750 kV電網(wǎng)形成初期對(duì)青海電網(wǎng)影響

董 凌，王亦婷，成 靜

（青海省電力公司，西寧 810008）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大[1-3]。一般負(fù)荷中心都遠(yuǎn)離電源，需要遠(yuǎn)距離輸送電能。而對(duì)于遠(yuǎn)距離大容量送電問(wèn)題，通常用提高輸電線路的電壓等級(jí)來(lái)解決[4-5]。在電力系統(tǒng)新增加更高一級(jí)電壓等級(jí)的發(fā)展過(guò)程中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還不夠完善，同時(shí)為了充分利用已有資源，電力系統(tǒng)中大多會(huì)出現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng)：2組電壓等級(jí)不同的運(yùn)行線路，經(jīng)2端變壓器的磁回路聯(lián)接起來(lái)就形成電磁環(huán)網(wǎng)[6-9]。其不利影響主要有：

1）電壓等級(jí)高的電網(wǎng)發(fā)生故障后，系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗會(huì)產(chǎn)生較大變化，傳輸功率超過(guò)聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定輸送極限時(shí)，將引起系統(tǒng)間振蕩；

2）高壓電網(wǎng)故障后的潮流轉(zhuǎn)移容易引起低壓電網(wǎng)的熱穩(wěn)定被破壞，國(guó)內(nèi)外多起大電網(wǎng)事故均與電磁環(huán)網(wǎng)有關(guān)[10-12]；

3）電磁環(huán)網(wǎng)中的線路功率不易實(shí)現(xiàn)按自然功率分布，不利于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[13-14]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1970—1990年與高低壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)的事故達(dá)55次。2006年7月1日，華中電網(wǎng)發(fā)生了嚴(yán)重的低頻振蕩事故[15-16]，就是由于500 kV的輸電線路由于保護(hù)誤動(dòng)斷開(kāi)后，大量潮流通過(guò)電磁環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到220 kV線路，并導(dǎo)致220 kV線路嚴(yán)重過(guò)載所引發(fā)的。國(guó)外也發(fā)生多次由于電磁環(huán)網(wǎng)所引起的大停電事故，比如1996年美國(guó)西部電力系統(tǒng)WSCC大停電事故，由于高壓線路的斷開(kāi)，本來(lái)經(jīng)高壓傳輸?shù)墓β兽D(zhuǎn)移到低壓線路上，造成線路過(guò)載，最終導(dǎo)致了系統(tǒng)解裂為5個(gè)孤島[17-18]。

隨著青海省境內(nèi)750 kV輸變電工程的開(kāi)工建設(shè)和拉西瓦電廠的接入,青海電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將發(fā)生革命性變化[19-20]；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，資源也得到進(jìn)一步的優(yōu)化利用。然而青海電網(wǎng)在一步步走向完善的過(guò)程中，為了降低輸電損失、合理利用資源、提高輸電可靠性，在未來(lái)幾年的電網(wǎng)發(fā)展歷程當(dāng)中，750 kV電網(wǎng)和330 kV電網(wǎng)必然存在著電磁環(huán)網(wǎng)，研究750 kV網(wǎng)架形成過(guò)程對(duì)青海電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響，合理安排運(yùn)行方式，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行，并對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)帶來(lái)的不利影響采取及時(shí)有效的措施，對(duì)處于動(dòng)態(tài)變化中青海電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和健康發(fā)展是非常必要的。

1 青海750 kV電網(wǎng)發(fā)展

青海電網(wǎng)是西北電網(wǎng)的重要組成部分之一。自2005年9月我國(guó)第一座750 kV變電站官亭變順利投運(yùn)以來(lái)，歷時(shí)4 a的發(fā)展，截至2009年底，網(wǎng)內(nèi)已（或計(jì)劃）建成投運(yùn)3條750 kV線路、3條750 kV省際聯(lián)絡(luò)線 （詳見(jiàn)圖1，橙色為750 kV線路，藍(lán)色為330 kV線路）。其中，750 kV拉西瓦—官亭、拉西瓦—西寧線路的建設(shè)投運(yùn)為全西北電網(wǎng)單機(jī)、總裝機(jī)容量均為最大的水電站—拉西瓦電站電力的送出提供了可靠通道；西寧—永登雙回線路的建設(shè)投運(yùn)使得甘青電網(wǎng)聯(lián)系進(jìn)一步緊密，電力輸送極限也得到了很大程度上的提高?？梢哉f(shuō)，青海電網(wǎng)正在經(jīng)歷著從330 kV向750 kV主網(wǎng)升級(jí)的重要轉(zhuǎn)型時(shí)期。

根據(jù)青海電力公司《2008—2012年電網(wǎng)規(guī)劃及2030年遠(yuǎn)景展望》，2008—2012年期間將建成日月山750 kV變電站、西寧—格爾木750 kV輸變電工程及黃河上游水電送出等工程，建設(shè)青藏±500 kV直流聯(lián)網(wǎng)工程；2012—2015年擴(kuò)建烏蘭750 kV變電站主變，結(jié)合龍羊峽以上河段水電站群的送出，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的750 kV網(wǎng)架。

