浅究电网规划中的电压等级优化与经济分析

摘 要：城市电网的规划建设期间，要着重考虑电压的等级并对电压等级进行合理地配置，而对电压等级的考虑以及配置的技术经济比较同样必要且关键。论文主要依据常年的实践经验对电网规划过程中电压等级、序列优化以及经济比较问题进行深入的探讨与分析。

关键词：城网规划 电压等级 优化 合理配置 经济比较

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0122-01

1 电压等级优化

电网规划的主要目的是实现电网运行和投入资金的削减，在低成本的情况下保证电网安全、平稳、正常的运行。假设是把电压等级Un作为变量，其他的都是作为常量来处理的。为了简化分析，投资成本以线性函数的形式来表示：

C1=a1+bUn

式中，a、b为常数。假设负荷水平、输电线路长度以及最大负荷利用小，运行成本与线路电压的平方成反比。

2 “几何均值”原则

在目标函数简化式中可以清晰发现，与电压等级相关的费用不一定与电压相关，与电压无关的费用用系数a表示，比如一些维修费用便属于这一部分；还要的与电压成正比，这类主要包含初期的投资费用、折旧费用以及设备的维护费用等，以系数b来代表；其余还有的与电压成反比，却与线路损耗的关系紧密，这部分用系数c来表示。a、b、c则代表着与电网系数不同方面相关的数据，其关键依据于电网的负荷水平、供电半径及电网结构等。然而，根据电压等级公示计算出的最佳电压不能保证与现存的电压标准相符，其通常状况下在两个标准电压的范围之间。可以认为2个相邻的电压等级也是经济的，而且认为这3个电压等级是等经济的，所以有：

得到：

当假设运行成本与电压等级成反比、而不是与电压等级的平方成反比时，有：

通过上面的公式说明了几何均值的原则，也就是说每个电压与相邻的电压之间都要满足上面的两个公式之一。

3 电压等级序列优化

在整个配电网内部，通常有数个电压等级存在，主要采用多等级的降压机制，但是等级的数量以及分配问题一直困扰着电力企业。合理地等级分配成为电压等级规划的主要研究与探索方向。配电网的运行成本主要涵盖线路应用成本与变压器相关的成本，假定电压等级的运行成本大致相同，则有：C2=b2N

式中，b2为常数，表示每一电压等级的运行成本；N为电压等级数。随着电压等级数量的增加，运行成本是成比例增加的。

4 电压等级合理配置的技术经济比较

4.1 变电电压与变压器参数与价格的关系

经过比较多种可能性的变电电压等级组合下的变压器参数与价格，能够基本确定不同电压等级配置效益性：对常规的35/0.4 kV与10/0.4 kV配电变压器各项参数进行比较，Uk%几乎相等，此时，参考价格与容量则成反比；常规110/35 kV与220/10 kV主变压器各项参进行比较，Uk%数据也基本相等，空载损耗与负载损耗也几乎一样，参考价格区别也相应不大；而常规220/35 kV与220/10 kV主变压器各项参数进行比较，Uk%基本相同，空载损耗与负载损耗基本相当，参考价格也基本相同。

20/0.4 kV、110/20 kV、220/20 kV变压器的各种参数与特征符合上述表述。

4.2 各种变电电压下主变低压侧的短路电流

针对不同的变电电压组合施行短路的电流研究与探讨，能够基本确定电压等级配置的技术的合理可行性。

对于主变容量的选择方面，则选用系统常用的经典容量，其高压一侧的短路电流一般会在10～30 kA的区间之内，据此可以对变电电压低压侧的短路电流的即时变化情况进行分析与了解。

其短路电流计算结果如表1所示，二次侧电压为0.4 kV、Uk%=6.5时，二次侧短路电流与电压的关系如图1所示，一次侧短路电流为30 kA，Uk%=12.5，不同变电电压下主变压器二次侧三相短路电流。

根据系统的计算可以发现，在35 kV主变容量控制在1.4 MVA之下的情况下，0.4 kV一侧的短路电流才能保证在规定的范围之内。同时要保证35 kV配电的电缆线的一定负荷能力，线路必须经过数次的串连变压到相对分散的低压配电网。在公网的实际操作设计中，35 kV通常不会被直接减低到0.4 kV，中间需要完成一次到10 kV的降压。

从表1可以发现，110/220变电电压组合在高压侧短路电流只有110/10 kV变电电压组合10 kV侧短路电流的二分之一，如果将10 kV升高到20 kV，中压电网的供电能力可以大幅度加强，其适应能力也会相应增强，同时其短路电流也能得到有效的控制，那样就表明在其余条件既定的情况下，20 kV能够选用较低遮断容量的断路器，这样可以大幅度的降低资金消耗与空间的占用。

其次，结合表1可以轻而易举的发现，在几乎统一的条件与情况下，220/20 kV变电电压组合20 kV侧的短路电流只是220/10 kV变电电压组合20 kV侧的短路电流的50%，保证在20 kA以下极其简单、容易控制，所有单单从短路电流控制的立足点出发，能够选择220/20/0.4 kV电压等级的配置，那样110～35 kV电压等级，这个不必要的阶段与环节便可以省略掉，从而在成本和空间上都是一种有效的节省与控制。

参考文献

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[2] 崔凯，聂端，张昊昱，等.重庆电网输配电压序列优化研究[J].能源技术经济，2010（7）.