春季大負荷期間電網存在的問題及應對措施

張 磊，王一峰，何亞坤，王 維，閆 麗

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.石家莊供電公司,石家莊 050051)

為迎接夏季電網大負荷時期的到來，確保迎峰度夏工作的順利完成，春季往往是電網集中安排設備檢修、消缺的階段，通常被稱為“春檢預試”時期。近年來，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)負荷迅猛增加，給正常檢修預試工作的安排帶來很大困難，也給電網正常運行調整帶來許多新的課題。以下結合河北南網近幾年春季負荷特性，分析春季大負荷對電網的影響。

1 河北南網春季負荷特性

河北南網自3月份開始，季節(jié)性負荷由冬季的采暖負荷過渡到春季的灌溉負荷，各地區(qū)灌溉負荷陸續(xù)啟動，電網負荷也開始逐步增加。

1.1 電網負荷快速增加

近幾年，河北南網春季負荷增長迅猛，尤其是2011年，電網春季負荷增長尤為明顯。

以3月份為例，表1列出了2007-2011年河北南網全網3月最大負荷及同比增長情況。通過表1可以看出，除2008年3月份電網負荷增速較慢外，其余年份3月份最大負荷均高速增長，2011年3月份全網最大負荷同比增長達到20.5%。

表1 2007-2011年3月份河北南網最大負荷及同比增長情況

年份20072008200920102011最大負荷/MW13 71516 19816 73318 28922 035同比增長/%18.13.39.320.5

2011年3月份春灌負荷高峰期間，各地區(qū)的電網負荷均達到了較高水平，其中邢臺、衡水、滄州3個地區(qū)的電網負荷創(chuàng)歷史新高。2011年4月是河北南部地區(qū)小麥、果樹和棉花灌溉的高峰期，電網負荷持續(xù)在高位運行，電力供應偏緊，大部分高峰時段供應不足；上旬最大缺口900 MW，平均缺口700 MW，張河灣抽水蓄能電廠開機3～4臺后，電力供需基本平衡。5月時值春夏之交，河北南部地區(qū)陸續(xù)迎來小麥孕穗、灌漿期，灌溉需求未減；隨著氣溫的升高，中旬以后部分制冷負荷出現(xiàn)，電網負荷水平繼續(xù)保持高位運行。4月全月電力供應偏緊，大部分高峰時段供應不足；上旬最大缺口1.2 GW，平均缺口500 MW，張河灣開機及增加外購電力后，電力供需基本平衡，中下旬尤其23-31日，外網送電及增購已達極限，張河灣也已用滿，但電力供應仍存在一定缺口。23-31日，實施需求側管理9天，期間最大調控消減了高峰用電負荷1.016 GW，累計調整電量2 088萬kWh。

1.2 農灌負荷比重大

春季負荷最大特點是春灌負荷所占比重較大，且春灌負荷大多集中在白天。由于2011年河北南部各市普遍干旱，因此春灌負荷在全網負荷中所占比重很大，以2011年4月4日為例，把同年3月17日河北南網全網負荷為基準負荷日(3月17日全網負荷構成中可以看做沒有春灌負荷的成分)。4月4日和3月17日的低谷負荷相差不大，考慮到春灌負荷主要集中在白天，高峰增長的負荷絕大部分為春灌負荷；數據顯示，4月4日早峰負荷比3月17日增長了3.03 GW,因此可以認為，當日春灌負荷為3.03 GW，比去年春灌負荷最大值(2.80 GW)增長了230 MW。當日局部地區(qū)農灌負荷達到407 MW。

