变电站电气主接线综合评价系统的分析.pdf

AbstraotMain electric connection is the main body of the substation’S electricDarts，and is one of the entrances through which the electric energy isDassed．It plays an important role on an electric power system itself and thereliability of power supply,flexibility of operation，ease of maintenanc。and rationatity of cost of the substation，and also has effect on the choice ofthe electrical devices，arrangement of switchgear，relay protection andmethod of comrolling．So it’S necessary to deal with all of the relative partsproperly,establish a scientific assessment system for main electricconnection，analyze the effects of relative factors roundly，assess all kindsof the economical and the technology projections and，confirm a reasonablemain electric connection．According to“design criterions for 3 5KV-1 1 0KV substation”，high-voltage main electric connection of 1 1 0KV terminal substation tendsto adopt line．transformer group connection，and for 1 1 0KV midwaysubstation，the single bus—bar,subsection single bus·bar or extended bridgeconnection is best the choice，but main electric connections including SF6breaker should not set standby bus-bar．All of the above connections have been adopted in engineering．Butthere still have been some problems，such as fallibility，diseconomy ofoDeration etc．There isn’t a affirmative conclusion to which connectionsuits midway substation and which one suits terminal substation．This paper presents a synthetic assessment system for main electricconnection，especially for high—voltage main electric connection of 1 1 0KVsubstation．In this paper,assessment system data are established firstly．From allTffthe relative factors that will have influence on main electric connectiondesign，the dominating ones are chosen tO analyze and suppose·And thenthese factots are classified into three kinds：the first is the exactlyquantitive data which can be directly enumerated，the second is exactlyquantitive data which are indirectly enumerated，and the last is the fuzzilynon．quantitive data．The first two kinds of data are acquired by drawingmain electric connection diagrams，designing main plane arrangementdiagrams，collecting device material data and calculating budgetaryestimate of civil engineering．But for the last，we get them by DelphiMethod．On the base of assessment system data，we can calculate and analyzethe reliability of all the main electric connection schemes by minimal pathset method．Above all，we will have some hypotheses，and then establishthe elements’three—state models which including normal state，fault state，and overhaul state taking into account the calculating accuracy and thelimit to the data．But most of the electric elements are mendable，and oncethe element has fault it must stop operating，after being repaired it must beput into operation immediately,SO in calculating，we can suppose theelement has two states：normal state and fault state．After establishingcalculating pane diagrams we call get the reliability results of all the mainelectric connections by minimal path set method．By comparing the three assessment methods，namely，AnalyticHierarchy Process(加)，Principal Component Analysis，and FuzzyEvaluation Method，the first one is adopted．