電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計：主網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計和配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，里面內(nèi)容非常多，設(shè)計電力系統(tǒng)的方方面面，大致分為以下幾個部分，僅談一次部分。

一、主網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

1）網(wǎng)架和方案

網(wǎng)架和方案是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的核心。電網(wǎng)經(jīng)過簡化分析可分為9種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

容量有余額的系統(tǒng)與互聯(lián)系統(tǒng)中更大容量的部分相聯(lián)接

對于此種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免功角穩(wěn)定事故的發(fā)生。其引起的原因是，重負(fù)荷聯(lián)絡(luò)線故障跳開，引起其它聯(lián)絡(luò)線過載，送端功率輸出受阻，導(dǎo)致送端系統(tǒng)頻率升高，而受端如果調(diào)節(jié)容量足夠大，則頻率降低可能相對不大，但會造成聯(lián)絡(luò)線兩端發(fā)電機(jī)群的功角和功率的振蕩，嚴(yán)重時會引起穩(wěn)定破壞。

為了防止穩(wěn)定事故的發(fā)生，在受端應(yīng)采取切負(fù)荷的措施，在送端采取切機(jī)或減少發(fā)電功率，或采取聯(lián)絡(luò)線解列的策略，將部分電源解列到受端，或?qū)⒉糠质芏素?fù)荷解列到送端，以平息振蕩。

互聯(lián)系統(tǒng)中具有功率缺額的部分從大容量部分獲得功率

此種結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的事故發(fā)生。

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(tǒng)與送端系統(tǒng)功角穩(wěn)定失步。也可能會在受端系統(tǒng)由于無功功率的嚴(yán)重缺額造成受端電網(wǎng)電壓崩潰。此時，應(yīng)迅速切斷聯(lián)絡(luò)線，并在受端電網(wǎng)中切除不重要的負(fù)荷。因此，須加裝低頻減負(fù)荷、低壓減負(fù)荷裝置，在條件許可時，加裝發(fā)電機(jī)組自起動裝置。

兩個功率相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)經(jīng)較強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線相連接

此種結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定運行水平高，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強(qiáng)的特點，不容易發(fā)生穩(wěn)定破壞事故。但在嚴(yán)重的聯(lián)鎖故障中，可能會發(fā)生聯(lián)絡(luò)線過載或功角失步。此種情況應(yīng)采取發(fā)電機(jī)減出力和切除一定的負(fù)荷等策略。

互聯(lián)系統(tǒng)的兩部分由弱聯(lián)絡(luò)線連接

此種結(jié)構(gòu)一般在互聯(lián)系統(tǒng)的初期。該種結(jié)構(gòu)容易發(fā)生動態(tài)穩(wěn)定性失步。即造成系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼或弱阻尼。發(fā)生長過程的振蕩不衰減和發(fā)散。

這種情況，應(yīng)盡快加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建設(shè)，減少聯(lián)絡(luò)線的阻抗，加裝提高系統(tǒng)正阻尼的自動裝置，如PSS，并輔以切機(jī)切負(fù)荷措施，減少聯(lián)絡(luò)線輸送功率。

更復(fù)雜的三機(jī)接線

此種結(jié)構(gòu)的運行特點是系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線之間具有相互影響，當(dāng)一條重載聯(lián)絡(luò)線因故障斷開，可能導(dǎo)致另一條聯(lián)絡(luò)線運行方式的危險變化。

此種情況應(yīng)采取防止一條聯(lián)絡(luò)線斷開后造成連鎖反應(yīng)使系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)大的策略。

鏈形接線

此種接線結(jié)構(gòu)，一般情況下，一部分聯(lián)絡(luò)線總是向一個方向送電，其它聯(lián)絡(luò)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(nèi)，連接在一起的一些電力系統(tǒng)有時是缺少功率的，有時又是功率有余的。

因此，可能的事故破壞程度，以及事故過程中聯(lián)絡(luò)線的相互作用，也會相應(yīng)的變化。其特點是：系統(tǒng)的運行方式對故障時聯(lián)絡(luò)線的影響很大，可能會發(fā)生功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定問題，也可能會發(fā)生由于接線中的個別環(huán)節(jié)危險過載，使事故擴(kuò)大。

放射性型結(jié)構(gòu)

在此種結(jié)構(gòu)中，中心系統(tǒng)常比其它系統(tǒng)容量大的多（調(diào)節(jié)能力強(qiáng)），中心系統(tǒng)可以外送功率，也可以接收功率。當(dāng)功率缺額時，它能切除部分負(fù)荷，而在功率余額時，又能降低發(fā)電功率，可保證任一放射型聯(lián)絡(luò)線上不發(fā)生過負(fù)荷。如果子系統(tǒng)與主系統(tǒng)失步，可解列聯(lián)絡(luò)線，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。此種接線不容易發(fā)生大面積停電事故。

