浙江電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及分層分區(qū)方式研究

孫維真，葉 琳，王 超，吳一峰

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

隨著浙江電網(wǎng)大量電源的投產(chǎn)和500 kV主網(wǎng)架的迅速擴(kuò)張，短路電流超標(biāo)現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1-2]，電網(wǎng)被動(dòng)進(jìn)行分層分區(qū)[3]，導(dǎo)致局部220 kV電網(wǎng)可靠性有所降低，還造成局部220 kV電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和檢修方式安排困難、供區(qū)間缺乏轉(zhuǎn)供能力、相當(dāng)數(shù)量的變電站在單一元件檢修時(shí)存在停電可能等一系列問(wèn)題。

結(jié)合浙江電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)際，并借鑒國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[4-5]，筆者認(rèn)為，在電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行當(dāng)中，需要統(tǒng)一安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，明確分層分區(qū)思路，并重點(diǎn)考慮以下4條基本原則：

（1）正常（含計(jì)劃?rùn)z修）方式下滿(mǎn)足N-1方式校驗(yàn)。

（2）既要降低短路電流水平，又要保證供電可靠性。

（3）考慮分區(qū)間具備50%的轉(zhuǎn)供能力。

（4）便于安全穩(wěn)定第三道防線(xiàn)的實(shí)施。

基于以上原則要求，本文根據(jù) 《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架架構(gòu)及分層分區(qū)進(jìn)行了研究探討。

1 浙江電網(wǎng)分層分區(qū)方式

1.1 220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行方案

500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行是控制短路電流必需而又有效的措施。隨著浙江電網(wǎng)的不斷發(fā)展，500 kV短路電流持續(xù)上升是必然的趨勢(shì)，尤其是特高壓電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)一步增加了500 kV的短路電流水平。仿真分析表明，全國(guó)特高壓聯(lián)網(wǎng)后浙江電網(wǎng)大部分500 kV變電站的短路電流將升至60 kA左右。

以4臺(tái)1 000 MVA主變并列運(yùn)行的獨(dú)立供電區(qū)域進(jìn)行研究計(jì)算，計(jì)算中考慮500 kV母線(xiàn)短路電流水平接近設(shè)備遮斷容量 （63 kA），供區(qū)內(nèi)僅1臺(tái)600 MW機(jī)組接入，220 kV變電所考慮適量的地區(qū)小電源接入。當(dāng)500 kV主變Uk（高-中）為16%時(shí)，各臺(tái)主變提供的220 kV短路電流達(dá)到12 kA，220 kV母線(xiàn)短路電流超過(guò)設(shè)備遮斷容量 （50 kA）；若供區(qū)內(nèi)接入機(jī)組容量大于600 MW或500 kV主變的Uk（高-中）小于16%，則短路電流水平進(jìn)一步升高。根據(jù)上述短路電流計(jì)算結(jié)果，4臺(tái)1 000 MVA主變不宜并列運(yùn)行，需考慮220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行 （即4臺(tái)主變兩兩分裂運(yùn)行）的方案，具體討論如下。

方案1：500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行，且通過(guò)遠(yuǎn)端220 kV網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)220 kV I段母線(xiàn)和II段母線(xiàn)供區(qū)之間的聯(lián)合運(yùn)行，220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個(gè)雙回線(xiàn)路通道配置，則220 kV母線(xiàn)短路電流降低約9 kA。

方案2：500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行且通過(guò)220 kV網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與另一500 kV變電所的部分供區(qū)之間的聯(lián)合運(yùn)行，220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個(gè)雙回線(xiàn)通道、聯(lián)合供區(qū)按4臺(tái)1 000 MVA主變配置，則220 kV母線(xiàn)短路電流可降低約8 kA。

因此，若500 kV以及220 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、500 kV主變參數(shù)、供區(qū)內(nèi)機(jī)組接入以及地區(qū)小電源均按同等條件考慮，則上述兩種方案在抑制短路電流水平方面效果基本相當(dāng)，即均可將220 kV母線(xiàn)短路電流限制在合適的范圍。

