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[关键词]接地方式;供电可靠性;探讨
一、中性点接地方式与配电网防雷保护
对配电网而言由于网状的电网结构,遭雷击概率大,再加上配电网的绝缘水平低,不但直击雷能造成危害,感应雷也能造成危害。经对大量的配电网运行状况进行调查和研究分析证明配电网中性点接地方式对配电网雷击跳闸率有较大的影响,主要反映在雷击时绝缘子的故障建弧率上。
(一)对地绝缘方式对防雷保护的影响
配电网中性点对地绝缘系统又分为两种情况:
1.电网电容电流较小,小于绝缘子的自然熄弧值11.4A。当线路绝缘子经雷电过电压闪络,因雷电流的波长极短(微秒级),故雷电流过后,工频续流即电网的电容电流小于熄弧临界值,能在电流过零时可靠熄灭,不会形成稳定的持续接地电弧,因而电网的故障建弧率较低。当然在雷电电流较大,过电压较高,把绝缘子击穿时则另当别论。
2.电网电容电流较大(大于11.4A)时,当线路绝缘子在雷击时闪络,在雷电流过后由于工频续流大,能形成持续的接地电弧。接地电弧的持续燃烧对周围空气进行离解,能发展为相同短路和多回线短路。所以配电网中性点对地绝缘系统当电容电流大于11.4A时,由于雷击过电压使电网的故障建弧率高,因而雷害事故较高。
(二)小电阻接地方式对防雷保护的影响
配电网中性点经小电阻接地一般配零序保护,由于中性点经小电阻接地时,接地故障点电流大(可达600~1000A),在雷击绝缘子闪络时一般都会造成线路跳闸,使配电网雷击跳闸率升高。
(三)消弧线圈接地方式对防雷保护的影响
配电网中性点经消弧线圈接地分为经固定消弧线圈接地和经自动消弧线圈接地两种形式。固定消弧线圈由于调谐上的困难现已逐渐淘汰,取而代之的是自动消弧线圈。自动消弧线圈由于能实时检测电网电容电流、调整补偿电流。使补偿后的残流小于10A,所以当线路绝缘子在雷击闪电时,在雷电流过后能把工频续流控制在10A以下,使其不能建立持续燃烧的接地电弧,控制了配电网的雷击建弧率,因而有效地控制了配电网的雷击跳闸率,降低了配电网雷害事故。这已为大量的运行经验所证实。
二、中性点接地方式与配电网内过电压
配电网内过电压一直受到人们的重视。配电网发生频率最高、危害最大的是铁磁谐振过电压和弧光接地过电压,这两种过电压的产生及幅值与配电网中性点接地方式有很大关系。
(一)对地绝缘方式对配电网内过电压的影响
中性点对地绝缘,电网中电磁式电压互感器由于磁饱和可引起中性点位移,由于参数的配合不同可能产生工频谐振,也可能产生分频或高次谐波谐振,过电压的幅值最高可达3UΦ(相电压),可引起绝缘弱点击穿,避雷器若在此期间动作,会因熄不了弧和过电压时间长而发生爆炸。另外,若产生分频谐振,虽然过电压幅值不高(2UΦ)。但由于谐振频率低,互感器的阻抗小,以及铁芯元件的非线性特性,使电压互感器励磁电流大大增加。这时,容易使用电压互感器的高压保险熔断,或使用电压互感器严重过热、冒油、烧损、爆炸,因而造成较大的危害。
(二)小电阻接地对配电网内过电压的影响
配电网中性点经小电阻接地可有效抑制电压互感器磁饱和引起的铁磁谐振过电压和断线谐振过电压,能把弧光接地过电压限制到1.9 UΦ以下。因而配电网经电阻接地尤其是小电阻接地方式,能有效地抑制电网内过电压。
(三)消弧线圈接地方式对配电网内过电压的影响
中性点经消弧线圈接地,在零序回路中消弧线圈的感抗与电压互感器的励磁电抗是串联关系,而消弧线圈的感抗要与电磁式励磁电抗是并联关系,而消弧线圈的感抗要比电磁式电压互感器励磁电抗小得多(相差几个数量级),因而电磁式电压互感器励磁感抗也就被消弧线圈的感抗所制约,电网中因电磁式电压互感器的磁饱和引起三相不平衡,就不会产生铁磁谐振过电压,其消谐效果是任何形式的消谐器所无法比拟的。
三、中性点接地方式与配电网供电可靠性
配电网的供电可靠性与中性点接地方式有很大的关系。当电网电容电流较小时采用中性点对地绝缘方式,简单、经济,大多数瞬时性接地故障都能可靠消失,电网的供电可靠性也较高。中性点经消弧线圈接地,特别是经自动跟踪补偿消弧线圈接地时,大多数瞬时性接地电弧都能可靠熄灭,不会发展成永久性的接地故障。即使发生了贯穿性的击穿也会与接地电流小而使绝缘损坏的程度轻、便于维修,所以对提高供电可靠性是有利的,同时也减少了开关设备的维修工作量。由于故障电流小,对通信线路的影响也较小。
四、结论
1.对电网电容电流小于10A的配电网,宜采用中性点对地绝缘方式,因为这种方式简单、经济,且供电可靠性也较高,采用这种方式时要注意消除铁磁谐振过电压。
2.对电网电容电流大于10A的架空、或架空与电缆混合线路宜采用自动消弧线圈接地方式,因为这种方式能降低电网故障建弧率、消除铁磁谐振过电压,有效抑制弧光接地过电压,大大提高供电可靠性。
3.小电阻接地方式虽然能有效地防止电网铁磁谐振过电压,抑制弧光接地过电压,但因瞬时接地故障时接地故障电流的放大关系对防雷电过电压不利,降低了供电可靠性,加大了开关维护工作量,只有在配电网络备用线路完善、自动装置健全、而又对内过电压由特殊要求的电网才可考虑采用。
参考文献:
关键词:智能调度 主变经济运行 无功优化 可视化
地区电网智能调度系统是调度自动化系统的有力补充,它集电网智能监视预警、电网状态评估、辅助决策、电网经济运行、操作校核和可视化展示功能于一体,主要目的在于帮助调度员监视电网运行状态,对当前运行的电网进行分析,对调度员的操作进行验证,最终减轻调度员的工作压力,提高电网调度的安全性和经济性。
根据有关资料的估算,在发电、输电、变电、配电、用电的各个环节中,全部的电能损耗占发电量的30%左右。电网经济运行就是指电网在供电成本率低或发电能源消耗率及网损率最小的条件下运行。电网经济运行中降损的主要措施有:设计时降低损耗,选用节能型设备;合理安排各种电力设备的运行方式,保证其经济运行;优化网络结构,合理地设计和改善电网的布局、结构;合理选用变压器容量,避免人为地浪费;合理配置电网无功补偿及补偿容量;简化电网的电压等级,降低网络损耗;合理调配变压器的并列与分列运行方式,保证变压器经济运行;要根据电网实际潮流变化及时地调整运行方式。临沂电网智能调度系统主要从主变经济运行、电网运行方式的调整、电压无功优化三方面进行电网经济运行的分析和可视化展示。
4、结语
智能优化调度系统是智能电网建设的重要组成部分,本文对临沂电网经济运行的措施进行分析,并且把经济运行的分析结果在智能优化调度系统可视化平台上展示。通过三维可视化平台的展示,使相关使用人员能够直观、快捷的得到厂站内主变经济运行的组合方式;能够得到降低网损的运行方式调整措施;掌握系统内的无功分布和无功优化措施,从而能够对无功电源的合理配置提供依据。通过对临沂电网经济运行的研究,对降低整个临沂电网的网损起到了积极的作用。
参考文献
[1]陈珩.电力系统稳态分析(第二版).北京:水利电力出版社,1995.
