模糊数学法在扩建机组接线方案分析中的应用——以雷公口电站3号供水机组为例

近年来，水电站技改工程进入高发期，而扩建机组的接线方案则是技改设计卡脖子环节。接线方案在微观上会影响到电气设备与配电装置的选择与布置、继电保护与自动装置的配置与控制方式，在宏观上对区域系统整体及水电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性等有重大影响，因此需要明确新老机组的联接关系以及可能存在的运行方式。当前，业界对接线方案的分析评价方法主要有经验评判法、层次分析法、灰色系统法、综合指数法等。本文以雷公口电站3号供水机组的接线方案为例，阐述模糊数学法在方案评价中的应用研究。

1 工程概况

1.1 电站及扩建工程情况

雷公口电站为麻阳溪流域的龙头水库电站，坝址位于大坡村雷公口，集雨面积101 KV2，总库容5 231万m3，最大坝高86.3m，正常蓄水位463.0m。雷公口电站现装有2台6000 JQ的立式混流式水轮发电机组，设计引用流量16 m3/s，设计水头85.0 m，设计年发电量3 494万KWh。电站主变容量16 000 KVA，以一回LGJ-120 30 KV的110 KV线路接入麻沙变电站并入电网。为满足建阳区水资源配置及下游河道生态流量和城镇供水要求，拟在雷公口电站增设1台3200JQ水轮发电机组，利用供水流量进行发电。增容后电站的年设计发电量为3 651万KWh，年设计增加发电量157万KWh。

雷公口水库的供水方式：满足下游生态、生活、生产用水需求；汛期可加大发电流量，减少弃水，提高发电效益；枯水期下泄流量应控制在0.89～3.82 m3/s之间。水库水位低于439.0 m时，水库宜用供水机组发电供水，做到减少供水量；水库水位低于415.0 m时，应用供水机组发电供水，并向下游发出缺水预警，以满足估水年城镇供水需求。由于水库承担着城市供水的任务，供水的连续性决定了电站发电的连续性，电站的供电可靠性也非同于一般的水电站。

四是突出从严从紧抓好资金管理的监督。在外部项目工程运行中，要全面推行资金预算管理，在资金预算的执行过程中，执行切块包干，责任到人的办法，严格控制费用支出，通过召开经济运行会的办法，客观分析生产经营过程中存在的问题并及时采取措施纠偏。

根据雷公口水库坝址的径流分布及水库特性，结合各季节城市供水量的日变化，确定电站平水年的出力—时间分布，如表1所示。

1.2 电站周边电网现状

建阳行政区域内现拥有220 KV变电站2座；110 KV变电站5座，110 KV电网主要为辐射式和链式接线；35 KV变电站8座，35 KV电网主要为辐射结构，部分为单环网结构。其中35 KV黄坑变电站主变容量为5+5 KVA。小型水电站及企业自备电厂共115座，总装机容量150.97 MW。

10 KV电压接入的电压降计算：

 

表1 电站平水年的出力—时间分布

  

出力/JQ运行时间/h发电量/万KWh 2×6 000+3 200 500 760.0 2×6 000 850 1 020.0 1×6 000 770 462.0 1×3 200 850 272.0 1×3 200×0.8 2 200 563.2 1×3 200×0.5 3 590 574.4

雷公口电站到35KV黄坑变电站的距离约6KV，有一回电站备用厂用电的10 KV LGJ-70线路接入黄坑变电站；雷公口电站到110 KV麻沙变电站的距离约30 KV，有一回LGJ-120的110 KV线路接入麻沙变电站，具体地理接线见图1。

  

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图1 建阳区雷公口周边电网现状地理接线图

2 机组接线方案初设

2.1 接入点可行性分析

结合建阳区电网的现状，雷公口电站3#供水机组接入点分析如下。

2.1.1 一类接入点—110 KV电压等级接入

雷公口电站3#供水机组与原机组共同以110 KV电压等级接入110 KV麻沙变电站，输电线路及接入110 KV麻沙变电站的间隔不变。

雷公口电站增加供水机组后总装机15.2 MW（12.0+3.2 MW），功率因数以0.95送网，至110 KV麻沙变电站的电气距离为30 KV，以110 KV电压等级接入110 KV麻沙变电站（导线为LGJ-120）线路电压降为：

 

2.1.2 二类接入点—10KV电压等级接入

雷公口电站3#供水机组以10 KV电压等级接入35 KV黄坑变电站，送电线路可利用原有线路走廊。联接黄坑变电站的各线路潮流分布见图2。

3.3.2 运行成本比较

一是彻底分权模式，如美国联邦和州彻底的政治分权，事权和支出责任按照相应的项目划分，联邦项目的事权和支出责任归联邦，州项目的事权和支出责任归州，市项目的事权和支出责任归市，从项目决策、执行、监督到相应责任追究及惩罚机制，都在各级政府内部自行解决，形成权责内洽的分权模式，如美国地方政府可以破产，就是后果自担或化解风险的权责内洽分权管理机制。

