辽宁电网容载比问题及合理取值研究

商文颖，夏俊岩

(1．辽宁省电力有限公司电力经济技术研究院，辽宁 沈阳 110006;2．国家电网公司，北京 100031)

容载比是指某一供电区域内，变电设备总容量与对应总负荷的比值。容载比的确定是电网规划中的重要内容，不仅与网架结构、故障情况下的负荷转移方式以及供电可靠性有直接的联系，而且对资金的合理投入与利用有深远的意义。

近年来，辽宁电网建设规模不断扩大，变电站布点逐步增多，各电压等级变电容量不断增大，但受经济形势及负荷分布不均影响，出现了电网各电压等级整体容载比偏高，而局部地区因变电容量不足导致负荷受限的局面。本文从辽宁电网容载比现状入手，分析辽宁电网负荷发展与变电容量配置间存在的问题，并考虑应用范围、电网结构、负荷发展的均衡度、负荷发展的裕度和不确定性等因素对电网容载比取值的影响，探讨分层分区电网容载比的合理取值。

1 容载比的定义解析［1－6］

1.1 容载比的定义

《城市电力网规划设计导则》中容载比的定义:变电容载比是指在某一电压等级中，变电容量在满足供电可靠性基础上与对应的最大负荷之比。另外，《城市电力网规划设计导则》中还给出了对应的城网负荷增长速度可分为较慢、中等、较快3种情况，相应各电压等级城网的容载比，宜控制在1.5～2.2。表1列出了对应不同负荷增长速度容载比取值的指导范围。

表1 不同负荷增长速度各电压等级容载比取值表

1.2 容载比定义的弊端

随着电力工业的快速发展，电网日益成为配电网络，部分变电站负荷变化甚至取决于一个或几个工业区的建设或扩建搬迁，这便造成了实际电网中各变电站的供电容量及负荷分布不均衡。就整个电网而言，可能出现全网同一电压等级的变电容载比偏高，但局部变电站会出现“超载”现象。

在实际电网规划中，一般采用容载比来确定某一个电压等级的整体容量，然后再用负载率来选取单个变电站的容量。负载率定义为:变压器所带负荷的视在功率与其变电容量之比。工程中负载率的取值大小与变压器数量、电网结构及经济运行情况等因素有关。当运行台数一定时，其取值主要是考虑变压器在N－1短时故障情况下确保其余主变安全运行的最大允许运行率，也就是容载比中提到的变压器的安全运行率。不同变压器台数下的负载率取值的高、低方案:2台时为50% ～65%;3台时为67%～87%;4台时为75% ～100%，而实际电网中还存在单台单变的现象。

相对于容载比来讲，负载率的计算取值中并未考虑到负荷的发展因素，它只能确定电网中某一个时间点的变电容量，并不能体现在负荷动态发展情况下的某一个时间段内的容量裕度情况，难以在规划变电站的容量中使用。

2 辽宁电网容载比现状及存在问题分析

2.1 电网容载比现状

辽宁电网500 kV、220 kV、66 kV容载比分别为2.30、2.64、2.67，均高于导则要求，容载比偏高。

500 kV变电站容载比小于1.5的变电站3座，占比16.67%;大于2.0的变电站6座，占比33.33%;在1.5～2.0之间的变电站9座，占比50%。

220 kV容载比高于2.1的变电站50座，占比30.5%;低于1.6的变电站36座，占比21.9%;在1.6～2.1之间的变电站78座，占比47.6%。

66 kV容载比高于2.2的变电站476座，占比35.5%;低于1.8的变电站234座，占比17.5%;在1.8～2.2之间的变电站631座，占比47%。

2.2 问题分析

a． 容载比偏高的原因

容载比偏高的原因如下:为满足未来负荷增长而新投产的变电站容载比偏高;由于负荷增长缓慢或用电项目发生变化，导致容载比偏高;为提高电网供电可靠性进行电网建设导致容载比偏高;农网地区负荷发展缓慢导致容载比偏高;由于风电的大规模接入系统，导致容载比偏高;由于电网结构限制不能转移负荷造成部分变电站容载比偏高。

b． 容载比偏低的原因

容载比偏低的原因如下:变电站布点少，负荷密度高及发展较快导致容载比偏低;典型负荷的集中用电导致容载比偏低;电网建设滞后，不能按时投产导致容载比偏低;部分地区网架结构比较薄弱、装备水平较差导致容载比偏低。

3 规划容载比的确定

3.1 规划容载比计算公式

根据城网规划设计导则中的定义，有:

式中 R——容载比;

K1——分散系数;

K2——功率因数;

K3——主变压器运行率;

