黑龍江省電網(wǎng)三年計劃滾動計算分析

胡遠婷

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030)

隨著中俄聯(lián)網(wǎng)工程的投產(chǎn)，目前黑龍江省電網(wǎng)分為東部電網(wǎng)、中部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和北部電網(wǎng)。東部電網(wǎng)是黑龍江省電網(wǎng)重要的電源中心，目前主要通過四回500 kV線路和四回220 kV線路向中部電網(wǎng)和吉林電網(wǎng)輸送電力。西部電網(wǎng)通過兩回500 kV線路和伊穆直流構(gòu)成呼倫貝爾外送聯(lián)絡(luò)線。北部電網(wǎng)中黑河電網(wǎng)部分負荷由俄網(wǎng)供電，黑河俄網(wǎng)供電區(qū)與黑龍江省電網(wǎng)解列運行。對此，為掌控未來幾年黑龍江省電網(wǎng)運行狀況，本文對黑龍江省電網(wǎng)目標網(wǎng)架進行了詳細分析，包括潮流、電壓、穩(wěn)定、短路電流水平以及專題分析，以提前發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時調(diào)節(jié)優(yōu)化新設(shè)備投產(chǎn)計劃，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行［1］。

1 滾動計算分析

1.1 計算條件

采用PSASP6.282版本。暫態(tài)穩(wěn)定按照系統(tǒng)受到大擾動后，各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式，發(fā)電機間功角一般在第一或第二個搖擺周期不失步。計算分析中，計算時間不小于所觀察發(fā)電機間功角搖擺兩個周期，第二擺及后續(xù)擺應(yīng)有明顯的收斂趨勢［2］。

動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，能保持長時間運行穩(wěn)定性的能力［3］。計算分析中，計算時間不小于所觀察發(fā)電機間功角搖擺3個周期以后，后續(xù)擺應(yīng)有明顯的收斂趨勢［4］。

1.2 系統(tǒng)元件模型和參數(shù)應(yīng)用具體情況

1)發(fā)電機模型。計算過程中100 MW及以上發(fā)電機數(shù)學(xué)模型全部采用Eq″、Ed″、Eq'電勢變化的5階模型;對于裝機容量在100 MW以下的機組采用Eq'電勢恒定的2階模型［5］。

2)勵磁系統(tǒng)模型［6］。根據(jù)黑龍江省電網(wǎng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的實際狀況，按照計算程序提供的1、3、7、8、11、12型勵磁模型進行歸類，并對有關(guān)參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，對于省網(wǎng)14臺勵磁實測的機組，按實測參數(shù)調(diào)整勵磁參數(shù)，數(shù)據(jù)來源于東北網(wǎng)調(diào)。

3)調(diào)速系統(tǒng)模型。按照計算程序中提供的調(diào)速器模型，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，數(shù)據(jù)來源于東北網(wǎng)調(diào)。

4)負荷模型。計算過程中，黑龍江省電網(wǎng)負荷模型采用感應(yīng)電動機模型，定子電抗為0.18標幺值，其中50%為恒定阻抗模型。

1.3 滾動計算分析

根據(jù)黑龍江省電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架滾動規(guī)劃報告，預(yù)計黑龍江省電網(wǎng)2014年—2016年網(wǎng)架變化較大，其中，2014年新投輸變電工程較多，2015年新投機組容量較大，2016年500 kV主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化大。截至2016年，黑龍江省電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機容量預(yù)計達到36 974 MW，其中預(yù)計風(fēng)電裝機容量達到7020 MW，最大負荷預(yù)計19 000 MW，預(yù)計全網(wǎng)電力盈余為4547 MW。

2014年黑龍江省電網(wǎng)沒有電源建設(shè)項目。隨著哈爾濱地區(qū)永源2號變的投產(chǎn)，哈爾濱地區(qū)具備分區(qū)供電條件，因此可進行分區(qū)供電方案研究，以降低哈南變220 kV系統(tǒng)短路電流。鶴崗地區(qū)長安變輸變電工程的投產(chǎn)，增加了鶴崗地區(qū)220 kV落點，摘轉(zhuǎn)了佳A廠的負荷，使佳A廠可以完全退出電網(wǎng)運行。改變了佳B廠的入網(wǎng)點，減輕了群升甲乙線上的潮流壓力。