[2]胡景生.变压器经济运行.北京:中国电力出版社,1999.
关键词:自动电压无功控制(AVC)系统 变电站电压无功控制装置(VQC) A类电压合格率母线电压
电力企业为客户服务的终极目标是安全、优质、经济地向用户提供合格的电能,而电压是电能质量重要指标之一,无功是影响电能质量的一个重要因素。为了保证用户电器设备的正常运行,在电力系统运行中必须进行系统各结点电压的监视和调节,以保证电力系统电压的偏移在允许的变化范围内。电力系统无功功率的配置及传输是影响电力系统电压变化的重要因素。所以,在电力系统运行中电压和无功功率的自动调整是紧密地联系在一起的。如何快速、经济地实现无功电压的自动调节,是实现电力系统经济运行的关键。
1、现状分析
广东江门市行政区域超过9500平方公里,目前而辖区内拥有110kV以上变电站142座,其中500kV变电站有3座,220kV变电站有21座,110kV变电站118座。为确保各等级电压稳定,需要无功就地平衡,这就要求全部变电站参与无功电压调整。按照本地区的负荷特性,全日将会出现3个负荷高峰时段,在三个峰谷时段前后,都需要进行无功电压调整,如果全部使用人工调节,至少需要280多人同时参与工作,如果利用自动化系统的遥控技术,按每座变电站2分钟的调节时间,则由2名监控员至少需要280多分钟才能完成,无法满足在短暂的时间内完成调压的要求。如果采用变电站电压无功控制装置(VQC),也只能控制单一变电站的无功和电压,如果在同一时段内,多个变电站的VQC装置同时动作,将可能导致整个区域的无功电压水平偏高,无法体现不同电压等级分接头调节对系统电压的影响,无法做到无功分区分层平衡;因此,必须使用更为先进的自动调压技术,方能达到快速、可靠的目的。
2、系统结构
电力系统自动电压控制系统(AVC)是电网调度自动化系统(EMS)的有机组成部分,应用先进的计算机技术、网络通讯与自动控制技术,通过AVC对变电站无功补偿设备及主变分接头进行适时调整,有效地控制区域电网无功的合理流动,优化电网内无功潮流的分布,改善电网整体的供电水平,是提高电压质量,减少网损,降低调度监控人员的劳动强度的重要技术手段。
AVC系统包括装设于省调和地调的AVC主站系统,系统主要由软件系统构成,硬件直接采用调度自动化系统的硬件平台,AVC集成于EMS系统的子模块,省调主站和地调主站通过特定的通信规约进行信息交换。省调主站主要负责500kV和220kV等枢纽变电站的无功和电压平衡,地调主站负责地区110kV电网无功电压就地平衡。AVC主站根据最优潮流(OPF)对整个电压控制区域进行软分区,并计算各个关键分区接点或枢纽点的电压目标,通过调度自动化主站下发到各变电站的远动机,远动机接收到控制信号后,执行变压器分接头调节或进行无功设备投退,然后远动机将测量的各级母线电压、无功分布等上送至主站,完成整个闭环控制过程。整个电网AVC系统图如图1所示。
3、控制原理
江门供电局电力调度控制中心根据本地区电网运行的实际状况,会同调度自动化主站厂家对江门电网的无功电压特点和控制模式进行了深入的分析和论证,确定了适用于江门电网的电压控制模块。区域电压无功控制模块从SCADA系统采集接口实时遥测、遥信数据,然后进行滤波,最后输入到控制器环节,控制器监测中枢母线电压、低端母线电压、联络线无功等控制目标是否偏离参考设定值,如果发生偏离,则根据相应的控制规则,下达调节指令,通过站端远动机对无功设备的调整完成闭环控制,使控制目标维持在参考定值,具体控制流程如图2。同时,为避免各控制区域电压无功控制的相互影响,在控制目标中增加了对联络线无功潮流的控制,通过控制联络线无功潮流,保证在仅有部分区域参与控制的情况下,参与控制区域的控制器动作不对其他区域造成影响,具体功能流程如图3。
4、案例实施
自2010年开始,江门供电局对全区110kV变电站和220kV变电站接入AVC系统进行了联调。经过半年时间的试运行,已经全部投入闭环运行,各变电站的无功电压基本实现了自动调节,初步达到系统建设的设定目标。在经过一年时间的运行,发现仍存在以下一些问题:变电一次设备投退较为频繁,低端10kV母线电压跟踪不够及时导致电压合格率未如理想等。经过研讨,通过调整AVC运行策略,调整运行定值等方法,使得无功电压调整更加优化。具体的措施如下:
(1)分析月度设备调节次数报表、主变负荷报表、母线电压曲线等相关历史数据,根据不同的变电站负荷特性制定与其相适应的动作策略,这样既保证了变电站的电压合格率,又有效减少了设备的调节次数,提高了设备运行可靠性。例如,下面是某变电站当电压越上限时的动作策略表。
(2)在AVC系统中将低端10kV母线电压监测范围统一设定为10.1-10.6kV,比电压考核要求的10.0-10.7kV各减少0.1kV,以提醒调度员注意电压越限的趋势,尽早采取处理措施。
(3)对AVC系统窗口信号进行可视化处理:告警闭锁AVC信号、AVC挂牌信息、保护闭锁AVC信号的状态可以在实时告警浏览器中显示,形成了全局级、区域级、厂站级三层监视运行画面,为调度员监视AVC运行工况提供强有力的支持。
(4)全网采用统一参数,根据110kV和220kV两个电压等级主变调节无功不同要求,采用两套比例系数计算主变电流和无功的上下限值。
(5)AVC系统采用自动跟踪负荷曲线变化,整点提前调压的策略,避免负荷在剧烈变化时对系统电压带来冲击。
(6)AVC程序遥控与调度自动化接口采用了多策略处理模块,具备在同一时间点内并行处理多个变电站的遥控请求,大大提高了调压效率。
5、成果分析
全区220kV和110kV变电站自投入AVC闭环运行以来,达到了预期的效果:
(1)通过分析不同变电站的负荷特性,制定个性化监测限值,使得A类电压合格率,长期稳定在99.90%以上,电压波幅明显减小,电压质量得到极大的改观,在投入AVC系统以前,本地区A类母线电压平均合格率只能在95%左右,而是用了本系统以后,2012年全区的A类电压合格率逐步提高,上半年的平均合格率为99.95%,远高于省公司99.84%的要求(如表2)。
(2)降低了调度监控员在主变和电容组设备调节高峰期的劳动强度,使得设备合理动作,减少了设备调节次数。
(3)通过制定合理的调节策略,优化了无功平衡状态,减轻了支路无功传输,降低了网损。
6、后期改进方向
电压无功优化控制关联因素多而复杂,目前江门地调所使用的AVC系统仍在以下两个方向需要做进一步提高:
(1)目前系统所采用的调节策略在细节问题的处理上还是欠缺,需要进一步优化特殊电网运行方式下的调节策略。
(2)建立一个相对完善的无功电压优化数学模型,并提出江门电网基于分层分区原则的AVC混合控制模式。
随着AVC系统功能的逐步完善,它将为实现电网运行安全、经济、优质、高效发挥更大的作用。
参考文献
[1]韩祯样.电力系统自动监视和控制(连载之四)第四讲电力系统经济运行和电能质量的控制(下)[J].电力系统自动化,1980年06期.