環(huán)形接線

此種接線的特點是運行方式的多樣性。任一環(huán)節(jié)斷開，不僅會引起環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)輸送功率的大小變化，而且其方向也變化。整個環(huán)網(wǎng)的總運行方式由它的“危險斷面”所決定，會導(dǎo)致另一斷面的功率危險增大。因此，該種接線結(jié)構(gòu)已逐漸被淘汰。必要時，加裝備自投裝置。

多回路系統(tǒng)

此種接線結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)最終的較為理想的結(jié)構(gòu)方式。該結(jié)構(gòu)可以在多種故障下，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

上面所說的網(wǎng)架認(rèn)識，是制定電力系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)。

實際工程中方案的指定，既要考慮技術(shù)性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)性，無非就是工程滿足負(fù)荷需求，電氣計算都要滿足條件，具有一定的遠(yuǎn)景適應(yīng)性，更高的要求就是網(wǎng)架美觀；經(jīng)濟(jì)性，就是投資費用盡可能低。

綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性，然后得出推薦方案。

電網(wǎng)縱向結(jié)構(gòu)的考慮

就是電網(wǎng)500kV-220kV-110kV-10kV各個層次的強(qiáng)弱關(guān)系。

一般原則是：最高電壓等級電網(wǎng)要堅強(qiáng)；次一級電網(wǎng)對上級電網(wǎng)有一定的支撐能力；接近于用戶的中壓配電網(wǎng)要堅強(qiáng)。

巴黎電網(wǎng)，理想的強(qiáng)-弱-強(qiáng)電網(wǎng)。

東京電網(wǎng)，電源布局和負(fù)荷分布特點決定了東京電網(wǎng)存在較大的潮流輸送。

北京電網(wǎng)，霸氣的強(qiáng)-強(qiáng)-強(qiáng)-強(qiáng)電網(wǎng)，500千伏為雙環(huán)網(wǎng)，220千伏、110千伏以雙回鏈?zhǔn)綖橹鳎?0千伏目標(biāo)是網(wǎng)格化。

上海電網(wǎng)，強(qiáng)-次強(qiáng)-次強(qiáng)-強(qiáng)電網(wǎng)，500千伏以雙環(huán)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)為樞紐、終端站模式，盡可能減少中間站。

廈門電網(wǎng)，目標(biāo)電網(wǎng)為強(qiáng)-弱-強(qiáng)結(jié)構(gòu)，220千伏為多回饋供，弱化110千伏，10千伏實現(xiàn)網(wǎng)格化。

武漢漢口電網(wǎng)，主城區(qū)現(xiàn)況的強(qiáng)-弱-強(qiáng)-次強(qiáng)電網(wǎng)，外部電源是500千伏雙環(huán)網(wǎng)和220千伏主力電廠，220千伏為雙回饋供，110千伏為雙回鏈?zhǔn)剑?0千伏目標(biāo)是網(wǎng)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，依賴于經(jīng)驗，有一部分是計算機(jī)的軟件計算，比如PSSE,BPA，EMTP這些。

關(guān)于手算

首先要熟悉各種電力系統(tǒng)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(yè)基礎(chǔ)的東西。

然后就要熟悉每個方案，就是這個變電站規(guī)模怎么選，這個線路怎么連，這個電廠怎么建的方案，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(lán)線），比如靜態(tài)穩(wěn)定極限，都是可以大致手算的。

最后就是一些需要經(jīng)驗的手算，比如穩(wěn)定的判別算法等等，這些都是一些稍微進(jìn)階的東西。

這些手算的基礎(chǔ)，對于快速定性判斷一個電力系統(tǒng)問題，或者是診斷海外某個國家的電網(wǎng)問題，都非常有用。

關(guān)于電氣軟件計算，主要包括常規(guī)的潮流計算，短路計算，穩(wěn)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(huán)節(jié)，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(biāo)的現(xiàn)象，一般來說短路水平和供電能力是矛盾的，如何平衡，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是個關(guān)鍵。

穩(wěn)定計算，要算靜態(tài)穩(wěn)定極限，暫態(tài)穩(wěn)定極限（在之前的隨筆里面有描述），然后還要算各種故障方式下的穩(wěn)定水平，比如單瞬，比如三永，比如無故障斷線，等等，如果有穩(wěn)定問題還要詳細(xì)計算分析，比如穩(wěn)控策略，切負(fù)荷方案等，這部分需要一些經(jīng)驗。