Fuzzy Evaluation Method is asynthetical evaluation process which involves the ideas of systemengineering and fuzzy set theory,by taking all factors into account，establishing an assessment criterion system，getting some patterns orstandard stylebooks，identilying and calculating the relative membershipTVgrade of each research object belonging to all the patterns，calculatingrelative state eigenvalue，judging the research obj ect belonging to whichpattern or standard stylebooks．Based on the above research，according to the demands of syntheticalassessment method，we ascertain the evaluation objection set，namelyassessment criterion．In the high—voltage main electric connection sytheticalassessment system fbr l 10KV substation，there are 6 kinds of factorsconcerned．Orderly they are cost of devices，cost of buying land，theexperr’s half-quantitive assessment criteria for the maintenance flexibilityof the main electric connection，operation times of maintenance and maindevice fault，reliability of the system and the average duration time．The 6kinds factors include 1 4 idiographic criteria．Establishing criteriaeigenmatrix of the stylebook set，we can get the relative optimization andsynthetical order of the one transformer duration，two transformers durationand throughout power series．At the last，all the main electric connectionsare analyzed in order to show the optimal connections scheme sarisfyingdifferent conditionskeywords：main electric connection，synthetical assessment system，reliability,fuzzy pattern recognition modelV郑州大学工学硕±论文1 绪论1．1研究的意义电气主接线是变电站电气部分的主体，是电力系统中电能传递通道的重要组成部分之一；其连接方式的确定对电力系统整体以及变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性的作用，同时也对变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。因此，正确处理好各方面的关系，建立一个科学的电气主接线的评价系统，全面分析相关影响因素，综合评价各项技术经济比较，合理确定主接线方案是十分必要的。在变电站电气主接线的设计过程中，除上述电气因素以外，还应考虑气象、地质、地理位置、交通等环境因素。这些因素中有些是可直接量化的，有些是可间接量化的，还有一些是不可量化的，即模糊的和不确定的。尽管当前对可靠性、经济性都有一些计算方法，但在实际工程中的综合评价，主要还是依照设计人员的经验、习惯来确定的，缺少客观性和量化评价指标。基于工程模糊集理论的电气主接线综合评价系统的研究，将以相对隶属度、相对隶属函数概念为基础，应用非结构性决策理论和多目标模糊综合评判理论，建立一个合理的电气主接线的评价体系，解决电气主接线设计过程中的多因素评判和辅助决策问题。1。2国内外研究现状及存在的问题本论文研究的电气主接线综合评价系统，主要针对高压配电网中110KV变电站高压电气主接线的设计。随着城市电网和农村电网的三年改造结束，目前220KV及以上电压级的骨干网架己基本形成，110KV变电站的地位大多数已变成了中间变电站和终端变电站，直接与用户相关联，是实现电能传递的关键环节；其中，中间变电站规模基本统一为110KV两路进线或四路进线、主变压器建设两台或三台、110KV，35KV／10KV三级电压或110KV／10KV两级电压的变电站；终端变电站规模大多为110KV两路进线、主变压器建设两台或三台、110Kv，351w／10Kv三级电压或110KV／10KV两级电压的变电站。垩皇塑皇兰圭堡些笙鱼堡竺墨堕塑里壅根据“35KV～IIOKV变电所设计规范【11”，110KV终端变电站的高压电气主接线宜采用线路．变压器组接线和桥型接线；110KV中间变电站宜采用单母接线、单母分段接线以及扩大的桥型接线：采用SF6断路器的主接线不宜设置旁路母线。上述各种接线在我们的实际工程中都被采用过，但是，有些工程还是存在着一些问题，如：运行不可靠、不灵活、不经济等。在电气主接线的设计过程中，如何处理各相关因素，究竟哪种接线应用到中间变电站更好，哪种接线应用到终端变电站更好，一直没有明确的概念，需要研究探讨后才能得出结论。目前关于变电站高压电气主接线设计综合评价方面的资料比较少，根据掌握的国内外有限的文献和相关资料，电气主接线的评价分析主要有以下几种形式：(1)针对具体电厂或变电站进行研究【2】~【61，考虑具体的接线方式，对影响电气主接线的因素进行定性综合评价。(2)应用模糊综合评判方法对电气主接线进行综合评判‘71，为本项研究提供了思路。但是，对于在不同条件、不同地位的交电站电气主接线的设计，没有建立完整的评价体系。(3)工程模糊集理论【8】的建立及其在纺织、造船、材料、水文资源与环境、区域可持续发展系统量化评价等工程领域的应用，为变电站高压电气主接线综合评价系统的研究奠定了坚实的理论基础和技术环境。1．2本论文的主要工作根据目前掌握的理论知识和实际工程经验，本论文的主要工作包括：(1) 学习和研究工程模糊集理论、综合评判理论、可靠性分析理论和方法。(2)评价系统元数据的建立。(3)构建电气主接线的评价系统。(4)运用基于工程模糊集理论的电气主接线综合评价系统，研究110KV变电站电气主接线设计中的多因素评判和辅助决策问题，力求定量说明满足不同条件的最佳接线方式。2塑型查兰三主堡主兰塞 ．———————————————————————————————————'_●————————————————————●●——————一 。一2 变电站电气主接线相关因素分析原则与变电站电气主接线设计相关的因素很多，根据实际工程要求，主要考虑配电装置选型、相关电气设备选型、变电站主变压器的配置、高压电气主接线在电力系统中的{乍用、故障及检修条件的设定、供电可靠性标准的设定等等。2。1电气主接线的设计原则(1)考虑变电所在电力系统中的位置变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所。由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求也不同。 ‘(2)考虑近期和远期的发展规模变电所电气主接线的设计，应根据5～10年电力发展规划进行。根据负荷的大小、分布、增长速度。根据地区网络情况和潮流分布。分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源数和出线回数。(3)考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不问断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电：三级负荷一般只需要一个电源供电。(4)考虑主变台数对电气主接线的影响 。变电所主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响。传输容量不同，对主接线的可靠性、灵活性的要求也不同。(5)考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无有所不同。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许奎皇茎皇皇圭堡矍堡鱼登堕墨堑塑旦壅切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。2．2电气主接线设计的基本要求变电所的电气主接线应该根据变电所在电办系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠性、运行灵活性、检修操作方便、节约投资、便于过渡和扩展等要求。(1)供电可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠的工作，以保证对用户不问断供电。评价电气主接线可靠性的标志是：①断路器检修时，不宜影响对系统的供电；②线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；③尽量避免变电站全部停运的可能性。(2)运行检修的灵活性主接线应满足在调度、检修的灵活性。①调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班；②检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。(3)适应性和可扩展性能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线。在影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。(4)经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，要求做到经济合理。①投资省。即变电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同。②占地面积小。主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别。③能量损失小。4郑州大学工学硕士论文(5)简化主接线配网自动化、变电站无人化是现代电网发展的必然趋势，简化电气主接线将为这一技术的全面实施创造更为有利的条件。(6)设计标准化同类型变电站采用相同类型的电气主接线，实现电气主接线的规范化、标准化，将有利于系统运行管理和设备检修。2．3配电装置的选型目前，lt0KV高压配电装置常采用的布置形式有屋内布置和屋外布置两大类：屋内布置又分为普通电器安装在屋内布置、110KV断路器小车屋内布置、SF6全封闭组合电器(GIS)屋内布置三种形式。采用普通电器安装在屋内布置和110KV断路器小车屋内布置，每个间隔宽度可以设计成6．5米，跨度约12米，占地面积相当，投资也相差不大，多用在城郊或污染较严重地区。SF6全封闭组合电器(GIS)屋内布置占地最小。运行维护最好，但投资较高，多用在城市中心和用地非常紧张的地方。目前，广大农村和县城更多的采用屋外布置形式，故本论文将屋外布置形式作为研究对象。屋外布置分为屋外半高型布置、屋外高型布置、屋外中型布置三种形式。半高型布置是将母线与母线隔离开关升高，把断路器、电流互感器等设备直接布置在升高母线的下方，使配电装置跨度尺寸减少，但由于进出线间隔不能合并，各占一个间隔，使横向面积增大，对于进出线回路多的变电站，多采用该布置，但对于本论文研究的几种接线，由于进出线回路少，不宜选用。高型布置是将母线与母线隔离开关上下重叠布置，适用于双母线布置，不适用于本论文研究的几种接线。屋外中型布置是将所有电气设备都安装在地面设备支架上，母线下不布置任何电气设备，具有布置比较清晰、不易误操作、运行可靠、施工和维修都比较方便、构架高度低、造价低等的优点，是本论文研究的几种接线最适合选用配电装置选型。在110KV变电站中，与普通中型配电装置相对应的110KV母线设计，多采用软母线。该型配电装置在我国已有30多年运行历史，各地电业部门无论在运行维5变电站电气主接线综合评价系统的研究护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。因此，本论文选择在县级或农村110KV变电站普遍使用的屋外、普通中型、软母线配电装置的布置形式作为高压电气主接线综合评价系统的研究对象。2．4相关电气设备及典型接线方式变电站高压电气主接线应该包括的电气设备包括：主变压器、变压器高压引出线、母线、隔离开关、断路器、跨条、继电保护装置、电流互感器、电压互感器、避雷器、电压互感器等等。本论文采用主接线的设备型号及符号说明见附件1。在lIOKV变电站电气主接线综合评价系统中，主要考虑终端变电站和中问变电站这两种功能的变电站。终端变电站又称受端变电站，这类变电站接近负荷中心，110KV进线一般为两路进线，通过两台主变将电能分配给低压用户；在确保供电可靠性的前提下，变电站主接线设计应有利于规范化、简单化、自动化及无人化，尽可能减少占地面积，变电站主接线方式应根据负荷性质，电气设备特点及上级电网强弱等因素确定。一般终端变电站高压侧主接线形式常选用(1)线路。变压器组接线；(2)外桥接线；(3)内桥接线。中间变电站具有交换系统功率(110KV母线上有穿越功率)和降压分配功率(110KV通过主变将电能分配给低压用户)的双重功能，它是中心变电所和终端变电所之间的中间环节。这类变电站主接线方式既不能象终端变电所那样简单，也不必象中心变电所那样复杂，应根据变电所在系统中的地位和作用来确定，一般中间变电所高压侧主接线形式常选用(1)单母线接线；(2)单母线分段接线；(3)内桥接线外加跨条：(4)四角形接线4种接线方式。2．5运行、故障及检修条件的设定(1)运行状态在正常运行方式下，1条线路带l台主变运行，每条线路安装电压互感器用以电度计量，安装避雷器防止雷击过电压或操作过电压。(2)检修状态当1台主变需停运检修时，手动或自动断开本条线路断路器，不影响另1条线路和另l台主变运行；当1条线路需停运检修时，手动或自动断开本站和对端站两侧断路器及隔离6郑州大学工学硕士论文开关。(3)故障状态当l台主变故障时，自动断开本条线路断路器，不影响另l条线路和另1台主变运行：当1条线路故障时，自动断开本站和对端站两侧断路器。(4)在检修或故障状态下，穿越功率的连续与否，也是中间变电站综合评价的一个重要指标。2．6相关资金的计算原则在设备综合投资概算的过程中，结合实际工程，计入了主要设备材料、土建工程量、设备安装工程等几个方面的资金概算[9】【1 01。7种典型电气主接线的110KV变电站综合造价估算表见附件1。在某种条件下，占地面积可能成为电气主接线设计的一个主要制约因素。因此，本文通过对7种典型电气主接线的总平面布置的分析和计算，将用地资金作为单因素，按每亩10万元单独考虑，具体结果见附件2。7