关键词:地网参数;FORTRAN;ORIGIN;地面电位
引言
变电站、换流站是整个电力系统的心脏,其安全、稳定、高效运行与国民经济和人民生活息息相关[1]。地网是变电站(换流站)安全稳定可靠运行的守护神,它直接关系到变电站巡检人员的人身安全。地网的接地参数(地面电位分布、电位梯度分布等)的计算对地网设计、电站绝缘验证、变电站的连续运行和巡检人员人身安全具有十分关键的意义。
文章根据实验室基于恒定电流场理论、表面电荷法编制的可用于计算任意复杂变电站、换流站地网参数的FORTRAN程序[2~4],对某220kV变电站实际工程进行计算,得出了地面参数,并导入ORIGIN程序得出接地网电位和梯度分布的三维图,可以更加直观的评估地网设计的合理性与安全性,对地网的设计、建设、改造、维护具有重要的工程实用价值。
1 交流变电站地网参数计算
1.1 接地电阻的计算
220kV某变电站地网结构如图1。图中圆圈以及×分别代表3.5m、2.5m垂直接地体,其他代表水平接地体。地网埋深0.8m,变电站右上角帽檐式均压带埋深由内及外依次为0.8m、1.6m、2.4m,土壤电阻率450?赘?鄢m,恒定电流为10kA。将地网导体半径、导体长度等数据导入已编制的程序进行计算,计算结果如表1。
实验室试验受到仪器精确度、仪器布置准确度等一系列不确定性因素影响,与实际值有细小误差。由表1可知,实验室比例模型测量和程序计算之间的误差在0.9%左右,计算结果与试验结果的高度吻合可以验证程序计算接地电阻的可行性与正确性。
1.2 地面电位计算
运用已经编制的程序计算该220kV交流变电站地面电位情况。计算结果如图2、3、4。X、Y、Z轴分别表示地网横坐标、纵坐标、相应坐标点电位。计算步长选择0.25米,计算步长越小计算结果精度越高,但是步长过小会使得程序死循环,引起死循环的本质原因是过小的计算步长会引起恒定电流场相关数学方程无解。图2中不同的颜色代表不同的电位,单位是伏特。由图可知,电位分布与地网分布相似,呈现出矩形网格状,网格中心点电位比网格线上电位低,这是屏蔽效应的结果;变电站右上角大门处,地面电位变化比较平缓,且图3显示此处电位较低,图4显示此处电位梯度不大,这是设置了帽檐式均压带的结果。
从图3可以看出除右上角外地面电位总体变化均匀;X=200,Y=350处,地面电位最大,最大值为16000V,是因为此处垂直接地体布置较多,地网结构较复杂的原因,另外也可以说明地网并不是接地体越多,梯度电压越低。
从图4可以看出整个变电站的地面电位梯度变化总体均匀、较低,但是在地网四周有突出毛刺(表示电位梯度较高),是因为此处位于变电站地网的边界,地网与非地网结构连接处引起的电位升使得此处电位梯度较大。
2 结束语
(1)对比实验室试验计算电阻和程序计算接地电阻验证了程序的合理性和正确性;(2)文章程序可以计算规则矩形地网、不规则地网、圆形地网(如帽檐式均压带),实用性较强;(3)图1中变电站计算得到的接地电取降低电阻的措施,可以考虑和相邻地网并联或者增加地网面积等措施;为防止转移电位引起的危害,对可能将接地网的高电位引向站外或将低电位引向站内设施,进一步采取隔离措施;(4)地网分界点处电位梯度较高,可以借鉴圆形均压带降压的措施进行地网改进,也可以在分界点铺设电阻率较高的砾石、碎石等介质。
参考文献
[1]周浩.特高压交直流输电技术[M].杭州:浙江大学出版社,2014.
[2]王士鑫,任小花,缪志农.220kV变电站接地网的安全性分析[J].电测与仪表,2014,51(4):96-101.
[3]罗晓雪,周文乐,邱宏烈.变电站接地网地面电位分布计算[J].现代电力,2010,27(5):30-34.