過電壓計算，高電壓等級，一般是500kV，會要求計算內(nèi)過電壓，EMTP來算，也比較專業(yè)。內(nèi)過電壓的關(guān)注點主要有幾個，一個是各種過電壓水平是否達(dá)標(biāo)，一個是無功配置，高壓并聯(lián)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(xì)描述。

無功計算，就是依據(jù)分層分區(qū)平衡原則，計算無功平衡，這些都有計算步驟，然后根據(jù)計算結(jié)果，用軟件仿真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），對于規(guī)劃設(shè)計階段來說是較為關(guān)鍵的點。

電廠選址

變電站選址

1、接近負(fù)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(fù)荷中心的位置。

2、使地區(qū)電源布局合理

使地區(qū)電源和變電所不集中在一側(cè)，以便電源布局分散。

3、高低壓各側(cè)進(jìn)出線方便

不僅要使送電線能進(jìn)得來走得出，而且要使送電線交叉跨越少、轉(zhuǎn)角少。

4、所區(qū)地形、地貌及土地面積應(yīng)滿足近期建設(shè)和發(fā)展要求

應(yīng)貫徹節(jié)約用地、不占或少占農(nóng)田的精神，采取多種布置方案適應(yīng)地形、地勢。

5、站址不能被洪水淹沒及受山洪沖刷，而且地質(zhì)條件應(yīng)適宜

6、確定所址時，應(yīng)考慮其與鄰近設(shè)施的相互影響

7、交通運輸方便

不僅要考慮施工時大型設(shè)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

9、施工條件方便

選所時，還要考慮施工用水用電、施工場地、勞動力、建筑材料來源方便等問題。

線路路徑

【地形、地質(zhì)、自然條件】選線人員必須對線路通過地區(qū)的地形、地質(zhì)、自然經(jīng)濟(jì)條件等作詳細(xì)的調(diào)查，與沿線地區(qū)各有關(guān)單位充分協(xié)商，以便選出最合宜的線路路徑。

【路徑短】所選線路的路徑應(yīng)盡可能短，線路轉(zhuǎn)角要少，而吐轉(zhuǎn)角角度要小，特殊跨超要少。水文和地質(zhì)條件要好。

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

【不影響通信】應(yīng)與主呼通訊線路、機(jī)場、電臺等設(shè)施保待足夠的距離。

【不影響生產(chǎn)和生活】線路應(yīng)盡量避開居民區(qū)，工廠區(qū)及其他需拆遷較多建筑物和構(gòu)筑物的地區(qū)、不應(yīng)引起交通和機(jī)耕的困難。

【地質(zhì)條件合適】應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)地帶，可能塌陷的礦區(qū)，沼澤地帶、林區(qū)，綠化區(qū)、果園、重冰區(qū)、污穢區(qū)、爆炸危臉區(qū)、強(qiáng)地震區(qū)及農(nóng)村固定場院等地區(qū)。

【廠、所出線統(tǒng)一規(guī)劃】發(fā)電廠、變電所的出線走廊，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)一考慮，在線路擁擠地區(qū)宜采用回路或多回路塔。

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

【與城鎮(zhèn)規(guī)劃協(xié)調(diào)】應(yīng)與城鎮(zhèn)規(guī)劃協(xié)調(diào)。

在選線方式上分為圖上選線和實地踏勘選線.規(guī)劃人員根據(jù)上述選線原則在五萬分之一至十萬分之一的地形圖上進(jìn)行初選，然后按圖上選擇的路徑進(jìn)行實地踏勘。

二、配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

假定城市電網(wǎng)規(guī)劃工作主要涉及110kV和10kV兩個電壓等級的電網(wǎng)（這里不介紹380V分臺區(qū)的規(guī)劃）。規(guī)劃工作由以下基本步驟組成：

1)數(shù)據(jù)收集、調(diào)查與錄入2）現(xiàn)狀網(wǎng)分析與評估3）確定規(guī)劃的主要技術(shù)原則

4）負(fù)荷及負(fù)荷分布預(yù)測5）10kV配電變壓器容量及位置確定6）110kV變電站優(yōu)化

規(guī)劃及其供電范圍計算7）10kV配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃8）10kV規(guī)劃配電網(wǎng)絡(luò)可靠性計算9）110kV配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃10）無功電源優(yōu)化規(guī)劃11）投資估算及經(jīng)濟(jì)效益分析

1、【數(shù)據(jù)收集、調(diào)查與錄入】

城市電網(wǎng)規(guī)劃工作需要以大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括城市負(fù)荷發(fā)展的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，未來城市發(fā)展的詳細(xì)用地規(guī)劃及城市發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2、【現(xiàn)狀網(wǎng)分析與評估】