2 750 kV電網(wǎng)建設(shè)中形成的電磁環(huán)網(wǎng)

2009年底，青海與甘肅將形成包括750 kV西寧—永登雙回線、官亭—蘭州東線路及330 kV楊樂(lè)—海石灣線路、阿蘭—海石灣2回線、桃園—海石灣線路、官亭—蘭州西雙回線的甘青聯(lián)絡(luò)線斷面。由于青海省內(nèi)黃河下游水電裝機(jī)容量大，這一斷面上將有較大的功率交換量。

青海網(wǎng)內(nèi)將形成750 kV西寧—永登雙回線路、西寧—官亭線路、拉西瓦—官亭線路及330 kV景陽(yáng)—曹家堡雙回線路、花園—泉灣雙回線路斷面。該斷面承載著向青海負(fù)荷中心區(qū)送電的重要任務(wù)。

3 750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)條件下系統(tǒng)分析

圖1 2009年青海750/330 kV電網(wǎng)接線示意圖

青海電網(wǎng)水電資源豐富，水火電比例極不均衡，負(fù)荷中心火電機(jī)組裝機(jī)容量?jī)H占全網(wǎng)裝機(jī)容量的20%。特殊的能源結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)運(yùn)行中既有豐水期和負(fù)荷低谷時(shí)的西電東送，也有枯水期和負(fù)荷高峰時(shí)的東電西送。網(wǎng)內(nèi)聯(lián)絡(luò)線斷面上潮流變化較大，穩(wěn)定控制存在一定的難度。環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件主要有：1）在事故情況下，環(huán)網(wǎng)中任一元件(主要是高壓元件)斷開(kāi)后，功率轉(zhuǎn)移的結(jié)果不應(yīng)造成穩(wěn)定破壞；2）任一母線短路容量的提高不應(yīng)造成開(kāi)關(guān)遮斷困難；3）環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)輸電損失不應(yīng)明顯增加[21-24]。下面針對(duì)青海750 kV主網(wǎng)架形成后，各種運(yùn)行條件下的系統(tǒng)潮流分布、穩(wěn)定水平和短路電流進(jìn)行分析計(jì)算，研究750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)青海電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。

3.1 潮流計(jì)算

2009年底青海電網(wǎng)裝機(jī)容量見(jiàn)表1。

表1 2009年青海電網(wǎng)裝機(jī)容量 MW

根據(jù)近年來(lái)青海電網(wǎng)負(fù)荷的變化情況得到2009年底計(jì)算負(fù)荷?？紤]到青海電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)的特殊性，按照豐水期和枯水期2種發(fā)電出力考慮。2009年潮流方式見(jiàn)表2。

表2 潮流計(jì)算方式 萬(wàn)kW

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，網(wǎng)內(nèi)750 kV線路潮流如圖2所示，330 kV線路潮流無(wú)重載或過(guò)載，750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)條件下潮流分布基本合理，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)組無(wú)功出力、變壓器分接頭和投切低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等措施，能夠保持網(wǎng)內(nèi)良好的電壓水平，青海水電大量外送不會(huì)受阻。靜態(tài)安全分析結(jié)果表明，各聯(lián)絡(luò)斷面750 kV線路N-1開(kāi)斷后設(shè)備不過(guò)載，系統(tǒng)母線電壓不越限。豐水期小負(fù)荷方式下，網(wǎng)內(nèi)水電大量外送，由于官亭變上網(wǎng)水電較多，750 kV官亭—蘭州東線潮流占甘青斷面潮流相當(dāng)比例，達(dá)80多萬(wàn)kW，330 kV官西線潮流也超過(guò)了30萬(wàn)kW。枯水期大負(fù)荷方式下，電力大量受入，750 kV西寧—永登雙回線每條線均超過(guò)了30萬(wàn)kW。

由于750 kV拉西瓦電站的2條送出線與官寧線形成了堅(jiān)強(qiáng)的三角環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其上網(wǎng)電力不會(huì)對(duì)青海330 kV電網(wǎng)造成大的沖擊，西北電網(wǎng)整體接入750 kV網(wǎng)架的電源還較少，因此各750 kV線路潮流均不重，和允許的自然功率(約2 400 MW)相比，還有很大的承載能力。圖2分別顯示了豐水期小負(fù)荷和枯水期大負(fù)荷方式下青海省境內(nèi)各750 kV線路的有功功率分布情況，定義西電東送為正向。

圖2 750 kV線路有功功率分布圖（單位：MW）

2009年的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，甘青斷面上有3條750 kV線路，其中西寧至永登雙回線為同桿并架線路，考慮同時(shí)故障概率較大，因此暫不具備和330 kV線路解環(huán)運(yùn)行的條件。豐水期小負(fù)荷方式下，如果將甘青斷面上的750/330 kV線路解環(huán)運(yùn)行，僅由750 kV線路組成斷面輸電通道，則甘青斷面上的西寧—永登雙回線及官亭—蘭州東線路上流動(dòng)的功率將有較大幅度增加。