关键词:低压电网;存在问题;无功补偿
1 关于低压电网无功补偿含义及其相关模块的分析
1.1 通过对低压电网无功补偿方式的分析可以得知,当下低压电网面临着严峻的调整。为了适应当下低压电网的工作需要,为了更好满足当下工作的需要,进行供电变压器及其输送线路损耗的控制是必要的,从而进行供电效率的提升,保证低压电网供电环境的优化,实现电网中无功补偿合理补偿方法及其装置的选择,保证电网的损耗程度的最大化控制,实现电网综合质量的提升,实现电压比东及其谐波的有效控制,进而保证电压稳定性的提升。
通过对无功补偿定义的深层次探讨,得知通过对无功补偿设备的积极应用,可以进行无功功率的控制,保证系统的整体功率因数的优化,保证能耗的控制,实现电压整体电压质量的提升,这需要进行一系列的无功补偿配置原则的应用,保证总体平衡模块及其局部平衡模块的有效开展,保证局部平衡体系的健全。这也需要进行电力部门补偿环节及其用户补偿环节的结合,进行配电网络,用户消耗无功率的控制,实现配电网的无功功率消耗的控制。为了保证网络模块中的无功功率的有效工作,进行就地补偿模块的应用是必要的。
1.2 在就地工作模块中,为了提升无功功率的输送效率,进行就地补偿是必要的模块,这需要电力部门及其用户展开补偿的合作,进行集中补偿模块及其分散补偿模块的有效结合,进行分散模式的应用。所谓的集中补偿就是进行变电所补偿电容器的装设。所谓的集中补偿,就是进行主变压器的无功损耗的应用,进行变电所输电线路的无功电力的优化,保证供电网络的无功损耗模块的有效开展,保证配电网络无功损耗模块的循序渐进。这需要进行变电所的配电线路负荷端输送模块的应用,进行线损的积极控制,进行无功功率的优化。在中低配电网应用中,进行分散补偿模块的应用是必要的,进行降损及其调压模块的应用,保证降损模块的积极工作。
2 关于低压电网中的无功补偿原理及其应用模式的分析
2.1 为了满足现阶段低压电网的工作需要,进行无补偿原理的分析是必要的,从而进行应用模式的开拓,这对于电压的稳定性提升非常必要的,从而保证其电压质量的提高,保证电力传输过程中的功率损耗模块及其电能损耗模块的优化,保证供配电设备的供电能力的提升。这需要引起相关工矿企业的重视,进行内部供配电系统的应用,保证无功补偿装置的应用,进行无功补偿效益的提升,切实提升低压电网的电压质量,保证配电设备的利用率的提升。这对于企业的整体节能效率的提升都是非常必要的。企业的功率因数直接关系到企业的电价,企业若想降低电力费用,不但要在电力设备的节能保养上下功夫,还要提高企业用电的功率因数,而无功补偿正是企业提高功率因数,实现节能低碳的有效手段之一。
通过对无功补偿模块的应用,更有利于进行电力系统能耗的控制,这需要进行计算公式的应用,进行无功补偿模块的应用,实现电力系统能耗作用情况的分析,保证线损的控制,提升功率的应用率。从而进行有功损耗及其无功损耗模块的分析。这需要按照我国的供用电规定,进行相关工作模块的优化。高压供电用户,其功率因数不应低于0.9,其他电力用户的功率因数不应低于0.85,功率因数低于0.7时,不予供电。若达不到以上要求,应装设必要的无功补偿装置,否则要加收电费。因此,低压电网中的无功无论是对低压电网还是对于用电企业和供电企业都具有十分重要的意义。
2.2 为了满足当下配电网工作的需要,进行用电设备的感性负荷模块的控制是必要的,这需要进行感性无功功率电流相位的控制,保证电压相位的工作状况的满足。在该模块中需要明确到容性无功功率进行感性无功功率的补偿是必要的,以满足当下工作的需要。以减少电网无功负荷,由于超前电流与滞后电流的互补作用,也就是电容性负荷的无功功率补偿了电感性负荷的无功功率。当电网容量一定时,使无功功率减少,从而达到了提高功率因数的目的。
2.3 为了提升电磁感应的无功功率的补偿效率,进行随机补偿模块的应用是必要的,这需要进行电动机的无功补偿方案的应用。一般来说,随机补偿的应用会随着电动机的开关变化而产生变化,进行补偿或者消费。为了保证无功功率的补偿,进行补偿调整的应用是必要的,从而提升其灵活性、简便性,保证随器补偿模块的有效开展。随机补偿主要是将低压容量通过低压保险接在配电变压器上,用来对配电变压器空载无功功率的补偿。此种补偿方法能够有效地平衡配电变压器的空载无功功率,从而提高变压器的利用率,有效降低电网的无功损耗,因此,随器补偿具有较高的经济性价比,是目前最常采用也最有效的无功补偿。
为了更好的进行无距离低压电网线路的工作,进行中间同步补偿方法的应用是必要的,这也需要进行静止补偿模式的配合。保证静止补偿装置及其同步调相机模块的正常开展,实现现阶段无功补偿方案的更新,这种方法适合在线路输电方案中应用。此种方法在线路输电过程中,能够稳定电压,同时对多条输电线路进行降耗补损,并具有较强的调节性能。终端分散补偿。用户终端分散补偿能够在低压电网终端进行有效的补偿,提高用户电器设备的安全性,还能提高电压利用率。
在低压电网无功补偿模块中,进行网损微增率补偿法的应用是重中之重,这需要进行低压集中补偿法、无功经济当量补偿法及其相关方法的应用,保证低压电网的无功补偿环节的正常开展,进一步的提升电压的稳定性,保证其整体利用率的提升。这需要进行静态补偿装置体系的健全,进行其内部装置模块的优化。静态补偿装置一般为机械式接触器投切电容器组,适用于负载变化较小的场合。动态补偿装置。动态补偿以晶闸管作为执行元件,通过跟踪监测负荷的无功电流或无功功率,对多级电容器组进行分组投切,适用于负载变化大,情况复杂的低压电网。
2.4 在低压电网无功补偿装置设置中,要明确到无功补偿实施的必要性,从而提升低压电网无功补偿的效益,进一步的提升高无功功率因数的效益,进行耗损情况的控制,保证稳定电压的优化,这就需要进行电网运作中无功补偿装置的优化,针对不同的应用情况,进行多种补偿装置的配合,比如在随机补偿模块中,进行就地无功补偿装置的应用。实现最方便的无功自动补偿。而对于需要在多条线路节点上实现自动投切要求,并减少变压器无功负载时,就要应用集中无功补偿装置。目前在农网中应用的还有静止无功发生器,这些无功装置的应用,大大提高了低压电网的性能。
【关键词】 线损 GIS 管理系统
1 引言
能源问题,是各个大国越来越关切的重大问题;事关我国现代化建设和全面建设小康社会的大局。深刻认识当前我国的能源资源形势,对于进一步做好能源的科学合理管理和节约用能工作很有意义。线损管理涵盖管理科学中的方法、理论、政策、制度等,又涉及计算机,电力等相关技术。因此,寻求一种技术角度来优化线损管理是追求的目标。结合电力网的地理特性、基于GIS开发适用于电力企业的理论线损管理系统,是当前较为多见的线损管理实现方案。
2 线损管理的意义
线损是电能在电网传输过程中产生的损耗,以热能的形式散失在周围介质中。包括:有功电能损失,武功电能损失,电压损失,习惯称为有功损失为线损。线损又分为,实际线损,理论线损,管理线损。