1.3 日調峰緊張的局面有所緩解

電網峰谷差是電網運行中的一項重要指標，某日負荷的峰谷差是指當日最大負荷與最小負荷的算術差值。通常，由于春季灌溉負荷較大，且灌溉作業(yè)一般都集中在白天進行，因此春季負荷峰谷差往往較大。但是，由于2011年春季河北南網負荷整體水平較高，電網負荷相對比較平穩(wěn)，以2011年3月為例，最小低谷負荷出現(xiàn)在14日，為12.727 GW，同比增長25.2%，而當日電網最小技術出力在1.23 GW左右；整個3月份平均峰谷差為6.728 GW，同比增長24.8%，全月負荷低谷時段電網基本都有400 MW以上降備用儲備。加之河北南網由張河灣抽水蓄能電廠4臺250 MW機組作為調峰備用，因此，以往春季電網低谷時段經常出現(xiàn)的發(fā)電機組深度降出力調峰，甚至兩班制啟停調峰的情況在2011年春季沒有出現(xiàn)，調峰困難的局面在一定程度上得到了緩解。

2 春季大負荷期間電網存在的問題

2.1 檢修預試工作安排困難

春檢預試工作的目的是消除電網缺陷，把電網設備調整到一個良好的狀態(tài)來迎接夏季大負荷情況的到來。設備檢修預試工作的安排前提是盡量保證電力的持續(xù)、可靠供應以及電網安全、穩(wěn)定運行。但是，隨著春季電網負荷的快速增長，春季電網檢修方式的安排也開始面臨困難局面。以2011年為例，由于3月份有“兩會”保電任務，保電期間電網基本保持全方式運行，保電工作完成后電網進入全面春檢預試階段，但同時電網還要配合如“南水北調”、“邯黃鐵路施工”等大型遷改工程的施工進度進行停電改造，再加上農灌負荷的迅速增長，一般春檢預試工作安排起來就會出現(xiàn)變壓器負載率高、供電負荷無處倒供或電網設備在檢修方式下N-1過載。如，2011年5月19日，根據檢修計劃安排220 kV和張線停電檢修，但由于邢臺地區(qū)戶營、寧晉、隆堯等變電站農灌負荷較大，邢臺東部幾條220 kV線路負載率較重，和張線停電后，出現(xiàn)了負荷高峰時段，如果220 kV彭戶線掉閘，220 kV柏寧線超過熱穩(wěn)定極限6%。

2.2 500 kV主變壓器負載重

500 kV主變壓器負載較重是2011年河北南網在春檢預試期間面臨的最主要安全隱患之一。以2011年4月份為例，4月份大負荷期間，全網25臺500 kV主變壓器平均負載率61.4%；剔除慈云變電站外，平均負載率為63.9%。N-1情況下，主變壓器過載一般會超過10%。彭村主變壓器過載達22%，其次依次為辛安、滄西和藺河變電站，分別達15%、14%和8%。其中，因為設備自身設計及絕緣老化等原因，辛安2號主變壓器、滄西2號主變壓器、藺河2號主變壓器為限制運行變壓器，正常運行負載率不得超過90%，故障情況下過載不能超過20%。按照限制運行變壓器負載的實際允許運行值僅為設計值的90%計算，辛安變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值達到25%，滄西變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值24%，藺河變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值18%。而一旦在電網大負荷時發(fā)生500 kV主變壓器掉閘情況，這對主變壓器的安全運行將帶來極大威脅。

2.3 局部地區(qū)電壓較低

2011年3月，邢臺東南部地區(qū)賈莊、清河、南宮變電站，在負荷高峰時段電壓水平較低，主要原因是春灌期間上述3站有功功率及無功功率均比較重(春灌負荷多為異步電動機負荷，無功功率需求較大)，而且均處于電網末端，供電距離較遠，僅靠電容器難以支撐220 kV母線電壓，屬于典型的順調壓。上述3座變電站高峰時段的最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓最低至211 kV。到4月份，隨著電網負荷進一步變大，無功功率需求持續(xù)增加。石家莊、保定、邯鄲、邢臺地區(qū)高峰時段無功功率儲備都較少，其中辛安變電站由于電容器配置較少，峰段220 kV母線電壓較低，徘徊在229 kV左右，接近電壓曲線下限。邢臺東南部地區(qū)的清河、南宮等變電站由于地處電網末端，無功功率支撐較少，在高峰時段無功功率需求較大時，電壓水平較低，最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓低于215 kV。