合環(huán)與解環(huán)方式下對(duì)青海主網(wǎng)網(wǎng)損進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)豐水期小負(fù)荷下主網(wǎng)網(wǎng)損高于枯水期大負(fù)荷方式，即青海電網(wǎng)送電方式下的網(wǎng)損高于受電方式下的網(wǎng)損；此外，甘青斷面解環(huán)后網(wǎng)損略低于合環(huán)時(shí)的網(wǎng)損（計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3）?？梢?jiàn)，甘青斷面解環(huán)后網(wǎng)損略有降低，但總體變化不大，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有顯著提高。因此，此時(shí)解環(huán)運(yùn)行不能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 線損計(jì)算結(jié)果 萬(wàn)kW

3.2 穩(wěn)定計(jì)算

在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上，計(jì)算網(wǎng)內(nèi)機(jī)組大發(fā)和青海電網(wǎng)受電時(shí)甘青斷面的穩(wěn)定輸送極限。計(jì)算結(jié)果表明，750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行時(shí)，由于甘青之間通過(guò)3回750 kV線路和6回330 kV線路相連，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，能夠保證青海水電的順利送出。在西電東送方式下，甘青斷面線路發(fā)生故障退出運(yùn)行，甘青機(jī)組均能保持同調(diào)性,送出極限可達(dá)400萬(wàn)kW；而在東電西送即青海電網(wǎng)受電方式下，甘青斷面受電能力主要受青海電網(wǎng)電壓偏低的制約，即負(fù)荷中心330 kV母線穩(wěn)態(tài)電壓低于330 kV，受電極限較小，約為170萬(wàn)kW。甘青斷面解環(huán)運(yùn)行后，輸送極限下降較多，約為100萬(wàn)kW。根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中對(duì)三級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，進(jìn)一步分析了甘青斷面上同桿并架的2回750 kV線路發(fā)生異名相故障斷開(kāi)后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明，如果甘青斷面解環(huán)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生連鎖故障導(dǎo)致2回750 kV線路相繼斷開(kāi)時(shí)，青海電網(wǎng)和甘肅電網(wǎng)僅剩一回750 kV官東線聯(lián)系，雖然仍能保持機(jī)組同步運(yùn)行但西電東送方式下線路潮流重載。

因此解環(huán)后甘青斷面送電極限受到線路熱穩(wěn)定限制，而受電方式輸送極限仍然受到青海電網(wǎng)負(fù)荷中心缺乏電源支撐，自身電壓偏低所制約。

綜上所述，青海電網(wǎng)在750 kV電網(wǎng)建設(shè)初期，無(wú)論解環(huán)與否，青海電網(wǎng)都需進(jìn)一步加強(qiáng)負(fù)荷中心電源建設(shè)。合環(huán)運(yùn)行時(shí)330 kV線路對(duì)加強(qiáng)電網(wǎng)間聯(lián)系、增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼和提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平具有重要作用，過(guò)早解環(huán)僅保留3回750 V聯(lián)絡(luò)線，且2回為同桿并架線路，不利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 短路計(jì)算

表4為各省際聯(lián)絡(luò)線斷面合環(huán)與開(kāi)環(huán)時(shí)的短路電流。

從表4可以看出，不同運(yùn)行條件下網(wǎng)內(nèi)的短路電流變化較大，雖均小于50 kA，但部分已逼近某些開(kāi)關(guān)額定遮斷容量。在2009年合環(huán)運(yùn)行時(shí)基本能滿足系統(tǒng)對(duì)短路電流的要求。但隨著系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大，未來(lái)幾年內(nèi)年青海電網(wǎng)的最大短路電流可能突破50 kA。

表4 合環(huán)與解環(huán)后的短路電流比較 kA

發(fā)展高壓電網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行是限制短路電流的重要手段。適時(shí)考慮甘青斷面解環(huán)運(yùn)行將有效限制系統(tǒng)短路電流。在徹底解環(huán)之前，可以采取改變運(yùn)行方式，適當(dāng)斷開(kāi)甘青斷面部分330 kV線路的方式控制短路電流超標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2009年冬青海電網(wǎng)潮流、穩(wěn)定和短路計(jì)算的結(jié)果可知，在青海750 kV骨干網(wǎng)架形成初期，330 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較堅(jiān)強(qiáng)而750 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱的情況下，只要運(yùn)行方式合理、安全措施到位，網(wǎng)內(nèi)各重要輸電斷面上的750/330 kV線路采取合環(huán)運(yùn)行方式將比解環(huán)運(yùn)行更有利。解環(huán)工作可以在750 kV網(wǎng)架基本建成后，解開(kāi)環(huán)網(wǎng)能顯著提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益時(shí)再開(kāi)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，青海750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)最終將解環(huán)分層運(yùn)行，對(duì)此，還需隨電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行更深入的研究。

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