我国大多数的行政事业单位都没有建立科学的内部控制管理体系，没有用严格的制度和条例来约束部门员工和财务人员的日常工作行为。我国虽然推行了《行政事业单位内部控制规范(试行)》条例，但没有切实地进行监督和管理工作，体系落实得不够到位。由于我国政府监督和整改力度不够，使得很多行政事业单位的内部控制体制落后，缺乏科学的指导，内部人员和财务管理混乱，也没有明确的内部控制制度，内部控制的管理办法一直没有落实到位。新型的管理办法会使一部分行政事业单位在短时间内很想形成严谨的内部控制体系，一些传统的管理方式制约了单位改革的进程，现代化的管理方式在结构老化、管理模式固化的行政事业单位中产生了“水土不服”的情况。

方案3：扩建电站6.3 KV发电机母线为单母线分段，新增的3#供水发电机组接入扩建的6.3 KV发电机母线，把原有10.0/6.3 KV的联络变压器增容为4.0 KVA，根据3#机装机规模，改造电站至黄坑变的10 KV出线。

根据电站原有电气主接线及周边变电站的情况，初步拟定4个供水机组接线方案[1]，接线见图3（虚线框内为原有设备），各方案的特点如下。

 

  

图2 雷公口电站供水机组投产前后黄坑变潮流分布图

 

上述计算表明，本电站供水机组以110 KV电压等级接入麻沙变电站或以10 KV电压等级接入35 KV黄坑变电站，线路电压降均满足电压质量要求。

2.2 供水机组接线方案

一方水土养一方人，作为榆盘人，年年岁岁种洋芋，岁岁年年吃洋芋，再轻轻地哼一曲《榆盘洋芋花儿开》，神仙的生活也不过如此。

方案1：扩建电站的6.3 KV发电机母线，新增的3#供水发电机组接于此母线，将主变容量更换为20 KVA。

2.4 两组不良反应比较 治疗过程中，两组均未出现红细胞减少、血小板下降，对照组出现白细胞减少1例（2.08%）、恶心1例（2.08%）、头晕1例（2.08%），不良反应发生率为6.25%；研究组出现白细胞减少2例（4.17%）、恶心1例（2.08%）、皮疹1例（2.08%），不良反应发生率为8.33%。两组不良反应发生率比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

方案2：新建1台6.3 KVA主变与新增的3#供水发电机组组成发变组，接入电站110 KV母线。

3#供水发电机组以cosφ＝0.95运行，10 KV电压接入黄坑变电站，导线选LGJ-150时线路压降为：

方案4：3#发电机组出线电压选10.5 KV，直接接在雷公口10 KV母线上，根据3#机装机规模，改造电站至黄坑变的10 KV出线。

[2]叶太青：《闽东北片方言语音研究》，福建师范大学博士论文，2007年，第42-69,69-98页。

3 方案比较

3.1 初步分析

  

图3 建阳区雷公口#3供水机组接入方案简图

方案1的优点是主接线简单，缺点是投资大，灵活性、可靠性低。方案2的优点是当1台主变检修时，不影响机组供水发电；缺点是造价高、可靠性较低。方案3的优点是1台主变或1回线路检修不影响机组供水发电，可靠性高且造价较低，正常运行方式下（送麻沙变电站）的线路损耗小，只有供水机组发电送黄坑变电站时段的线路损耗率较大（这种运行方式的时间每年一般小于620 h，泄洪和挖库约为500 h、110 KV主变或线路检修小于120 h，线路损耗量不大）。黄坑变电站可通过此10 KV线路弱联，提高供电可靠性，缺点是主接线较复杂。方案4的优点是1台主变或1回线路检修不影响机组供水发电、造价较低；缺点是灵活性差，供水机组发电只能送黄坑变电站，年线路损耗量大（这种运行方式的时间每年一般超过6 640 h）。

3.2 可靠性比较

方案1和方案2，机组发电送麻沙变电站。方案3，3#供水发电机组在泄洪、挖库、110 KV主变或线路检修时送黄坑变电站，其余时段送麻沙变电站，供水发电的可靠性最高。方案4，1#和2#机组发电送麻沙变电站，3#供水发电机组送黄坑变电站，供水发电的可靠性最高。

3.3 经济性比较

3.3.1 投资比较

方案1与方案2相比，方案1投资大、可靠性低。方案3与方案4相比，方案4长时间运行的线损量大。用方案2和方案3作投资比较（表2），可见方案2建设内容涉及引水及生态下泄流量旁通及消能装置，且需新增110 KV主变，投资费用更为昂贵。