1.2 對(duì)2種方案的討論

方案1是500 kV變電站單獨(dú)分區(qū)，同一個(gè)500 kV變電站的220 kV兩段母線(xiàn)分裂運(yùn)行，布置若干局部樞紐變，并在遠(yuǎn)端合環(huán)以提高分段母線(xiàn)的供電可靠性，其示意圖如圖1（a）所示。該方式也可稱(chēng)為 “獨(dú)立2+2”分區(qū)模式。

方案2是兩個(gè)500 kV變電站聯(lián)合分區(qū)，其中一個(gè)500 kV變電站的220 kV兩段母線(xiàn)分裂運(yùn)行，并在遠(yuǎn)端與另一個(gè)500 kV變電站的220 kV分裂運(yùn)行母線(xiàn)分別合環(huán)，中間設(shè)置若干局部樞紐變電站。這種方式既保證了220 kV分段母線(xiàn)運(yùn)行的可靠性，又同時(shí)具有兩個(gè)不同的500 kV變電站，供電可靠性高，其示意圖如圖2（a）所示。該方式也可稱(chēng)為“聯(lián)合2+2”分區(qū)模式。

圖1 “獨(dú)立2＋2”分區(qū)模式（方案 1）

圖2 “聯(lián)合2＋2”分區(qū)模式（方案2）

對(duì)方案2而言，存在同一供區(qū)內(nèi)的電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題，為避免對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，建議供區(qū)至少保留4回對(duì)外的220 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。這樣，一般情況下500 kV設(shè)備檢修時(shí)，方案2的分區(qū)220 kV接線(xiàn)方式也無(wú)需進(jìn)行調(diào)整。

方案1與方案2的分區(qū)結(jié)構(gòu)在一定條件下通過(guò)內(nèi)部樞紐變電站能夠相互轉(zhuǎn)換，或組合成其它形式的分區(qū)方式，以滿(mǎn)足電網(wǎng)發(fā)展不同階段、不同檢修及事故后運(yùn)行方式的需要。考慮到特高壓電網(wǎng)投運(yùn)后將圍繞特高壓落點(diǎn)形成較為集中的500 kV變電所供區(qū)[6]，不同特高壓供電區(qū)域之間的500 kV變電所供區(qū)不宜采用方案2。對(duì)500 kV弱聯(lián)系的電網(wǎng)而言，建議優(yōu)先考慮采用方案1的接線(xiàn)方式。

2 電網(wǎng)供電能力

各分區(qū)500 kV變電容量應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

（1）各分區(qū)500 kV主變臺(tái)數(shù)應(yīng)不少于3臺(tái)。應(yīng)當(dāng)注意500 kV主變數(shù)量受短路電流的制約。電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行后，各分區(qū)內(nèi)發(fā)電廠提供的短路電流相對(duì)固定，分區(qū)電網(wǎng)的短路電流增長(zhǎng)主要與500/220 kV系統(tǒng)的等值阻抗有關(guān)，該等值阻抗與主變數(shù)量成反比。

（2）應(yīng)保證各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)數(shù)量。對(duì)2種模式的接線(xiàn)方式而言，各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)數(shù)量都不應(yīng)少于3條。

（3）500 kV主變N-1故障后，各分區(qū)剩余主變的事故后過(guò)負(fù)荷能力之和，應(yīng)不小于各分區(qū)的最大受進(jìn)電力需求。

（4）各分區(qū)500 kV主變的供電能力，應(yīng)能滿(mǎn)足最大高峰負(fù)荷下分區(qū)內(nèi)最大容量機(jī)組跳閘后的供電需求。

（5）各分區(qū)500 kV主變的變電容量應(yīng)考慮一定的容載比。

電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行后，由于各分區(qū)的負(fù)荷水平、負(fù)荷特性、裝機(jī)容量和增長(zhǎng)速度不同，應(yīng)根據(jù)各分區(qū)的情況分別確定500 kV變電容量的容載比。

3 分區(qū)轉(zhuǎn)供能力與供電可靠性

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

（1）各分區(qū)之間應(yīng)有足夠容量的4條以上220 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn) （因?yàn)?條220 kV線(xiàn)路的輸送能力與1臺(tái)1 000 MVA容量的主變供電能力相當(dāng)），在500 kV主變檢修或N-1方式下投入運(yùn)行以轉(zhuǎn)供部分220 kV變電站。如果因條件所限，備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)條數(shù)不足4條，建議采用線(xiàn)徑較粗的導(dǎo)線(xiàn)以提高輸送能力。