K4——发展储备系数。

容载比合理取值的关键在于如何在分析各地电网不同特点的基础上，确定上述4个系数的合理数值。

3.2 各影响系数合理取值的确定

3.2.1 分散系数K1

分散系数K1=电网内各主变压器最高负荷累加值/电网总负荷最高值。体现了容载比的应用范围，体现在规划电网中考虑了各主变压器最大负荷与电网总负荷最高值之间的同时率。

应用于单个变电站时，如果主变压器并列运行，K1=1;主变压器分列运行时，K1＞1，即各主变压器最高负荷代数和除以全站最高负荷。由于多个变电站之间必定存在不同时出现最高负荷的现象，因此分散系数K1通常大于1，且应用范围越大，变电站越多，K1的数值就越大。

3.2.2 平均功率因数K2

表征容载比应用范围内电网的平均功率因数，可从运行数据积累获得。电网规划中要求变电站中变压器一次侧的功率因数应达到0.95以上。

3.2.3 变压器运行率K3

《城市电力网规划设计导则》中，不同变压器台数下K3的取值为

式中:KH为变压器短时允许过载率;N为变电站变压器的台数;Se为每台变压器的额定容量。式(2)中没有考虑变压器发生N－1故障时其余变压器所带负荷的不均衡度。而实际运行中，如果变电站中变压器分列运行超过3台时，若其中的1台主变发生故障，其负荷可能会不均衡地转移到剩余的变压器上，这就可能造成有些变压器短时负载超过其极限值 (130%)。当主变台数越多时这种情况会越明显。

为使式 (2)更适应实际电网的分析，将式(2)修正成式 (3)，配网转出负荷的能力为Lout时:

式中:L=min ［Se(KH－1)(N －1)，Lout］

由于在N－1情况下，主变压器可以短时过载，并可将该过载的部分负荷转移至相邻配网，因此，主变压器在N－1情况下的短时负载能力比额定值高，其增加值L为短时过载能力Se(KH－1)(N－1)和负荷转移能力Lout的最小值。

3.2.4 发展储备系数K4

发展储备系数目前未有定量计算公式，以下提出相关计算公式供参考。

a． 负荷的不确定性系数K41

城市电网规划中要求负荷预测 (年均增长率)有高 (Rmax)、中 (Rmed)、低 (Rlow)3个方案，以应对负荷的不确定性，一般采用的方案是取Rmed。因此，负荷发展的不确定性可以通过负荷预测来求得，建议根据负荷预测方案中的Rmax和Rmed值之比求得负荷的不确定性系数K41，即:

K41=Rmax/Rmed(4)

b． 电网建设速度的不确定性系数K42

城网规划中水平年的变压器容量通常是根据各地制订的标准建设工期来安排的。而实际上建设工期可能超前，也可能滞后。一般可根据各地上一个5年计划内j项电网建设项目的实际情况 (设第i个项目实际工期Pi，其项目标准工期PSTi)，求得工期滞后年数Y，再由年平均负荷增长率r，可求得电网建设速度不确定性系数K42:

虽然某些地区电网的不确定性较小，但由于适度超前发展的需要，仍应保持适当的容量储备，因此储备系数应有一个最小值，这里推荐为1.1。发展储备系数取值为

4 辽宁电网容载比合理取值计算

4.1 分散系数

由于500 kV容载比是就全省而言，给出一个合理的推荐取值，500 kV分散系数原则上不分地区分析，采用500 kV变电站最大负荷的总和与500 kV网供负荷的比值，K1500=1 853.3万kVA/1 388万kVA=1.34，220 kV、66 kV变电分地市给出，采用各地市220 kV、66 kV变电站最大负荷总和与各地市220 kV、66 kV网供负荷的比值，并据此得到全省K1220=1.16、K166=1.30。

4.2 功率因数

从积累的运行数据分析可得，辽宁500 kV电网平均功率因数取0.98，220 kV电网功率因数取0.95，66 kV功率因数取0.92。

4.3 变压器运行率

主变过载能力按1.2考虑。辽宁农网地区较多，且存在一定比例的单变变电站，按单变变电站平均负载率为50%，且主变故障时负荷能够全部导出。

500 kV主变压器运行率K3取0.67，220 kV、66 kV主变运行率为0.65、0.61。

4.4 发展储备系数

辽宁电网建设难度较大，平均建设工期滞后年数Y=1年;规划负荷年均增长速率为9.1%，负荷预测方案取Rmax=10.1%，因此得到发展储备系数为1.1。

4.5 辽宁电网容载比取值

由上述分析可得，辽宁电网各电压等级容载比校验参考值500 kV容载比校验参考值为2.24，220 kV容载比为2.06，66 kV容载比校验参考值为2.57。

5 结束语

与实际容载比对比可得辽宁电网各电压等级容载比实际值均高于校验参考值，电网建设略超前，但从根据辽宁电网实际情况出发推导出的辽宁电网容载比校验参考值与导则规定的容载比取值范围有一定区别，在地区电网评估和规划建设中还应针对各地区实际特点制定合理的容载比参考值，指导电网更加合理有序发展。

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