电力网规划、电力网接线方案的比较和变电所的设计,都需要进行线损理论计算。这种规划、设计阶段的线损计算所要求的准确度并不高,但要求计算方法简便、实用,所以表格法和计算曲线法比较理想。局部的线损理论计算,可用于对一些降损技术措施的效益进行预计,通过技术经济比较来选择经济合理的降损方案。比较全面细致的线损理论计算,可以确定线损电量的大小及其构成,也可以揭示技术线损电量与运行的电压水平、负荷率、平均功率因数等因素之间的关系,从而能比较科学地制定降损的技术措施;全面的线损理论计算的结果,还可与统计所得的统计线损电量相比较,从而估算电能损耗的大小。
节约能源是我国现代化建设的一个重要环节,是大国关心的重要问题。而电能又是日常,生产,生活必须的能源,因此如何管理,降低传输过程中的能源损耗是迫切需要解决的问题。对线损加强管理能够将节约的能源损耗用来进行其它的能源投资。能降低生产成本,提高效率与社会效益。促进技术,设备革新,以及管理思想,制度的提升。最后能够缓解我国地区电力短缺,供需紧张的现状,促进国民经济的持续,稳定地发展。
3 基于GIS的线损管理
GIS是现代科学技术发展和社会需求的产物,是包括自然科学、工程技术、社会科学等多种学科交叉的产物。它将传统科学与现代技术相结合,为各种涉及空间数据分析的学科提供了新的方法,而这些学科的发展都不同程度地提供了一些构成地理信息系统的技术与方法。为更好地掌握并深刻地理解地理信息系统,有必要认识和理解与地理信息系统相关的科学。
近年来,GIS得到的迅猛发展与很多国家对其投入的技术,物质支持是密不可分的。GIS技术以其空间地理分析和强大的数据库被广泛的应用到许多行业中。电网线路分布广泛,地域特征突出。因此GIS可以很好的应用于电力系统,来对信息进行采集,分析,处理,提升企业生产,管理效率。
GIS以地理为角度出发建立计算机程序和地理数据组织而成的信息模型,进行数据采集,空间分析,并有动态预测的能力。从目前应用的行业GIS系统的应用中可以看到,电力GIS在统筹分析全网线路,设备空间分布的同时,还能将页面可视化,将图形结合数据显示到界面上,从而使得工作更加科学,便利,经济。
基于GIS的中低压线损管理系统的建立是一个长期的过程,因此可以划分不同阶段,分目标来完成。在系统的研发过程中,近阶段要实现的目标主要包括:搭建地理信息平台可完成常用操作。为了保证充分地利用地理信息系统的网络拓扑结果,需要良好的网络结构数据库设计。实现电力企业空间数据、属性数据的输入、存储、分析、管理、查询和输出的科学化。在有了拓扑结果的基础上,进行线损计算,同样需要良好的计算数据准备和对计算结果的数据库查询设计。建立理论线损计算模型,实现中低压电网的理论线损计算与分析。解决地理信息系统与管理信息系统之间的数据重叠共享问题,避免多系统数据的处理的重复。
管理系统时要兼顾几个原则:完整性原则,可靠性原则,扩展性原则,安全性原则。系统应完整地具备空间数据和属性数据的采集、处理、查询和输出,以及理论线损计算等基本功能。,电力系统设备节点多,线路分布广泛,网络结构复杂。因此,要保证系统的可靠性和稳定性。应用于电力系统的GIS技术叠加了大量的电力专业成分,这就要求我们所选用的GIS系统平台具有强大的二次开发能力、良好的网络拓扑分析功能。安全技术也是本系统的另一关键所在,系统不仅能够抵御蓄意或无意的攻击破坏,还要具备完善的权限控制机制,从而区别对待不同级别的用户,进行科学管理。
系统功能是否完善直接决定着系统的价值,系统包括数据处理功能,图形操作功能,电网管理功能。利用等值电阻的均方根电流法时所需数据较少,且代表日均方根电流获得相对容易,且电量分配是按比例的,本系统保留这种方法,因此可以得到精确度较高的计算结果。
4 结语
电网线损它可以反映电网结构和运行方式的合理性,同时也能够反应整体的管理水平。基于GIS开发的线损管理系统,在数据库的完备性,平台界面的友好性,使用的简便性都有了很大的提升改善。电力部分进行线损管理,降低损耗,是提高经济效益不可缺少的一部分。基于地理信息系统的线损管理系统进一步提高线损工作人员的工作效率。
参考文献:
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关键词:农村低压电网规划设计选择路线
农村低压线路的路径勘测定位、变压器、导线截面、电杆、横担等的选择进行了介绍。强调了正规设计。农村低压网络主要是1 kV 及以下配电线路构成的以村民生活照明、农副产品加工、农田灌溉、乡镇工业等用电形式的配电网络。这种网络往往受当地气候、地形、用电负荷等条件的影响,勘测和规划设计比较复杂,规划设计的合理与否,直接影响当地经济的发展和该网络的安全运行及日常维护,这就要求勘测设计人员要全方位多领域广角度的进行勘测分析。所以,笔者认为,农网低压网络的规划设计,必须严格按照相关标准慎重进行。
1、路径的选择
由于我国大部分农村民居依山而建,多数村组坐落在半山腰或沟沟岔岔之中,山体滑坡和山洪暴雨时有发生,而村组建设又几乎无远景规划,经常发生今建明改现象。所以,在选择路径时要充分考虑河流改道、山洪冲刷、山体滑坡、土质松软、地基塌陷等自然灾害对线路构成的威胁和损毁,如果采用地埋线进行地下敷设时,还要考虑鼠害、地下水、地下空洞、冻土厚度及地下其它电缆、管道和设施对线路的影响和破坏,同时也要考虑当地经济发展和村组建设的规划等情况,尽量减少不必要的迂回或卡脖子现象,尽量减少跨越和档距过大、转角过多、线路过长等不利于运行和维护的因素,尽量减少增加农牧民负担的现象,从而科学、合理的选择线路走径。
2、网络的选择
为了使配电变压器能够三相负载平衡安全运行和在线路出现故障或检修时减少停电面积,配电变台应尽量安装在网络负荷的中心位置,尽量把供电半径控制在500 m 以内。在规划线路出线时,考虑到村屯的远景发展,将低压线路从配电变台出线口全部采用三相四线制供电,并引出至少2 条三相四线制回路(视现场具体情况分别选择),实行分区分片和动力用户专线供电,在线路发生故障或日常检修时可减少停电面积,但要避免线路迂回现象。无论怎样选择出线回数,都要在保证变压器三相负载平衡运行的前提条件下,根据现场的具体情况合理选择。在有排灌、脱麦等季节性用电负荷较大的村组,尽量考虑设置一大一小可并联的母子配电变压器或可调容的变压器。根据用电的季节和时间,视负荷大小来选择投用大容量配变或小容量配变,在负荷超过大容量配变单台供电能力的情况下,可将两台配电变压器并列运行。在用电淡季可以退出容量较大的一台变压器以降低铜损和铁损。这样,就会避免一些村组配电变压器存在的“大马拉小车”或变压器长期过载运行的不良局面。
3、勘测定位