文中提出一种小尺寸三陷波超宽带天线，天线的整体尺寸为28 mm×24 mm×1.524 mm，结构简单，易于加工制作和系统集成。在矩形加等边梯形的辐射贴片上通过刻蚀U型缝隙，C型缝隙以及增加一对U型旁支结构实现在3.3～3.8 GHz，5～6.1 GHz，7.9～8.8 GHz 3个频段上的陷波特性，分别有效抑制了WiMAX系统，WLAN系统和ITU信号对于UWB系统的干扰。该天线在整个工作频段具有辐射特性级增益，符合UWB通信要求，具有很好的研究前景。

运行成本方面，方案2主要存在停机供水时，将减少发电量，自然也将增加运行成本，计算比较见表3。

 

表2 2个方案不同部分投资比较表

  

比较项目 方案2建设内容 1.新增1台110/6.3KV 6.3KVA主变及两侧间隔2.引水及生态下泄流量旁通及消能装置投资费用 1.1台110/6.3KV 6.3KVA主变及两侧间隔140万元2.引水及生态下泄流量旁通及消能装置80万元方案3 1.新增1台11/6.3KV 4KVA主变及两侧间隔2.改造10KV出线1.变压器及两侧间隔60万元2.10KV出线改造90万元合计：220万元 合计：150万元

 

表3 2个方案运行成本比较表*

  

*设备综合折旧率4%，运行维护费1%

 

比较项目 方案2方案3折旧费 220×0.04=8.8 150×0.04=6.0运行维护费 220×0.01=2.2 150×0.01=1.5线损电量电费（泄洪和挖库时段）停机供水少发电量电费I1＝ P1 3 5=84A I2＝ P 3■ Ucos θ= 15200 1.732×110×0.9■ Ucos θ= 12000 1.732×110×0.95=66A ΔW=3（I12-I22）Rt=3（842-662）×0.29×30×500＝3.52万 kWh电费＝3.52×0.35＝1.23 万元电量=120×3200/10000=38.4万kWh电费＝38.4×0.35=13.44 万元I＝ P 3 5=194A ΔW＝3I2Rt=3×1.942×0.23×6×500=7.79 万 kWh电费＝7.79×0.35＝2.73 万元■ Ucos θ= 3200 1.732×10×0.9 0 0小计25.7万元 10.23万元

3.4 模糊数学法应用分析

根据模糊评判模型[2]，确定所有设计方案的评价指标、指标权重、评价等级、等级隶属度、模糊操作算子、矩阵函数。

3.4.1 评价指标

决定扩建机组接入设计方案质量的指标主要有：运行灵活性、运行可靠性、可持续发展性、工程项目经济性等。据此，评价指标可构成集合：

（一）在网络环境下体验式的自主学习强调以学生为中心，但不是忽视教师的指导作用，而是提倡教师指导下的自主学习。在这个学习过程中，想要取得较为理想的学习效果，是离不开教师的认真组织和精心指导。以学生为中心，并不意味着教师的责任和作用就降低，恰恰相反，它对教师的要求更高，教师的启发、引导作用和事先的准备工作、组织工作较传统的教学都大大地增加。如果在自主学习中忽视了教师的作用，忽视了师生的互动，那么这种教学必将失败，学生必将盲目的探究，甚至会影响正常的教学秩序。所以，在这种体验式自主学习中，教师的作用不应被忽视。

 

上述各个主指标还可细化为分指标，并据此构成分指标集合，如：

 

3.4.2 指标权重

在试验材料方面首先选择了单质肥料作为试验地块主要施肥肥料，其中主要包含了氮肥尿素，含N量在45.5%以上，单价为2.2元/kg；磷肥则选择了过磷酸钙，含有16%以上的P2O5，单价为1.1元/kg；钾肥选择了原产于加拿大的进口氯化钾，K2O含量大于60%，单价3.9元/kg。

即评价指标对接入设计方案的影响程度，以权重衡量[3]，用集合可表示为：

 

同理，各分指标在主指标中的影响程度亦以权重衡量，用集合可表示为：

 

3.4.3 评价等级

扩建机组接入设计方案的指标评价一般可分为好、中、差3个等级，可建立评价等级集合：

 

式中，J1=好，J2=中，J3=差， 可量化为 J={80，60，30}。

3.4.4 等级隶属度

由评价专家对评价等级的隶属度进行赋值[4]，建立隶属度集合：

 

等级隶属度的赋值，可根据模糊运算法则进行“归一化”处理。

据此，进一步选取恰当的模糊操作算子，并按确定的矩阵函数逐级合成分指标评价分值、主指标评价分值M，进而得到设计方案的最终评价分值Q。

本例以3个方案分析，赋值情况及评价结果如表 4、表 5 所示[5]。

术中予60%空氧混合气体吸入维持至缝皮，机械通气维持呼气末CO2分压在30～35 mmHg，新鲜气流量为2.5 L/min。胎儿娩出后，注射0.5 μg/kg舒芬太尼加深麻醉，将催产素(20 U)稀释至乳酸林格氏液(500 mL)中静脉滴注。