利用系統(tǒng)中提供的各種分析工具，完成現(xiàn)狀網(wǎng)分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。

主要從配網(wǎng)電源、配網(wǎng)設(shè)備及結(jié)構(gòu)、配網(wǎng)運行、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、設(shè)備維護(hù)與管理等五個方面進(jìn)行分析評估。

3、【確定規(guī)劃的主要技術(shù)原則】

參考“城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則”及各省市電力公司技術(shù)導(dǎo)則來詳細(xì)制定技術(shù)原則。

技術(shù)原則應(yīng)包含如下主要內(nèi)容：

舉例：某省變電站的變壓器容量及臺數(shù)

110kV變電站的最終規(guī)模為3臺主變壓器

中間規(guī)劃年份110kV變電站按50MVA&TImes;2或者63MVA&TImes;2配置

遠(yuǎn)景目標(biāo)年110kV變電站的最終規(guī)模采用50MVA&TImes;3或者63MVA&TImes;3配置

4、【負(fù)荷及負(fù)荷分布預(yù)測】

這是整個規(guī)劃工作中最為關(guān)鍵的工作之一。其目的就是盡可能準(zhǔn)確地確定未來各規(guī)劃年內(nèi)的負(fù)荷及負(fù)荷分布情況。

總原則是根據(jù)城市或開發(fā)區(qū)的用地規(guī)劃，以空間負(fù)荷分布預(yù)測為基礎(chǔ)，采用多種負(fù)荷預(yù)測方法進(jìn)行負(fù)荷及負(fù)荷分布預(yù)測。

5、【10kV配電變壓器容量及位置確定】

根據(jù)規(guī)劃區(qū)的負(fù)荷分布預(yù)測結(jié)果，根據(jù)確定的配變?nèi)萘肯盗?，通常?yīng)采用“小容量、密布點、短半徑”的原則，采用分區(qū)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(yōu)化規(guī)劃及其供電范圍計算】

目的是確定110kV變電站的容量及位置。供電范圍計算的目的是將規(guī)劃區(qū)內(nèi)的所有10kV配電變壓器按供電關(guān)系劃歸不同的110kV變電站。其中，即要考慮供電的經(jīng)濟(jì)性，又要考慮供電半徑的限制。

這一階段變電站的容量、變壓器的臺數(shù)確定是非常重要的，需要進(jìn)行比較確定。

7、【10kV配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃】

根據(jù)110kV變電站的供電范圍計算結(jié)果，將10kV配電網(wǎng)按供電范圍分區(qū)，對10kV配電網(wǎng)絡(luò)按分區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。

根據(jù)可靠性的要求和采用的主要接線模式，考慮不同110kV變電站之間10kV聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置，以及同站不同母線的聯(lián)絡(luò)情況。

規(guī)劃方案需滿足各種系統(tǒng)約束條件（如：短路容量限制、電壓水平限制、線路過負(fù)荷限制及N－1安全性準(zhǔn)則等）。

遠(yuǎn)景規(guī)劃網(wǎng)架并不是在一個完全空白的新區(qū)上建設(shè)，而是在現(xiàn)狀負(fù)荷和現(xiàn)狀線路的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展到目標(biāo)網(wǎng)架，所以要求遠(yuǎn)景網(wǎng)架應(yīng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，在城市發(fā)展出現(xiàn)新情況時可以比較靈活地發(fā)展成為其他供電模式。

因此應(yīng)對所采用的接線模式，網(wǎng)絡(luò)方案的過渡進(jìn)行討論。

8、【10kV規(guī)劃配電網(wǎng)絡(luò)可靠性計算】

根據(jù)線路和開關(guān)的故障對系統(tǒng)的影響，規(guī)劃軟件將分別計算每條線路和整個10kV配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)。

9、【110kV及220kV供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃】

和10kV類似，更加考慮通道走廊。

10、【無功電源規(guī)劃】

根據(jù)10kV配電網(wǎng)及110kV電力系統(tǒng)的規(guī)劃結(jié)果，完成無功電源規(guī)劃。

通過計算，根據(jù)導(dǎo)則的要求，可以給出無功設(shè)備的配置建議，并計算相應(yīng)的方式下，網(wǎng)絡(luò)潮流分布的變化，從而得到電壓、線損的改善情況。

11、【投資估算及經(jīng)濟(jì)效益分析】

根據(jù)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的改造和新建的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，結(jié)合單位設(shè)備造價，估算投資。并在此基礎(chǔ)上，分析還貸壓力、投資回報情況等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，明確為電力企業(yè)的經(jīng)營管理提出決策性意見。