003,19(1):29-31.
20kV智能配电网 篇7
分布式电源等新型电力技术的发展促进了传统配电网的改革,20 kV电压等级的配电网络具有更大的传输容量,能节约土地资源,减少电网总体投资,具有很好的应用前景。但是这些技术的应用对传统的配电网产生很大的冲击,尤其是分布式电源接入配电网后,给传统的配电网继电保护及自动装置的动作行为带来影响,并产生一定的负作用。新型配电网络的规划需要考虑分布式电源带来的问题,同时也要考虑20 kV配电网的合理设计。
1 分布式电源对电网规划的影响
1.1 分布式电源概述
分布式电源一般是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式,布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。分布式电源主要包括:以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等。
将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行,与大电网互为支撑,是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。分布式发电和集中供电系统的配合应用可以提高供电可靠性及安全稳定性,节约投资,减少环境污染。同时以分布式电源为基础组成的微网,具有非常灵活的运行方式:一是在正常方式下可以并网运行,从而提高分布式电源的利用效率;二是在上级电源线路发生故障的情况下,可以断开微网的并网开关,转为孤岛运行方式,保证负荷不断电;三是在分布式电源检修的情况下,负荷可以完全由大电网供电。微网的这种灵活运行方式有效保证了负荷供电的可靠性,既不受大电网故障的影响,也不受分布式电源退出运行的影响。
1.2 分布式电源对电网规划的影响
1.2.1 分布式电源对负荷预测的影响
负荷预测作为电网规划设计的基础,能否得到准确合理的负荷预测结果,是整个规划成败的关键。通常负荷预测是根据各城市负荷预测的条件和各电压等级的实际需要,综合选用适用的预测方法,并互相校核、补充。但是,随着分布式电源的接入,配电网的负荷增长部分地被分布式电源接入抵消,使得实际配电网的负荷变得不确定,从而给电网规划增加了难度[1]。因此,在规划过程中,需计及分布式电源对电网负荷增长的影响,做到精确预测负荷。
分布式电源接入配电网后,承担了原本由公共电网供电的部分负荷,减少了整个配电网从公共电源取得的电能,从而减少了配电网发展中对公共电网一次设备的容量要求。分布式电源的出力也受到其类型的约束,有些分布式电源仅仅只是作为备用电源使用,这类电源并没有削弱负荷增长。只有长期并网运行的分布式电源才能起到削弱负荷增长的作用,对于这类电源在规划当中应予以考虑。
含分布式电源的新型配电网的负荷预测方法,可以按以下2个步骤计算:
(1)按传统配电网规划中的负荷预测方法,统计配电网内的总体负荷。
(2)计算分布式电源的削减负荷,可以采用2种方法来近似计算:1)分布式电源的总容量乘以利用系数。备用型分布式电源的利用系数为零,其他的分布式电源根据其使用状况来确定;2)年或者月平均使用率乘以分布式电源的总容量。
1.2.2 合理选择分布式电源的类型
分布式电源主要包括太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等。但是这些清洁能源的发电量受到自然条件的限制,输送电能的波动性较大,从而对电网产生了很大的影响。因此,在规划过程中需结合当地电网的发展特点及本地的自然资源,合理选取分布式电源的类型。
1.2.3 合理选择分布式电源的安装容量、接入方式及接入点
分布式电源接入配电网以后,对电网损耗会产生较大的影响,合理安排分布式电源可以减少网络损耗、提高电能质量。除此以外,分布式电源的容量与接入配电网的位置也会影响配电网内保护的动作行为[2]。因此,在规划过程中,需要合理选择分布式电源的容量和安装位置。