（2）應(yīng)結(jié)合220 kV分層分區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃110 kV電網(wǎng)建設(shè)。加強(qiáng)分區(qū)內(nèi)220 kV變電站之間110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的建設(shè)，但各500 kV分區(qū)之間不宜再建設(shè)110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，各分區(qū)之間現(xiàn)有的110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)也應(yīng)通過(guò)規(guī)劃和技術(shù)改造逐步退出運(yùn)行，以避免220 kV主變、線(xiàn)路等元件檢修時(shí)倒110 kV負(fù)荷還需要短時(shí)500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)。

（3）各分區(qū)之間的220 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)兩側(cè)應(yīng)安裝避雷器，正常方式下處于充電運(yùn)行狀態(tài)，便于調(diào)度運(yùn)行的解合環(huán)操作。

4 大容量機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)方案

當(dāng)前浙江電網(wǎng)220 kV的電氣聯(lián)系較為緊密，600 MW機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題不是特別突出，但存在檢修方式下的局部電網(wǎng)小系統(tǒng)問(wèn)題。600 MW機(jī)組接入電網(wǎng)的模式主要考慮以下兩種：

方案1：通過(guò)2回220 kV線(xiàn)路接入220 kV電網(wǎng)。

方案2：通過(guò)4回220 kV線(xiàn)路分別接入2個(gè)220 kV樞紐變電站。

具體選擇哪種接入形式，要視電網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)而定。但在有條件的情況下，在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡可能考慮600 MW機(jī)組通過(guò)4回220 kV線(xiàn)路接入220 kV電網(wǎng)，以提高電源接入的可靠性。

600 MW機(jī)組接入220 kV系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是就地平衡負(fù)荷，降低了供區(qū)內(nèi)500 kV主變的下送潮流。但對(duì)接入500 kV系統(tǒng)和220 kV系統(tǒng)的電源比例要做統(tǒng)一規(guī)劃和全局考慮，特別要在電網(wǎng)規(guī)劃階段加強(qiáng)對(duì)這方面的研究。另外，要著重考慮區(qū)域內(nèi)500 kV主變和機(jī)組的N-1問(wèn)題，對(duì)于方案1的接入方式，特別要考慮在線(xiàn)路檢修方式下，一旦電源送出線(xiàn)跳閘導(dǎo)致機(jī)組全部失去時(shí)，要保證500 kV主變下送潮流不超主變短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力。

5 無(wú)功電壓配置與運(yùn)行控制策略

為確保分區(qū)的電壓穩(wěn)定水平，在增加系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，還應(yīng)研究在缺乏必要電源支撐的重負(fù)荷地區(qū)裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的必要性和最優(yōu)配置方案，且每個(gè)分區(qū)都應(yīng)配置足夠容量的低壓減載裝置。

當(dāng)分區(qū)內(nèi)部電壓支撐能力不足時(shí)，如再發(fā)生大機(jī)組因過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作過(guò)早跳機(jī)，可能導(dǎo)致分區(qū)電網(wǎng)的崩潰。因此，需要合理設(shè)計(jì)機(jī)組過(guò)勵(lì)限制和過(guò)勵(lì)磁保護(hù)邏輯及定值，分區(qū)低壓減載定值也應(yīng)與機(jī)組過(guò)勵(lì)限制和過(guò)勵(lì)磁保護(hù)定值相配合。

國(guó)家電網(wǎng)公司 《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》[7]對(duì)電網(wǎng)電壓合格率提出了更高的要求（尤其是電壓波動(dòng)合格率），雖然目前尚未明確使用新規(guī)定對(duì)同業(yè)對(duì)標(biāo)和業(yè)績(jī)考核電壓合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考核，但應(yīng)當(dāng)及早研究確定對(duì)策，做好管理與技術(shù)等方面的準(zhǔn)備。為此，還應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：

