湖南·中铁株洲桥梁有限公司 郭小波

 

  保证主接线在满足变电站可靠供电的前提下，减少其工程寿命费用，是目前主接线选择和设计面临的问题。本文基于全寿命周期成本（LCC）管理，对某220kV变电站主接线的经济性进行全面分析。现有技术方案需对不同类型元件需建立不一样的模型，且计算量较大。采用本文方案只需建立一个模型，将所有相关元件的可靠性评估全归入到了一个矩阵中，通过考察出线的可靠性来评估主接线的可靠性。综合比较，本文所提出的方案较现有方案而言，优化了建模过程，大大减少了计算量。

1 基于LCC的主接线经济性评估

  LCC分析是按一定的流程对设备周期内的成本进行量化，并加以定量描述。主要目的是在量化的基础上进行决策和分析，优化设备的投资方案和经济收益。LCC模型如下：

        LCC=CI+CO+CM+CF+CD（1）

  式中：CI为投资费用；CO运行费用；CM维护费用；CF为停电损失费用；CD为废弃费用。

  为简化计算，本文中CF只考虑由停电带来的直接损失，其计算模型为：

        CF=EENS×P=T×E×P（2）

  式中：EENS为期望缺供电量；T为出线故障停运时间；E为故障时单位时间内通过该线路输送的电量；P为单位电价。

2 主接线可靠性计算

2.1 元件状态模型图的建立

  通过元件失效和主变到出线之间的供电状态，评估主接线的可靠性。元件失效分为主动失效和非主动失效，主动失效会造成系统中正常运行元件停运，而非主动失效则只是故障元件停止工作。

  主接线中的主要器件有变压器、母线、开关、刀闸等。本文通过建立元件运行、故障和检修三状态空间模型来分析主接线的可靠性，模型如图1所示。

  图1中：λm表示元件故障率，λp表示元件检修率，μm表示元件从故障到正常工作的概率，μr表示元件从检修到正常工作的概率。

2.2 基于关联矩阵法的可靠性计算

  对主接线中t台变压器、m组母线、n台开关、l条出线，参考公式可以得到出线的关联矩阵，计算主接线可靠性。

  各类元件故障率矩阵：

         λA=［λA1，λA2，…，λAN］T（3）

  式中：λAi为A类元件中第i台的故障率；λA为n×1阶矩阵。

  各类元件故障停运系数矩阵：

           KAri=■（4）

  式中：KAfi为A类元件中第i台的故障停运系数;TAfi为A类元件故障的停运时间矩阵。

  各类元件计划检修停运系数矩阵：

           KAri=■（5）

  式中：KAri为A类元件中第i台元件的计划检修停运系数；μAi为A类元件检修时间矩阵。

  正常工作系数：

    K0=1-I1（KTf+KTr）-I2（KBf+KBr）-I3（KMf+KMr）（6）

  式中：I1=［1，1，…1］（1×p）；I2=［1，1，…1］（1×q）；I3=［1，1，…1］（1×r）；KTf为变压器故障停运系数；KBf为断路器故障停运系数；KMf为母线故障停运系数。

  一元件检修时，另一元件故障，导致对应出线断供概率矩阵λrf：

           λrf=λrifj=Kriλrj（7）

  式中：i≠j，i=1，2…，t+n+m；j=1，2，…，t+n+m。

  λrifj为第i个元件检修时，第j个元件故障，导致相关线路断供的概率。

  主接线中单个元件故障，导致对应元件停运的概率矩阵λr0f：

           λr0f=λr0fj=K0λfj（8）

  式中：j=1，2，…，t+n+m；λr0fj为单个元件j故障导致对应出线断供的概率。

  关联矩阵的列表示出线，行表示变压器、母线和开关，矩阵中元素表示元件之间的结构关系。

         G=（gij）［（t+n+m）×l］（9）

  式中：i=1，2…，t+n+m；j=1，2，…，l。

  各回路的故障率矩阵：

          λ=IλryG=λr0fG（10）

  式中：I1=［1，1，…1］［（t+n+m）×l］。

  各回路故障停运时间：

        Tf=［∣TBfn∣∣Tft∣∣TMfm∣］T（11）

      Te=［∣TBfnλBn∣∣TftnλTr∣∣TMfmλMm∣］T（12）

  式中：Tf表示各元件故障时间矩阵；Te表示原件故障时间期望矩阵。

  一元件检修，另一元件故障时，线路断供时间矩阵Tr：

           Tr=［λrfTf］TG（13）

  单一元件故障，出线断供时间T0：

           T0=［K0Te］TG（14）

  各出线每年停运时间T：

            T=Tr+T0（15）

3 实例分析

  利用上述推导结论，现对某变电站220kV的双母线接线方式进行分析，该站双母线接线如图2所示。

  现结合式（3）～（15）对图2进行可靠性计算。关联矩阵的出线按L1～L6进行列排列，元件按T1～T3、B1～B6、M1～M3进行行排列。由图2可得双母线接线的关联矩阵，在计算中采用的原始数据见表1。

  变电站6条出线的平均负荷为20MWh。

  计算可得双母线接线方案可靠性指标，见表2。

  由表2中的计算结果可以看出：双母线单分段接线年停运时间和线路故障率都优于双母线接线。计算可知，双母线接线的停电损失费用高于双母线单分段接线。综合以上可靠性与经济性的分析，推荐该变电站采用双母线单分段的接线方案。

4 结束语

  本文采用基于LCC的主接线评估方法来分析变电站主接线的可靠性与经济性，结合出线故障停运时间、出线单位时间送电量及单位电价来确定该主接线的停电损失。较其他数据而言，能更直观、精确的反应供电成本。通过建立状态空间模型和关联矩阵对出线可靠性的计算，评估主接线的可靠性，在保证计算精度的基础上简化了计算过程，有计算量小的优点。最后，通过实例计算，验证了其可行性。