2015年伊春熱電兩臺350 MW機組投產(chǎn)，為伊春地區(qū)提供了有力的電源支撐，解決了伊鶴聯(lián)絡(luò)線故障和伊春地區(qū)負荷長距離單回線帶送問題。500 kV鶴崗變輸變電工程建設(shè)，增強了鶴崗電網(wǎng)與主網(wǎng)之間的聯(lián)系，使得鶴崗地區(qū)網(wǎng)架有所增強，同時為伊春熱電的潮流送出提供了有力的通道。大慶龍鳳電廠出口改接工程，將電廠出口由紅旗變改接到火紅開關(guān)站，分散了紅旗變出口線路潮流壓力，使電網(wǎng)潮流更加合理。加格達奇熱電兩臺160 MW機組的投運，為黑河、大興安嶺環(huán)網(wǎng)提供了有力電源支撐，興、黑地區(qū)長久以來備受關(guān)注的長距離大環(huán)網(wǎng)問題將得到有效的改善。

2016年500 kV雞西變及其配套的輸變電工程投產(chǎn)之后，對雞西地區(qū)電網(wǎng)起到了很大的支撐作用，東部網(wǎng)形成了500 kV群林變－慶云變－雞西變－林海變的環(huán)網(wǎng)。500 kV雞西變－慶云變線、雞西變－林海變線的建設(shè)投產(chǎn)增強了雞西地區(qū)和七臺河、牡丹江地區(qū)之間的電氣聯(lián)系。杏密線π入500 kV雞西變后，寶清－和平－虎林環(huán)網(wǎng)中增加500 kV變電站，增強了環(huán)網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

2 電網(wǎng)中期補強方案

2.1 東部電網(wǎng)中期補強方案

2.1.1 500 kV單主變和單線運行問題

截至2016年底，黑龍江省電網(wǎng)500 kV集賢變、慶云變、雞西變、林海變、鶴崗變和前進變?yōu)閱沃髯冞\行，主變跳閘后會降低供電可靠性，給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來安全隱患。500 kV集前甲線為單線運行，一旦出現(xiàn)線路跳閘故障，建前環(huán)網(wǎng)內(nèi)的電壓將大幅降低。為防止出現(xiàn)電壓崩潰事故，尤其是在部分220 kV線路檢修停電情況下，500 kV線路或主變跳閘后，需要采取大量切除建三江變、富錦變負荷或解列個別220 kV變電所應(yīng)對措施。

補強方案:對單主變運行的變電站，加快安裝2號主變進程，考慮進行500 kV集賢－前進第二回線路的建設(shè)。

2.1.2 伊鶴地區(qū)電網(wǎng)電源建設(shè)超前電網(wǎng)建設(shè)

伊春熱電廠1號、2號機組投運后，伊春地區(qū)的裝機容量達到700 MW。伊春地區(qū)伊春變、白林變和鶴崗地區(qū)的金山變形成一個三角形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中只有金伊甲線是線路型號為LJG－400的單回輸電線路，當(dāng)伊春熱電滿發(fā)，白林甲乙線發(fā)生同塔雙回跨線故障時，會導(dǎo)致金伊甲線過載。

鶴崗地區(qū)220 kV長安變輸變電工程投產(chǎn)后，佳B廠入網(wǎng)點發(fā)生改變，經(jīng)長安變與鶴崗地區(qū)存在電氣聯(lián)系，群升甲乙線為同塔雙回線路，當(dāng)出現(xiàn)跨線故障時，蘇家店風(fēng)電、寶山風(fēng)電及佳B廠的出力全都經(jīng)鶴安線向鶴崗地區(qū)送出，導(dǎo)致鶴崗地區(qū)的潮流會由鶴南變向鶴崗A廠輸送，鶴木甲乙線上的潮流會激增。在這種情況下如果佳B廠、蘇家店風(fēng)電、寶山風(fēng)電出力之和大于490 MW，鶴安線就過載。

補強方案:在500 kV鶴崗－群林線路投運之前，根據(jù)地區(qū)負荷情況，合理制定伊春熱電廠的開機方式。進行伊春變－金山變第二回線路的建設(shè)，使伊春地區(qū)至鶴崗地區(qū)的外送通道更加完善、網(wǎng)架更加堅強。

長安變輸變電工程投產(chǎn)后，考慮到佳B廠、蘇家店風(fēng)場、寶山風(fēng)場的并網(wǎng)地點發(fā)生變化，建議重新制定佳B廠、蘇家店風(fēng)場、寶山風(fēng)場安控裝置策略。增加佳木斯地區(qū)220 kV落點，以形成220 kV東升－長安－群林環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分擔(dān)鶴安線上的潮流，增強地區(qū)內(nèi)負荷互帶能力。