（1）在規(guī)劃設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中重視無(wú)功配置，保證在負(fù)荷高峰和低谷運(yùn)行方式下分層和分區(qū)的無(wú)功平衡，為電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)預(yù)留一定的控制手段，尤其要重視感性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)500 kV主變有載調(diào)壓。對(duì)各級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功電壓補(bǔ)償和調(diào)節(jié)設(shè)備，在基建和技改時(shí)應(yīng)盡量選擇高質(zhì)量產(chǎn)品，在生產(chǎn)運(yùn)行中對(duì)損壞的設(shè)備應(yīng)及時(shí)修復(fù)，以提高無(wú)功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的可用率。

（2）加強(qiáng)水電廠調(diào)相、進(jìn)相運(yùn)行管理?？紤]到部分水電廠與主網(wǎng)的聯(lián)系相對(duì)薄弱，在水電機(jī)組運(yùn)行時(shí)可以利用機(jī)組的無(wú)功調(diào)節(jié)維持電廠高壓母線(xiàn)電壓的相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)水電機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)則電廠沒(méi)有任何調(diào)節(jié)能力，其電壓波動(dòng)較大，特別是機(jī)組突然退出運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)。所以，水電機(jī)組在不發(fā)有功時(shí)可采用調(diào)相、進(jìn)相等運(yùn)行方式以維持電壓的平穩(wěn)。

（3）加快省地（縣）自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)省地AVC系統(tǒng)的在線(xiàn)協(xié)調(diào)控制，加快電廠AVC子站和地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)建設(shè)，并加強(qiáng)與華東網(wǎng)調(diào)無(wú)功電壓管理的協(xié)調(diào)，爭(zhēng)取在浙江AVC系統(tǒng)對(duì)500 kV變電站的自動(dòng)電壓控制上得到華東網(wǎng)調(diào)的支持。

（4）積極研究和應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備。主動(dòng)開(kāi)展日電壓波動(dòng)預(yù)測(cè)研究，積極研究和應(yīng)用SVC，SVG及可控電容/電抗器等新技術(shù)和新設(shè)備。

6 正常頻率運(yùn)行策略

6.1 低頻減載配置

（1）低頻減載分配方案既要滿(mǎn)足大電網(wǎng)運(yùn)行的要求，還應(yīng)滿(mǎn)足分區(qū)后各分區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的要求，應(yīng)合理分配低頻減載各輪次的切負(fù)荷量。

（2）考慮到大電網(wǎng)分區(qū)解列時(shí)頻率下降速度很快，需要縮短低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)限以抑制頻率的快速下降，并采取其他措施來(lái)加速負(fù)荷的切除。

（3）低頻減載方案中的動(dòng)作頻率必須與大機(jī)組的低頻保護(hù)定值密切配合，防止大機(jī)組在低頻運(yùn)行時(shí)過(guò)早跳機(jī)。

6.2 高頻切機(jī)配置

對(duì)于存在功率過(guò)剩問(wèn)題的分區(qū)，為避免分區(qū)解列后的高頻問(wèn)題，除安排一定的低頻減載容量外，還需要在分區(qū)內(nèi)選擇部分機(jī)組實(shí)施高頻切機(jī)功能，根據(jù)最大可能過(guò)剩功率確定高頻切機(jī)容量并分配到各輪次。此外，還要根據(jù)過(guò)剩功率與分區(qū)機(jī)組容量的比例合理選擇各輪次的間隔時(shí)間，并適當(dāng)采取其他措施來(lái)加速機(jī)組的切除。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及分層分區(qū)原則進(jìn)行了探討，對(duì)兩種不同的分區(qū)模式進(jìn)行了比較，并指出“獨(dú)立2+2”分區(qū)模式更適于特高壓電網(wǎng)投產(chǎn)后采用；對(duì)電網(wǎng)分區(qū)轉(zhuǎn)供能力與供電可靠性、電網(wǎng)供電能力進(jìn)行了研究，對(duì)各分區(qū)500 kV變電容量提出了要求；此外，還討論了大容量機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)方案、無(wú)功電壓配置與運(yùn)行控制策略、正常頻率運(yùn)行策略等問(wèn)題，并提出相關(guān)建議，有助于浙江電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行。

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