3 采取的措施

3.1 調度預警與應急演練

河北省電力調度通信中心(簡稱“調通中心”)針對電網薄弱環(huán)節(jié)，配合電網設備檢修，每周進行至少一次反事故演習，通過反事故演習，強化了廣大調度運行人員對電網薄弱環(huán)節(jié)的認知，為可能發(fā)生的電網事故做好應急處置的準備工作。

2011年11月，調通中心 “互聯(lián)電網在線動態(tài)安全預警與決策系統(tǒng)”通過驗收，該系統(tǒng)在電網在線整合潮流計算方法、調度輔助決策計算方法等方面均有突破性創(chuàng)新，并首次使用適用于多種應用軟件計算環(huán)境、考慮自動故障設置的穩(wěn)定極限切除時間并行求取的方法，可實現(xiàn)基于預警平臺的WAMS、故障錄波系統(tǒng)三態(tài)數據整合。該系統(tǒng)的應用可全面提升河北南部電網的安全、經濟運行水平，對河北南網迎接2012年的春季大負荷提供了重要的技術支撐。

3.2 合理安排檢修計劃

為確保春檢預試工作的順利完成，調通中心在保證電網安全前提下，充分利用電網現(xiàn)有設備條件，力求合理、科學的安排電網設備檢修，盡量減小因設備停電檢修給電網帶來的安全壓力。在做好檢修計劃安排的同時，大力推行“檢修操作標準化作業(yè)流程”，推廣檢修操作預令和預報竣工等發(fā)明成果，使設備檢修操作中預令發(fā)布、措施落實、倒閘操作、現(xiàn)場作業(yè)、竣工送電各個環(huán)節(jié)緊密銜接，大大縮短了設備停電時間，保證了設備檢修操作的優(yōu)質、安全、高效。通過這些措施的落實，在春檢預試期間，河北南網未出現(xiàn)大面積停電、運行設備過載等惡性電網事故，未出現(xiàn)電網運行重大安全隱患。

由于春季電網負荷持續(xù)高位運行，為做好負荷預測工作，4月份以來，調通中心與省氣象部門密切合作，創(chuàng)新發(fā)布“春季灌溉用電負荷指數”，用于輔助負荷預測和電力平衡。該指標綜合考慮了降水、氣溫、風力及土壤墑情等因素，分為“-3級”至“3級”共7個等級，用于預報次日灌溉用電負荷較前一日的變化情況。該指標的發(fā)布，為提高負荷預測準確率，做好電力平衡工作提供了更直接的依據。

2011年12月，河北南網省地一體智能化調度計劃管理系統(tǒng)在全網范圍內實現(xiàn)了正式上線運行。該系統(tǒng)通過進行省地兩級電網調度計劃全過程一體化管理，可實現(xiàn)調度計劃的省地兩級聯(lián)合安全校核，還可實現(xiàn)調度停電計劃信息與基建、生產、安全、營銷等部門的共享和互動。這一系統(tǒng)的上線運行，對于省調在2012年春季大負荷期間安排計劃檢修，將帶來很大幫助，為電網安全運行提供了更全面的技術保障。

3.3 調整電壓調控策略

針對2011年春季尤其4月份以來河北南網部分地區(qū)電壓偏低的情況，調通中心采取卓有成效的應對措施：優(yōu)化了全網主要電壓控制點自動電壓調節(jié)裝置(AVC)的調控策略，使之更好的適應了春灌期間無功負荷多為異步電動機負荷，無功功率需求較大的現(xiàn)狀；加強了全網無功補償裝置的管理力度，確保了春灌期間，低壓補償電容器等無功補償裝置的可用率、投入率；針對500 kV辛安變電站周邊地區(qū)電壓偏低的具體情況，省調通中心及時采取調整辛安主變壓器分頭措施，抬升辛安變電站220 kV母線電壓，保證了周邊220 kV變電站的電壓質量。