电杆坑、拉线坑及地埋沟、户表集装台及配电变台的勘测定位,是一项工程网络规划设计中最关键的一个环节,它是决定该网络布局设计是否合理的重要一环。所以,无论新建工程还是改造工程,在勘测定位时,一定要遵循以配电变压器为中心,三点一线、忌低好高、重前轻后、侧深拒浅的原则进行(即:以三点为一条直线的原理定位电__ 杆,忌讳把电杆或集装台修建在低洼之中,而要尽量定在来水不能及的地方;把集装台重点修建在墙院的前面,轻易不要选址到墙院的后面;在挖坑或沟时侧重于深挖,坚决拒绝挖深过浅的现象)。尤其是沿街道架设线路时,要注意档距尽量控制在40m,郊区尽量控制在50m,如遇特殊地段确需加大档距时,应考虑电杆、导线、横档及相关配套材料的机械强度而确定。配电变台安装位置的定位除了考虑负荷中心和供电半径外,如果有较大的负荷,一般要将变压器尽量安装在较大负荷附近,尽量避免把配电变台的位置选择在学校、医院、易燃易爆、不便于施工、巡视检查、检修维护及粉尘较大和人员比较密集的地方。如果是改造工程,则要通过10kV 线路延伸的办法,将配电变台引入负荷的中心位置。
4、配电变压器的选择
配电变压器是一个低压网络的核心,就如同人的心脏一样非常重要。变压器选择得过大,会形成“大马拉小车”的现象,这样不仅增加了铜损和铁损,而且还造成设备的浪费和不合理使用的现象;选择得小又会使其长期过载运行或负荷稍微增大而烧毁变压器,造成更大的经济损失。所以,配电变压器的选择必须根据平时负荷和最大负荷合理进行。必须注意的是,最后确定变压器容量时,还要综合考虑其它一些因素,比如环境温度变化对变压器的影响。同样,变压器台数的合理选择和技术经济比较等等都是影响变压器容量选择的考虑因素。
5、电杆、导线、横担等材料的选择
一.电杆的选择
由于各村组有着不同的地形条件,而地形条件的不同又影响着电杆型号的不同,所以,在选择电杆时要根据现场具体情况,因地制宜的进行勘测选择。主要考虑导线架设后对地和建筑物的安全距离是否足够,横担对相邻建筑物或其它设施的安全距离是否合格。当架设双层线路时,还要考虑上下两层导线间的距离及下层导线对地的安全距离是否符合标准,一般上下两层线路的横担直线杆不小于0.6 m,转角、分支杆不小于0.3 m,同层导线弧垂应一致。当高低压同杆架设时,横担间的垂直距离直线杆不应小于1.2 m;分支和转角杆不应小于1.2 m,如遇跨越其它弱电线路及房屋、树木和草垛时,还要考虑导线对其安全距离。如确实无法保持与其的安全距离时,要尽量加高电杆或采取穿绝缘护套管等措施。平常确定电杆高度可用以下公式来确定:
L = L/6 + S + fm + h
式中L―――电杆高度(m);
S―――导线对地安全距离(m);
fm―――对应于选择一档距导线最大弧垂(m);
h―――横担至杆顶距离,一般取0.15 m;
L/6―――电杆埋深(m)。
二.导线的选择
在选择导线时,首先应掌握该网络下用电负荷的发展情况,主要考虑过去3~5 年负荷的增减和现有负荷情况,结合当地经济发展规划,正确预测和估算未来负荷发展空间。根据国家电网公司的发展规划,结合农村的发展,农村的导线应采用绝缘导线,导线截面选择在50mm2 以上,以利于今后的发展。与此同时,还要考虑电压损失、环境温度、导线发热和未知机械损伤等因素,综合各种情况之后来合理、经济的选择导线截面。
6、其他须注意的几个问题
在采用地埋形式敷设线路时,要充分考虑气候条件、土质及导线散热等情况,特别是土质含酸碱量过高、冻土层较厚的寒冷地区,以及地下水过多的地方不要采用地埋的形式。地埋线在地下需要接头或T接时,最好引到地面进行并修建接线墩。夏天气温过高,冬天气温太低,白昼温差较大的地区不宜采用架空集束导线和绝缘电缆。架空裸铝导线的连接最好使用压接管,T接或引线最好使用并沟线夹;配变高压侧的连接部分尽量使用设备线夹,低压侧的连接则要根据连接部位的金属分别使用铜鼻子或铜铝过渡鼻子。拉线中必须使用拉线绝缘子,户表集装箱内必须安装合适的胶盖闸刀。
关键词: 地域通信网; 抗毁性; 跳面节点法; 可靠性
中图分类号: TN927?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2013)13?0013?03
Evaluation of regional communication network in invulnerability
based on improved jump?range?node method
WANG Liang, WANG Xin?zeng, WANG Ying?hong
(Unit 63893 of PLA, Luoyang 471003, China)
Abstract: To improve the efficiency of regional communication network (RCN) in warfare training, it is necessary to evaluate the invulnerability of RCN and the importance of nodes and links. A new evaluation method of RCN in invulnerability based on improved jump?range?node method is proposed in this paper. The result shows that the improved method is better than the original one. At last, the application of evaluation method for invulnerability of warfare training on RCN is analyzed at the end.
Keywords: regional communication network; invulnerability; jump?range?node; reliability
0 引 言
抗毁性是一种衡量通信网络拓扑结构抗毁能力的指标[1?3],是指具备网络拓扑结构信息后采取有针对性的破坏策略时,网络变成两个或两个以上不相连子网的难易程度。它反映了网络节点或链路不能正常工作时网络性能的变化情况,属于图论中的连通性研究。它仅与网络的拓扑结构和组成网络的节点链路等部件的可靠性有关,而与网络的具体通信体制和路由算法没有关系。
作为在战争环境下使用的一种特殊通信网络[4],地域通信网是敌人重点打击的目标,节点和链路等网络部件更易受到敌方的破坏而失效,从而造成网络的不连通。而网络连通是信息传输的基础,如果网络丧失了连通性,则无论采用何种通信协议、路由选择算法和维护策略,都无法完成信息交换功能。因此研究以网络连通性为目的的抗毁性对地域通信网是十分重要的。
关于抗毁性评价方法,国内外不少文献都有研究,如跳面节点法[5]、最短路径数法[6]、生成树数目法[7]、基于拓扑路径不相交度量[8]、基于节点抗毁性度量值均方差的评估模型[9]等,这些模型各有其评价侧重点,也各有其局限性。本文详细研究了跳面节点法,然后针对跳面节点法的不足提出了一些改进措施,并对抗毁性评价方法在地域通信网对抗训练中的应用进行了分析。