2.1.3 500 kV鶴崗變投產(chǎn)運行分析

當(dāng)500 kV鶴崗B廠－鶴崗變線路或鶴崗變故障時，500 kV鶴崗變將失去聯(lián)絡(luò)變作用。當(dāng)鶴群線故障時，鶴崗B廠的出力主要通過鶴崗變送出，伊春地區(qū)的電力盈余主要通過鶴安線向佳木斯地區(qū)送出，安升甲乙線、群升甲乙線上的潮流將顯著增大。當(dāng)鶴群線故障時，鶴崗B廠的出力將全經(jīng)500 kV鶴崗B廠－鶴崗變線向鶴崗地區(qū)送出，導(dǎo)致鶴崗A廠－紅豐開關(guān)站雙回線、群升甲乙線、安升甲乙線上的潮流都將顯著增大。雙回線中一回故障時，另外一回將重載或過載。

補強方案:加快500 kV鶴崗變－群林變線路的建設(shè)，增強網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.1.4 500 kV雞西變投產(chǎn)運行分析

500 kV雞西－林海線路作為雞牡地區(qū)唯一的一條500 kV聯(lián)絡(luò)線，當(dāng)線路檢修時，滴古線上的潮流將增大，需要雞西二熱、雞西廠、牡二A廠和牡二B廠的開機方式相互配合，以防止滴古線過載。

雞西地區(qū)500 kV雞西變與附近220 kV變電站實現(xiàn)雙回線路連接，新建兩回220 kV滴道變－城子河變輸電線路，提高了雞西地區(qū)電力輸送能力。但是雞西地區(qū)電網(wǎng)仍較薄弱，網(wǎng)內(nèi)電源送出線路及七臺河地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線雞勃線導(dǎo)線線徑較細，送、受電能力均不足，在雞西地區(qū)發(fā)電與負荷比例偏差較大時，易過載。

補強方案:加強雞西、七臺河地區(qū)220 kV聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)，建設(shè)七臺河－城子河第二回輸電線路，分散聯(lián)絡(luò)線上的潮流壓力。

2.2 中部電網(wǎng)中期補強方案

2.2.1 500 kV興福變單主變運行問題

500 kV變電站作為黑龍江省電網(wǎng)的主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對電網(wǎng)潮流及電壓都會產(chǎn)生極大影響。目前中部電網(wǎng)中500 kV興福變?yōu)閱沃髯冞\行，興福變下網(wǎng)電力最多可達到600 MW，當(dāng)主變發(fā)生故障時，會導(dǎo)致三康甲乙線、康立甲乙線、興立甲乙線過載，綏海線被迫解環(huán)。同時三康甲乙線、康立甲乙線、興立甲乙線之一檢修時，興福主變也不滿足檢修方式下N－1運行原則。

康立乙線、興立乙線有較短一部分線路型號為LJG－240，導(dǎo)致雙回線路潮流分布不均，康立甲線、興立甲線故障后，線路易過載。建議對線路承載能力低的部分線路進行更換，加快500 kV興福變2號主變的建設(shè)。

2.2.2 哈爾濱地區(qū)短路電流超標

哈平南電廠兩臺350 MW機組投產(chǎn)后，使哈南變220 kV系統(tǒng)出現(xiàn)短路電流超標問題，2014年最大短路電流預(yù)計能達到52.3 kA。目前采取哈南變220 kV母線分裂運行的方式來降低短路電流，但在這種運行方式下，電網(wǎng)檢修時機組開機方式限制更加嚴格，哈爾濱地區(qū)機組運行靈活性下降。同時為防止個別檢修方式下500 kV主變跳閘后，地區(qū)潮流大規(guī)模轉(zhuǎn)移引起220 kV聯(lián)絡(luò)線過載，需要配置過載切機的安控裝置。哈爾濱地區(qū)2014年—2016年短路電流如表1所示。

表1 哈爾濱地區(qū)2014年—2016年短路電流 kATab．1 Harbin region short circuit current in 2014 －2016

補強方案:永源2號變投產(chǎn)后，開展哈爾濱地區(qū)分區(qū)供電方案的研究，合理實現(xiàn)分區(qū)供電，降低系統(tǒng)短路電流和網(wǎng)絡(luò)損耗。

2.2.3 哈爾濱電網(wǎng)220 kV主變單線運行問題

利民變出線三利甲線、松立線均為單回線路，當(dāng)其中一回檢修，另一回故障時，將導(dǎo)致利民變?nèi)?。肇東變、豐樂變、雙城變也存在同樣的問題。而肇東、雙城作為縣級市，在地理位置上和經(jīng)濟效益上都起著重要的作用，變電站全停會給該地區(qū)造成巨大的影響和損失。