為了保證2012年春季大負荷期間河北南網電壓控制在正常范圍內，2011年，河北南網大力推行AVC系統(tǒng)(即自動電壓調節(jié)系統(tǒng))建設工作。2011年年底，河北南網6個地區(qū)AVC系統(tǒng)建設工作全面完成，形成了目前國內體系最完備，功能最先進，覆蓋110 kV至500 kV電網，實現(xiàn)網、省、地三級協(xié)調優(yōu)化的自動電壓控制系統(tǒng)，從而給河北南網在2012年春季大負荷時保證網內電壓正常、穩(wěn)定提供了重要的技術保證。

4 建議

由于2011年冬季開始一直持續(xù)到2012年春節(jié)前夕，河北南部地區(qū)天氣普遍干旱，如果這種干旱天氣一直持續(xù)到2012年春天，則河北南網2012年春灌負荷將會出現(xiàn)較大增長。因此，2012年春季，電網負荷很可能會出現(xiàn)繼續(xù)較快增長的局面。2011年河北南網春季負荷特性很可能會在2012年春季重現(xiàn)甚至加劇。此外，從2011年秋天開始，電網負荷峰谷差逐漸變大，在電網基礎負荷變化不大的情況下，2012年春季的部分時段，很可能出現(xiàn)日調峰緊張的局面。針對上述分析，提出以下建議。

4.1 盡快消除變壓器設備缺陷

目前，河北南網有些500 kV變電站主變壓器因為自身設計及絕緣等方面原因，只能在低于額定容量90%的負載情況下運行；有些220 kV變壓器因抗短路容量不足，只能在低于額定容量90%的負載情況下運行,有的甚至只能在低于額定容量75%的負載情況下運行。以上限制運行變壓器的存在，給電網安全運行，尤其春季大負荷條件下電網檢修方式的安排，帶來很大壓力。利用合理時間，盡快消除以上設備缺陷，以充分利用發(fā)供電

設備能力，提高電網運行安全裕度。

4.2 加快電源點建設

2011年，河北省南部電網電力總體供需情況比較緊張，缺電局面時有出現(xiàn)。2012年，河北南網電力總體供需情況對比2011年呈現(xiàn)更加緊張的局面。在這種背景下，加快電源點建設，提高河北南網發(fā)、供電設備能力就成了當務之急。

4.3 爭取靈活、主動的購電模式

針對2011年春季的嚴重缺電局面，調通中心積極向上級匯報，爭取到最大限度的支援。一是陜西錦界、府谷送河北電力電量達到了最高能力；二是華北電網在自身平衡也不寬裕的情況下，采取日前交易、臨時增供、實時支援等形式，給予河北南網有力支援。至2011年5月底累計增購電量7 700萬kWh。在此基礎上，2012年春季，如何在2011年基礎上建立更加常態(tài)、靈活的購電模式，充分發(fā)揮區(qū)域互聯(lián)電網的優(yōu)勢，對應對目前缺電局面意義重大。

4.4 積極應對可能出現(xiàn)的調峰困難局面

首先對2012年春季可能出現(xiàn)的日調峰緊張的局面引起足夠的重視，以河北南網已經全面推行“兩個細則”(即“并網發(fā)電廠輔助服務管理細則”和“并網發(fā)電廠并網運行管理細則”)為契機，提升現(xiàn)有并網發(fā)電機組調峰能力，提高發(fā)電廠調峰積極性。同時，充分發(fā)揮互聯(lián)電網優(yōu)勢，發(fā)掘潛力，爭取妥善解決可能出現(xiàn)的調峰緊張情況。