1 跳面节点法的原理及不足分析
首先引入跳面节点的概念。设[G(N,E)]为节点数为[N]、链路数为[E]的通信网络,两个节点之间的链路数称为跳数,称与某一节点[i]具有相同跳数的所有节点为节点[i]具有该跳数的跳面。
跳面节点法认为网络的可靠性[RG]为网络任一节点到其所有跳面可靠性的平均值,即:
[RG=1Ni=1Nri,ri=j=1Mrij]
式中:[ri]为节点[i]到其所有跳面间的可靠性;[M]为距离节点[i]最远跳面的跳数,称为节点[i]的跳距;[rij]为节点[i]到第[j]跳面间的可靠性。跳面节点法认为跳面之间以串行连接,节点[i]到第[j]跳面间的可靠性[rij]有如下联积关系:
[ri1=ri1ri2=ri1?r12ri3=ri2?r23 ?ri(m+1)=rim?rm(m+1)]
式中:[rm(m+1)]为第[m]跳面到第[(m+1)]跳面的归一化可靠性,为此引入跳面间链路数归一化因子[μm]。设第[m]跳面上的节点数目为[nm],第[(m+1)]跳面上的节点数目为[nm+1],两跳面的连接链路数为[lm],则第[(m+1)]跳面上节点数目与节点[i]其余[(N-1)]个节点的比例为[nm+1(N-1)],两跳面的链路数[lm]与两跳面间最大可连链路数[nmnm+1]的比例为[lmnmnm+1],则[μm]为:
[μm=nm+1N-1?lmnm?nm+1=lmnm(N-1)]
所以有:
[rm(m+1)=μmRm(m+1)=lmnm(N-1)Rm(m+1)]
式中:[Rm(m+1)]为第[m]跳面到第[(m+1)]跳面的可靠性。它的计算过程如下。
设第[m]跳面上[nm]个节点中某一节点[s(s=1,2,…,nm)]到第[(m+1)]跳面上的链路数为[ls],[ls]中的每条链路记为[k(k=1,2,…,ls)],显然有[s=1nmls=lm]。设[Rs]为节点[s]的可靠性,[Rk]为链路[k]的可靠性,[Rs(m+1)]为节点[s]到第[(m+1)]跳面的可靠性,则有:
[Rs(m+1)=Rs1-k=1ls(1-Rk)Rm(m+1)=1-s=1nm[1-Rs(m+1)]]
这样,只要网络[G(N,E)]给定节点和链路的可靠性以及网络的拓扑结构,即可计算出网络的可靠性[RG]及节点的重要性[ri]。需要说明的是,当已知网络的拓扑结构,并假定网络中各节点、链路完全可靠时,则[RG]就是网络拓扑结构的抗毁性。
可以看出,跳面节点法是一种简便的网络抗毁性评价方法,不仅可以计算网络抗毁性,还可以用来评价节点重要性。但是通过分析发现,它存在一些问题和不足。首先在计算节点可靠性时,它只考虑了跳面间的迂回路由,省略了跳面内的迂回路由,影响了评价的精度;其次它采用先并联后串联计算跳面间可靠性方法不够严谨。具体如下:
(1)跳面节点法在评估节点重要性时,评估精度不够高。这是因为它计算节点重要性时,没有考虑跳面内节点的连接情况。如图1所示,在计算节点1的重要性时,只需用到节点1到跳面1之间的链路数和跳面1到跳面2之间的链路数,与跳面1内部的链路没有关系。也就是说,在图1中,节点2和节点3之间有没有链路相连,对节点1重要性的计算结果没有影响,这是不准确的。
(2)跳面节点法用串联相乘的方式评价可靠性是不严谨的。同样在图1的左图中,跳面节点法认为节点1到节点3的可靠性等于节点1到跳面1的可靠性乘以跳面1到跳面2的可靠性。假设每个节点的可靠性为1,每条链路的可靠性为[p],则节点1到跳面1的可靠性为[1-(1-p)2],跳面1到跳面2的可靠性也为[1-(1-p)2],那么按照跳面节点法串联计算可靠性的方法,则节点1到节点3的可靠性为[[1-(1-p)2]2],这是不正确的。正确的结果应该是先计算两链路串联的可靠性,再计算并联可靠性,即为[1-(1-p2)2]。
图1 节点1跳面示意图
2 改进的跳面节点法及评价结果
针对第一点不足,可以考虑在归一化因子中增加跳面内链路的影响因子。设第[m]跳面上的链路数目为[sm],为了体现链路数的相对值,可将链路数与该跳面上所有节点全连通时的链路数进行比较。因为第[m]跳面上所有节点全连通时的链路数为[C2nm],所以修改归一化因子为:
[μm=lmnm(N-1)?1+smC2nmN-1]
可以看出,该因子是在原因子基础上增加了一个跳面内路由分量,不仅考虑了跳面内链路的影响,而且将已有链路数与节点全连通时的链路数进行了比较,与全连通网络的可靠性最高的观点相一致。
至于跳面节点法计算可靠性的顺序,要根据跳面内是否有迂回路由来具体对待。如果跳面内有迂回路由,可按先并联后串联的方式计算网络的可靠性。如果跳面内没有迂回路由,则按先串联后并联的方式计算网络可靠性,计算方法如下。设某节点到连续没有迂回路由的跳面[m]的跳距为[d],则:
[Rs(m+1)=Rs1-k=1ls1-i=1dRki]
下面以图2为例,计算三种拓扑结构的节点重要性和网络可靠性。假设节点和链路完全可靠,则[Rm(m+1)]=1。
以改进的跳面节点法为例计算G1(6,10),计算过程如下:
[r1=r6=251+05+251+05?42×51+15+251+05?42×51+15?22×51+15=0.600]
[r2=r3=r4=r5=451+05+451+05?24×5?1+465=0.891] [RG1=15i=15ri=0.794]
图2 三种地域通信网拓扑结构
分别用两种方法对三种拓扑结构图进行计算,结果见表1。
由表1中数据可以看出,在评价节点重要性和网络可靠性时,改进的跳面节点法同原方法保持了结果一致,拓扑1的可靠性要高于拓扑2,拓扑2的可靠性要高于拓扑3。通过节点1的重要性值可以看出,如果用原方法计算,拓扑1和拓扑2中节点1的重要性是一样的。用改进方法计算,节点1的重要性有所提高,体现了跳面内路由的存在。
3 抗毁性评价在地域通信网对抗训练中的应用
地域通信网要素对抗训练是通信部(分)队训练的一个重要组成部分,研究地域通信网的抗毁性评价可以更好地指导和开展地域通信网的攻防对抗训练。对于进攻力量,可以针对网络中的重要节点和链路,有目的地进行干扰力量配置和战术战法运用。对于防御力量,一方面可以进行网络的优化设计,另一方面通过重要节点和链路的防护来提高整个网络的可靠性。另外,还可作为地域通信网构建调整和重组水平的评估指标。
3.1 指导进攻力量进行干扰力量配置和战术战法运用
在地域通信网对抗训练中,进攻力量通过对地域网拓扑结构的分析,找出网络中的重要节点和链路,就可以有针对性地进行干扰力量配置和战术战法运用。如在地域网对抗训练中用到的“围点断链”战术,就是建立在对重要节点和链路的评估上。该战术利用通信对抗装备对敌方地域通信网中起决定作用的节点和链路实施干扰,以降低或破坏敌方地域通信网的整体作战效能。节点是地域通信网的生命线,用多部干扰机在多个频率点上,干扰重要节点的所有通信路由,阻断与其他节点的联系,降低、扰乱或破坏地域通信网局部乃至整体功能,最终瓦解系统结构。