補強方案:對哈爾濱地區(qū)單線、單主變的線路和變電所進行改造，加強網(wǎng)架結(jié)構(gòu);對負荷較大的變電所主變進行增容或做好緊急情況負荷轉(zhuǎn)移措施，提高電網(wǎng)供電可靠性。

2.3 西部電網(wǎng)中期補強方案

2.3.1 大慶南部地區(qū)雙回線路N－1過載問題

大慶南部地區(qū)火紅開關(guān)站－火炬雙回線、火中乙線部分線路型號為LGJ－400，鋒繁甲線、讓繁甲線部分線路型號為LGJ－240導(dǎo)線，導(dǎo)線截面較小，當(dāng)雙回線中乙線路跳閘時，甲線嚴重過載。

2.3.2 部分區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線有待加強

西部電網(wǎng)和北部電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線馮拉甲線、馮富線和富拉線構(gòu)成一個單回線三角形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這3條線路均為LGJ－400型號的線路，當(dāng)其中一回故障時，會導(dǎo)致潮流與其相關(guān)聯(lián)的另外一回線路重載或過載。

補強方案:根據(jù)電網(wǎng)實際運行情況，對薄弱線路進行線路改造，或考慮增加第二回輸電線路的建設(shè)，加強220 kV區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)。

2.4 北部電網(wǎng)中期補強方案

2.4.1 加格達奇熱電廠投產(chǎn)后帶來的問題

由于北部大環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響，克山變、北安變的負荷主要都需經(jīng)過拉克線帶送，加格達奇熱電投產(chǎn)后，由西部電網(wǎng)向北部電網(wǎng)送出的潮流大部分將通過拉克線送出，使拉克線上潮流增大，當(dāng)黑錦線、孫錦線故障時，會導(dǎo)致線路過載。

2.4.2 環(huán)網(wǎng)中存在N－1后部分變電所電壓偏低問題

北部電網(wǎng)加格達奇熱電廠、多寶山－黑換流站線路投運后，黑河、大興安嶺長距離環(huán)網(wǎng)供電能力弱、網(wǎng)內(nèi)電壓水平偏低，N－1時電壓降低較大的問題得到緩解。但是，依然存在500 kV興黑線、黑河換流站主變跳閘后黑河地區(qū)部分變電所電壓水平大幅降低的問題。

補強方案:對黑河地區(qū)部分樞紐變電站，如錦江變、孫吳變投建無功補償裝置，保證興黑線故障后黑河地區(qū)電壓穩(wěn)定水平。

3 結(jié)語

根據(jù)規(guī)劃中新設(shè)備投產(chǎn)情況，對電網(wǎng)進行未來2～3 a的滾動計算，提前發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)并提出電網(wǎng)中期補強方案，對指導(dǎo)新設(shè)備投產(chǎn)具有重要的意義。同時也為黑龍江省電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、運行等工作提供了有價值的數(shù)據(jù)支撐及決策依據(jù)。

［1］王冠，黃涌．華中電網(wǎng)安全穩(wěn)定滾動計算分析與研究［J］．華中電力，2008，21(4):26-27．WANG Guan，HUANG Yong．Rolling calculation analysis and study of central China grid safety and stability［J］．Central China Power Grid 2008，21(4):26-27．

［2］李光琦．電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］．北京:中國電力出版社，1995:204-210．LI Guangqi．Power system transient analysis［M］．Beijing:China Power Press，1995:204-210．

［3］陳珩．電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析［M］．北京:中國電力出版社，1995:92-98．CHEN Heng．Steady state analysis of power system［M］．Beijing:China Power Press，1995:92-98．

［4］倪以信，陳壽孫，張寶霖．動態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2002．NI Yixin，CHEN Shousun，ZHANG Baolin．Theory and analysis of dynamicpowersystem［M］．Beijing:Tsinghua University Press，2002．

［5］陳鳳，李欣然，陳輝華，等．電動機模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)對暫態(tài)穩(wěn)定仿真的影響［J］．電力自動化設(shè)備，2004，24(8):29-32．CHEN Feng，LI Xinran，CHEN Huihua，et al．Influence of induction motor model structure and parameters on transient Stability Simulation［J］．Electric Power Automation Equipment，2004，24(8):29-32．

［6］荀吉輝，熊尚峰．穩(wěn)定計算用發(fā)電機勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)測試及校核分析［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(17):21-24．GOU Jihui，XIONG Xiangfeng．Calculated by testing and checking of generator excitation system model parameter analysis of［J］．Power System Protection and Control，2009，37(17):21-24．