传统的配电网主要采用三段式过流保护,该类型保护的灵敏性受系统运行方式的影响较大,而分布式电源具有灵活的运行方式,并且不同的接入方式对配电网原有的保护影响不同。分布式电源主要采用2种方式并网:直接并网和通过电力电子接口并网。采用直接并网方式的分布式电源通常是输出同步频率的电源,如小型水力发电机、内燃机等;采用电力电子接口并网方式的分布式电源主要有以下2类:1)输出电压为直流。如燃料电池、储能设备,该类型的电源必须通过逆变器与交流电网连接;2)异步发电机。这类发电机输出的频率不是同步频率,该类型的电源需要通过背靠背的电力电子接口设备并网。
同步并网的分布式电源在外部系统发生故障时,提供的短路电流通常是它额定电流的5～10倍。因此,这类电源对传统配电网保护的影响较大。对于大容量的同步式电源,可以采用限流电抗器等措施来减少其对故障电流的影响。采用电力电子设备并网方式的分布式电源在外部系统发生故障时,提供的短路电流通常在它额定电流的2倍以内,并且因为电力电子设备调节速度很快,使得流过该设备的故障电流衰减很快。因此,这类电源对传统配电网保护的影响相对较小。
1.2.4 需综合考虑电压调整问题
在传统的配电网中,变电站母线电压是配电网电压最高点,因此只需在变电站母线处控制中枢点的电压,使其在合格的范围内。在含分布式电源的配电网中,由于用户侧电压可能不再是系统电压的最低点,因此中枢点电压控制方式已不能满足含分布式电源的配电网调压需求。为保证用户电压在合格范围内,必须系统地考虑整个配电网的电压调整。
合理的控制无功潮流是配电网电压调整最有效的措施之一,在分布式电源接入点适当安排无功补偿设备,做到无功功率就地平衡,不增加中枢点调压设备的负担。对于无功调节方便的分布式电源,如双馈型风力发电机、具有励磁调节能力的同步电机等电源,应合理安排运行方式,制定相应的无功输出控制策略。配电网的调压方式应当首先采用区域性自动电压调整方式,并且增加分布式电源接入点的电压测量点。
1.2.5 需考虑的其他因素
分布式电源的接入改变了传统电力市场的供求关系,买卖双方不再是简单的电力公司与用户的关系,还涉及到了分布式电源的运行商。电能计量及电价计算也是配电网规划中一个新的课题。除此以外,在实际操作当中可能出现的问题也都应在规划过程中予以考虑。
2 20 kV电压等级对传统配电网的影响
随着我国经济的发展,部分地区10 kV配电网络已不能满足日益提高的负荷密度的要求。为解决电网发展与负荷快速发展的矛盾,提高配电网的供电能力和适应性,世界各国均采用提高配电网电压等级的方法,并在实践中取得了很好的效果。20 kV电压等级相对于10 kV电压等级具有如下优点[3,4,5]:
(1)提高供电能力。如果采用截面相同的导线,在输送相同的功率、保证电压质量的条件下,输送的距离增加1倍,即供电半径为原来的2倍,供电范围(面积)是原来的4倍。如果采用相同截面的导线,在供电半径相同的条件下,输送功率为原来的2倍。
(2)改善电压质量。电压损失△U=(PR+QX)/U,△U与线路电压U成反比。在输送相同功率的条件下,采用20 kV电压等级比10 kV电压等级的电压损失降低50%。
(3)降低电网损耗。如将中压配电网电压由10kV升为20 kV,在输送相同功率的条件下,线路电流减少50%,则线路电能损耗可降低75%。
(4)节省建设费用。在额定电流与短路电流分别相同的条件下,采用20 kV电压等级比10 kV电压等级可扩大变电站的容量1倍,在同一地区可使降压变电站的设置数量减少一半,从而减少投资成本。
3 含分布式电源的20 kV电网规划的流程
结合新型配电网的特点,对含分布式电源的20 kV电网规划的主要流程可以通过图1来实现。
第一阶段:城网现状调查与分析。通过对电网现状的调查,分析城市的功能定位、社会经济发展情况、城网的布局以及负荷分布的现状,找到现在电网存在的问题。
第二阶段:电网规划。首先进行负荷预测,采用2～3种方法对总量、分区和空间负荷进行预测,选定1个方案作为城网规划设计的基础。然后通过电力(电量)平衡,进行电网规划,选择含20 kV电压层级序列,规划供电网络和配电网络,规划分布式电源的类型、容量、接入位置。
第三阶段:确定最终规划方案。