3.2 指导防御力量进行网络优化设计和重要对象防护
作为一种野战条件下的通信保障装备,地域通信网在进行网络规划设计时就应该将抗毁性测度作为一项重要的参考指标。在立足现有装备数量、配置地域的基础上,防御力量应该按照抗毁性测度最大化的方式进行网络设计,并在重要节点和链路上采取备份等措施进行重点防护。如图2(b),(c)两者的装备、地域等条件相同,只有拓扑结构不同。通过计算可知,拓扑2的抗毁性比拓扑3大,所以应该采取拓扑2所示的拓扑结构,并应在节点重要性比较高的节点2,3,4,5进行重要防护。
3.3 作为地域通信网构建调整和重组水平的评估指标
地域通信网构建完毕投入使用后,并不是一成不变的。它需要根据战斗演变进程,进行网络结构的调整和重组。抗毁性评价方法通过对节点重要性、网络可靠性指标的计算来衡量地域网的抗毁能力,可以对使用者快速构建、调整和重组地域网的水平作出合理的评价。
4 结 语
可靠性是一门综合性比较强的边缘学科,涉及到基础学科、技术学科和管理学科中的许多领域,目前还处于不断的发展之中。地域通信网可靠性研究也经历了一个从简单到复杂的发展过程,从最初的设备可靠性发展到网络的可靠性,进而发展到网络的通信完成性。作为一种用于军事目的特殊通信网络,研究基于连通性为目的的抗毁性评价是有意义的。关于抗毁性评价方法,国内外文献也提出了大量的方法[10],但都是从某一个角度进行分析得出,适用性受到一定限制。
本文以跳面节点法为基础,分析了跳面节点法存在的不足,提出了相应地改进措施,并对抗毁性评价方法在地域通信网对抗训练中的应用情况进行了说明。由于地域通信网可靠性研究还在不断发展之中,未来提出适用性更强、准确度更高地抗毁性评价方法将是继续研究的重点。
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关键词:变电站;铜接地;钢接地;技术性;经济性;比较
近年来,我国的电网建设取得了很大的发展,在线路容量方面也发生了很大的变化,线路出现短路的问题可以利用接地电阻来进行解决。变电站在建设过程中,按照相关规程来进行计算,在接地电阻方面出现了阻值越来越小的情况。变电站在发展过程中,对很多的新技术进行了利用,因此,在接地阻值变化的过程中,对变电站的运行安全也带来了很大的影响。对接地网事故进行统计分析发现地网腐蚀是导致问题出现的重要影响因素。为了防止这种事故再次发生对电网的运行稳定性进行影响,可以采取必要的措施进行预防。通常情况下,铜质材料的接地地网在使用过程中要进行不定期的检查,在土壤以及地下水变化的情况下,对铜质材料的接地网会产生很大的影响,但是,使用这种材料在使用性能方面却比钢制材料更好,在投资初期,铜质材料的费用相对较高,在设计寿命周期方面却非常好,因此,在维护费用方面也非常少。
1 技术比较
1.1 性能比较
1.1.1 导电性能
铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24×10-6(Ω・mm)和138×10-6(Ω・mm),因此铜的导电率是钢的8倍。铜接地体在导电性能方面更好,在进行布置时,安全指标也更加好。
1.1.2 热稳定性
铜的熔点为1083℃,短路时最高允许温度为450℃;而钢的熔点为1510℃,短路时最高允许温度为400℃。在接地体截面积相同的情况下,铜材的热稳定性更加好,而且,在热稳定性相同的情况下,钢材的接地体截面积却是铜质材料的3倍。
1.1.3 耐腐性
接地体在使用过程中出现的腐蚀主要体现在化学腐蚀和电化学腐蚀两个方面,其中,在多数情况下,这两种腐蚀是同时存在。铜质材料和钢质材料在使用过程中,铜质材料的腐蚀速度是钢质材料的十分之一到五十分之一,在这种情况下,铜质材料的电气稳定性更加的稳定。
钢材在使用过程中被腐蚀时是逐层进行,在使用钢材时可以在表面进行镀锌操作,这样在抗腐蚀能力方面能够得到提高,但是,对其导电性能却带来了降低的影响,因此,在使用过程中要解决的问题也非常多。避免在接头位置出现高温电弧焊导致的点腐蚀情况,一般情况下,铜质材料使用年限会在十年,在铜腐蚀过程中不出现点腐蚀情况在使用寿命上会出现延长的情况。铜接地网在进行使用的时候,要进行开挖检测工作,工作量非常大,因此,对于GIS变电站而言非常容易导致无法进行的情况。
1.1.4 铜接地体施工方便
在设计方面,主网采用铜绞线,这种材料在使用方面柔性非常好,同时,在弯度方面半径非常小,在弯曲方面效果非常好,穿管过程中非常容易。铜绞线在进行使用时能够实现成卷使用。在搭接位置能够进行放热焊接,在施工工艺方面非常简单,这样对铜接地网的连接质量能够进行保证。
1.2 截面选择
一般变电站中的主接地网采用60×8(截面480mm2)的镀锌扁钢,接地引下线采用80×8(截面640mm2)的镀锌扁钢。一般变电站中的主接地网采用150mm2(裸铜纹线),接地引下线采用200mm2(铜排)。铜接地体的截面显著小于钢接地体。
1.3 接地体连接方式
变电站中接地网金属导体在使用的时候会出现大量连接的情况,在进行连接时,主要保证其连接的可靠性和牢固性,才能保证接地网运行的可靠性。钢接地网在进行连接时仍然在使用传统的电弧焊连接方式,在高温情况下,会对焊接位置的镀锌层带来一定的破坏,同时,也会导致点腐蚀问题的出现,对导体的接地寿命也会带来一定的影响。电弧焊在连接方式上不是分子性连接,因此,在使用中,其导电性会受到很大的影响。钢接地网在连接方式是进行了研究和设计,但是,在经过很多尝试以后,并没有找到更好的方式。钢接地体在截面积方面比较大,因此,在连接方式上进行模具制造相对比较困难,同时,因为其本身防腐性能比较差,导致焊接的质量无法进行保证。
2 经济比较分析
2.1 220kv某变电站建设规模
主变压器:本期建设1×180MVA主变,远景2×180MVA主变;220kv出线:本期2回,远景6回;110kv出线:本期4回,远景10回;35kv出线:本期3回,远景8回。无功配置:本期2×10Mvar并联电容器组,远景4×10Mvar。
2.2 配电装置形式
220kv及110kv配电装置均采用屋外支柱管母中型布置型式。35kv配电装置采用屋内高压开关柜单列布置。变电站占地面积20158m2。
2.3 接地材料统计
接地材料统计见表1和表2。
表1 采用钢接地设计的材料表
表2 采用铜接地设计的材料表
2.4 指标及评价
采用“年费用法”对两种接地方案进行经济评价,经济评价结果见表3。
表3 220kv变电站铜接地与钢接地经济评价
说明:导通试验每年一次,数年平均计算;接地网测试6年一次,每年摊销。建设期贷款利息6.12%。
可见,无论是否计及放热焊接点费用,铜接地方案的年费用均较钢接地方案低。不计及放热焊接点费用时,铜接地方案优越性更加显著。
3 结束语