比较上述综合评价分值，可见：方案3在运行灵活性、运行可靠性、工程项目经济性等3大主指标分值均接近80，可持续发展性更达84.0分，评价分值Q为78.32，已接近良好水平，为最佳方案。方案2在各项评价主指标方面均基本合格，而方案1则为最差方案。

需求情况：农业需求方面，秋季备肥逐步推进，市场供货持续偏紧，下游贸易商新单补货意愿不强；冬储方面有启动迹象，大型龙头生产企业有部分新单成交，价格多以买断为主。出口方面，受印度卢比贬值影响，印度采购需求进一步放缓；巴基斯坦因传统斋月到来，二铵交投暂缓；企业主要供应预收订单，出口商谈价维持在416-418美元/吨FOB。

 

表4 3号供水机组接线方案评价赋值表

  

注：表中的隶属度已经“归一化”。

 

主指标M权重N 分指标 权重评价等级J与等级隶属度R方案1方案2方案3 J1 J2 J3 J1 J2 J3 J1 J2 J3 M1－运行灵活性 0.25 M2－运行可靠性 0.40 M11－主操作1-发电机投切M12－主操作1-主变投切M13－主操作1-线路投切M14－主操作1-主、备方式切换M21－可靠性1-发电机检修时M22－可靠性2-变压器检修时M23－可靠性3-母线检修时M24－可靠性4-出线联络性0.25 0.25 0.25 0.25 0.30 0.30 0.30 0.10 0.5 0.3 0.3 0.3 0.5 0.3 0 0.3 0.4 0.6 0.6 0.3 0.4 0.6 0.2 0.6 0.1 0.1 0.1 0.4 0.1 0.1 0.8 0.1 0.5 0.5 0.3 0.3 0.5 0.5 0.1 0.3 0.4 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.5 0.6 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.4 0.1 0.5 0.6 0.6 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.4 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0 0.1 0.1 0.2 0.1 M3－发展性 0.10 M31－机压侧扩建性M32－升压侧扩建性0.60 0.40 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 0.3 0.7 0.7 0.3 0.3 0 0 M4－经济性0.25M41－工程主体投资M42－工程年运行费用0.55 0.45 0.2 0.4 0.3 0.5 0.5 0.1 0.3 0.3 0.2 0.2 0.5 0.5 0.5 0.7 0.4 0.2 0.1 0.1

  

方案1评价矩阵M{58.75，53.70，54.00，55.10}评价分值Q 55.34方案2评价矩阵M{65.00，61.50，59.00，57.00}评价分值Q 62.30方案3评价矩阵M{79.30，76.00，84.00，78.80}评价分值Q 78.32

  

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4 小结

通过雷公口电站3号供水机组的接线方案分析可见，基于模糊数学的综合评判法是有效的，投资小、运行费用低、电站的供水发电可靠性高的方案必然得以筛选，其评价结果是合理、可信的。

参考文献：

2007年4月2日，美国第二大次级抵押贷款供应商——新世纪金融公司，面对来自华尔街174亿美元的逼债，宣布申请破产保护，标志着美国金融危机正式拉开序幕。一场金融海啸随之引发，一连串的金融机构濒临破产边缘，进而波及欧洲许多国家的金融体系，甚至出现了国家濒临破产的局面。

[1]陈家瑂，包晓晖.供配电系统及其电气设备[M].北京：中国水利电力出版社，2004：254-259.

[2]王平洋，胡兆光.模糊数学在电力系统中的应用[M].北京：中国电力出版社.1997：66-79.

[3]彭祖赠，孙韫玉.模糊（Fuzzy）数学及其应用[M].武汉：武汉大学出版社，2002：91-97.

[4]李凡.模糊专家系统[M].武汉：华中理工大学出版社，1995：8-13.

大梁收下了，说要给阿黄立个碑，把李先生这副挽联刻在碑上。他用杉木板给阿黄钉了个匣子，可往哪儿埋却犯了愁。我们河浦规矩严，抬红山阳坡那叫“葬”，是善终；送驼背山那叫“埋”，是夭殁。可那都是死的人，死个畜生也埋，冇得先例。正踌躇间，塆里主事的姜大爹和旺明叔就来了。旺明叔说，不能把阿黄当畜生看啊。我跟大爹商量过了，就葬在红山的阳坡吧。姜大爹说阿黄仁义啊，也有福啊。李先生的挽联金贵着呢，阿黄当得了这个福！

[5]包晓晖.水电站电气主接线方案的多级模糊综合评判[J].小水电，2008（4）：9-12.