4 含分布式电源的20 kV电网规划实例
广州知识城是新加坡在中国投资建设的经济园区,它以“共生、和谐、节约、低碳”为其环境愿景和发展目标,以建设一个真正的生态城市为目标,尽量节约资源,采用绿色环保的生产、生活方式。针对这样的规划目标,知识城的电力规划采用不同于传统的规划理念。
4.1 现状调查
通过对广州知识城电网现状资料的分析,可知该片区电网存在供电电源不足、电网规模小、结构薄弱、部分架空线路影响土地利用和景观效果、调度自动化水平不高等问题。
4.2 负荷预测
(1)不考虑分布式电源影响
根据知识城用地现状与规划资料,采用负荷密度预测法,取同时系数0.7、功率因数0.9,得到规划期内知识城用电负荷,如表1所示。
知识城负荷密度达到28.9 MW/km2,属于高负荷密度地区,因此中压配电网采用20 kV电压等级。为方便与周围成熟110 kV电网的互联,并减少对220kV深入负荷中心的技术要求,本规划采用220/110/20/0.4 kV电压层级序列。
(2)考虑分布式电源的影响
由于知识城采用的分布式电源以微型汽轮机为备用电源,其对配电网负荷增长的影响很小。
4.3 一次设备需求分析
通过对知识城的220 kV及110 kV变电站需求量分析,知识城近期需220 kV变电站1座,中期需220 kV变电站2座,远期需220 kV变电站4座;而近期需110 kV变电站2座,中期需110 kV变电站5座,远期需110 kV变电站11座。20 kV开关站需求量如表2所示。
20/0.4 kV配电变压器的容量主要在30～1 600 kVA之间,根据合理布点的原则,公用配电变压器的容量不应过大,宜选择1 250 kVA配电变压器。
4.4 分布式电源的选择
知识城地处内陆且土地平整,风力资源有限;但知识城地处纬度较低,常年太阳照射天数多,具有充足的太阳能资源。结合知识城的特点,在知识城采用小型太阳能发电为主,以微型燃气轮机为辅的分布式发电系统,组成楼宇式微型供电网络,具有以下优点:1)能充分利用清洁资源,利用太阳能输出的电能,可以满足建筑物内日常工作照明的需求;2)微型燃气轮机燃烧产生的热能主要用于发电,发电后排出的高温烟气进入余热利用装置进行制冷,可以满足建筑物内降温需求,极大地提高了能源的利用效率;3)太阳能与燃气轮机相结合的分布式发电方式,既提高了负荷的供电可靠性,又节约了能源。
5 结论
结合广州知识城的电网规划,介绍了分布式电源、20 kV电压等级等新兴电力技术在规划中的应用。分析指出分布式电源对配电网的负荷增长起到削弱的作用,在新的配电网规划中需要考虑它对负荷预测的影响;另外,分布式电源的类型、安装位置以及对配电网电压调整的影响也是规划时重点考虑的问题。
摘要：20 kV电压等级的配电网具有传输容量大、网络损耗小、节约投资等优点。分析了分布式电源对配电网规划的影响,提出了含分布式电源的20 kV配电网的规划流程,并以广州知识城的规划为例,探讨了新型配电网的规划方法。
关键词：分布式电源,20kV配电网,规划,微网
参考文献
[1]王敏,丁明.含分布式电源的配电系统规划[J].电力系统及其自动化学报,2004,16(6):5-9.
[2]JAMES A,HAMED B F,KAREN L B.Impact of Distributed Generation on the IEEE 34 Node Radial Test Feeder with Over Current Protection[C].Las Cruces:39th North American Power Symposium,2007.
[3]周小琳.10 kV配电网络和20 kV配电网络经济分析[J].电力技术,2008,(2),30-32.
[4]李子韵,姜宁.20 kV电压等级在南京中压配电网的推广应用[J].电力系统自动化,2008,32(20):104-107.
[5]毕波.20 kV供电条件下城镇电网的规划[J].电工技术, 2008,(7):22-23.
[6]赵国祥.20 kV电压等级在中压配电网中的应用[J].华电技术,2009,31(4):32-35.
20kV智能配电网 篇8
目前, 山东省城市供电主要采用220kV、110kV、35kV、10kV、0.4kV电压等级, 随着山东省经济的快速发展, 用电负荷快速增长, 10kV配网供电的局限性越来越突出, 因此提高配网的供电能力尤为重要。
2 10kV配网运行的局限性
2.1 负荷集中区域所需的变电站数量较多
随着负荷集中区域供电需求和负荷密度的快速增长, 35/10kV变电站容量和10kV线路配电容量有限, 造成负荷集中区域的变电站和10kV线路供电能力不足, 因此需要改造或者扩建变电站。但征地民事工作成为了新的问题, 地区供电能力不能快速提高, 制约了地方经济的发展。
2.2 配电线路数目巨大
受10kV线路供电能力制约, 负荷集中区域需要建设10kV线路数量较多, 随之设备数量增多, 投资巨大, 且线路走廊较多、占地面积大、配网结构复杂、运行和管理困难、线路损耗增多等问题突出。
2.3 配网损耗过高
根据公式和ΔP=3I2R可以得出, 随着负荷电流的迅速增加有功损耗呈快速增加态势。
2.4 配电线路较长, 电压降低较多
随着城乡结合部用电负荷不断增大和用户对供电质量的要求越来越高, 10kV线路逐渐暴露出其不合理性。由于大量10kV架空线路供电半径较长, 线路末端电压偏低, 供电电压质量难以保障。
3 20kV配网试点的可行性分析
随着山东省经济社会的快速发展, 采用220/110/20/0.4kV变压层次供电将可在以下几个方面有效解决上述矛盾:
(1) 110/20kV变压器容量更大, 可以减少变电站数量, 从而大量减少用地, 为国家节省土地资源;
(2) 20kV线路的配电容量是10kV线路的2倍, 可以减少配电线路数量, 从而减少设备投资、线路走廊用地、运行成本等;
(3) 在输送容量相同时, 20kV线路比10kV线路负载电流小, 电压降低少、损耗低, 可提高供电质量、提高配网效益。
4 20kV与10kV供电能力的比较
4.1 配电容量的比较
衡量一条线路供电能力的首要指标是线路配电容量的大小, 配电容量越大线路所能带的负荷就越高, 就能尽可能多地满足电力用户的需求。配电容量的数值可以通过以下公式计算:
式中, UN为额定电压;Ij为线路导线的持续载流量。
当采用20kV电压等级配电时, 假设导线直径不变, 则20kV与10kV的配电容量之比为:
由上式可知, 相同条件下20kV线路配出的容量是10kV线路的2倍, 具有明显的优势。
4.2 配网电压损失的比较
配电线路一般都比较长, 这样就会造成线路末端电压降低, 电压质量难以保证, 下面比较20kV线路与10kV线路电压损失。
电压损失百分数 (%) 为:
式中, R、X为线路的参数;P、Q为线路的有功、无功功率。
20kV与10kV电压损失比为:
式中, S10为10kV线路配出容量;S20为20kV线路配出容量;cosφ1为10kV线路功率因数;cosφ2为20kV线路功率因数。
现代电网的配电线路功率因数都能达到0.9以上, 所以功率因数cosφ1≈cosφ2, 因此20kV与10kV电压损失比近似为:
在负荷不变的情况下:
在负荷升高一倍时:
由以上分析可知, 在供电半径和导线线径相同的条件下, 负荷相同时, 20kV配电线路电压损失是10kV线路的1/4;负荷升高一倍时, 20kV配电线路电压损失是10kV线路的1/2。
4.3 中压配电网供电半径的比较
正是因为中压配电线路存在电压损失, 所以配电线路的长度不能超出其合理的供电范围, 否则就会影响用户的电压质量, 这一点由以下公式可以看出:
式中, P、Q为配电线路输送的有功、无功功率;r、x为配电线路单位长度的电阻和电抗值。
由上式可得供电半径:
通过计算可得出如图1所示负荷半径与负荷密度关系图。
由图和计算可知, 20kV电压等级配电网, 一个变电站的供电面积为1 600km2;而10kV电压等级配电网, 一个变电站的供电覆盖面积仅为400km2。
4.4 降损比较
近年来, 国家提倡节能降耗政策, 降低线路功率损耗不但关系着企业的发展, 也有利于促进社会的发展。下面比较20kV配电线路与10kV线路的功率损耗。
由ΔP=3I2R可推导出, 则:
由以上分析可以知道, 20kV线路损耗是10kV线路的1/4, 线路损耗大约降低75%。在环境条件及线路导线持续载流量相同的情况下, 20kV线路配出的容量是10kV线路的2倍;在供电半径和导线线径相同的条件下, 负荷相同时, 20kV配电线路电压损失是10kV线路的1/4;负荷升高一倍时, 20kV配电线路电压损失是10kV线路的1/2。
5结语
配电网采用20kV电压, 能够满足城市电网发展及负荷增长的需求, 具有一定的必要性, 其在提高中压配电网的供电质量、降低线路的电压损失和损耗、增大供电半径等方面具有明显优势。但20kV配电电压等级的推广会影响到整个地区配网的运行、维护, 所以推广前应认真调查、全面规划, 让技术先进、经济合理的20kV配网在不影响社会发展的前提下发挥其内在优势。
参考文献
[1]马苏龙.20kV电压等级在配电网中的应用[J].电网技术, 2008, 32 (19) .
[2]姜祥生.苏州工业园区20kV配电工程[J].电网技术, 1997, 21 (2) .
[3]孙科.宁波市东部新城采用20kV配电电压的探讨[J].浙江电力, 2007, 26 (5) .