220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)試驗(yàn)對(duì)象的選擇

何禹清，謝欣濤，徐超

(國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)試驗(yàn)對(duì)象的選擇

何禹清，謝欣濤，徐超

(國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

文中以湖南電網(wǎng)為基礎(chǔ)，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)確定閉環(huán)區(qū)域選定的基本原則，以此為基礎(chǔ)選定可閉環(huán)的電磁環(huán)網(wǎng)，并從短路電流水平、N-1校核、網(wǎng)損和保護(hù)通信等方面分析初選對(duì)象的可行性并確定待選對(duì)象。針對(duì)待選對(duì)象，在多負(fù)荷水平下對(duì)其網(wǎng)損、沖擊電流和暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行校核，并制定有針對(duì)性的預(yù)控措施。

電磁環(huán)網(wǎng);閉環(huán)運(yùn)行;網(wǎng)損;短路電流;潮流計(jì)算;穩(wěn)定校核

電磁環(huán)網(wǎng)是指2組不同電壓等級(jí)運(yùn)行的線路，通過兩端變壓器磁回路的聯(lián)接而并聯(lián)運(yùn)行，它是在電網(wǎng)發(fā)展過程中的一種特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在某些情況下，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)傳輸極限、熱穩(wěn)定電流、保護(hù)配合和短路電流造成負(fù)面作用〔1-4〕。因此，目前國內(nèi)對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)的研究主要集中在如何優(yōu)化解環(huán)方面，對(duì)于絕大部分220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)采取開環(huán)運(yùn)行的方式〔5-8〕。

然而，220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行是一把“雙刃劍”，一方面它可減少220 kV電壓等級(jí)電網(wǎng)嚴(yán)重故障下潮流轉(zhuǎn)移引起的穩(wěn)定破壞問題;但另一方面又會(huì)降低正常運(yùn)行方式下大電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度和局部110 kV 電網(wǎng)的供電安全可靠性〔9，10〕。隨著電網(wǎng)精細(xì)化管理要求的提高，在日常的電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行等工作中已經(jīng)逐漸感到不加選擇地將所有220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)一律打開運(yùn)行的模式可能對(duì)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不利影響〔11〕。

1 閉環(huán)對(duì)象的初選

1.1 閉環(huán)對(duì)象的初選原則

1)考慮到220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，會(huì)在一定程度上增大短路電流，因此網(wǎng)絡(luò)密集、短路電流本身較大的地區(qū)，不納入220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行選定區(qū)域。

2)考慮到目前尚未開展220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)欠缺，因此環(huán)網(wǎng)內(nèi)110 kV變電站供帶重要用戶的不納入本次220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行選定范圍。

3)考慮到目前110 kV線路保護(hù)基本以距離保護(hù)為主，極少配置快速保護(hù)，且故障切除和恢復(fù)供電以備自投為主，因此通過多個(gè)110 kV串接形成的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)不列入選定范圍。

1.2 初選對(duì)象

湖南省電網(wǎng)可納入初選范圍的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)見表1。

表1 初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)

2 初選對(duì)象分析

對(duì)初選對(duì)象從約束條件和優(yōu)選條件2個(gè)方面進(jìn)行可行性分析。不能滿足約束條件的初選對(duì)象不能采取閉環(huán)運(yùn)行。在滿足約束條件的前提下通過優(yōu)選條件的對(duì)比分析來確定待選對(duì)象。約束條件主要包括短路電流和N-1校核。優(yōu)選條件主要包括網(wǎng)損、保護(hù)與通信改造工程量和實(shí)施難易程度。

2.1 短路電流分析

對(duì)初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行短路電流計(jì)算，結(jié)果見表2。從計(jì)算結(jié)果可見，備選的16個(gè)環(huán)網(wǎng)，閉環(huán)后110 kV變電站母線的短路電流約增加2～5 kA，經(jīng)校核，均未超過所對(duì)應(yīng)斷路器的遮斷容量，且還有較大裕度。這也說明通過初選原則的篩選對(duì)限制短路電流的水平是有效的。

2.2 N－1校核分析

對(duì)初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行N-1分析計(jì)算，主要分析選定220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)的220 kV線路和主變故障情況下，110 kV的熱穩(wěn)定問題，結(jié)果見表2。從計(jì)算結(jié)果可見，初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)均能滿足220 kV線路的N-1校核，110 kV閉環(huán)線路在故障情況下不會(huì)出現(xiàn)熱穩(wěn)定問題。

2.3 網(wǎng)損分析

對(duì)初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)損計(jì)算，結(jié)果見表2。從計(jì)算結(jié)果可見，在2013年豐大典型方式下，新市—安園—袁家鋪、蓉城—珺山—城前嶺、濂溪—螞蝗塘—女書、鵝塘—游家—上渡、漳江—陬市—鐵山等8個(gè)電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)后較閉環(huán)前網(wǎng)損出現(xiàn)下降，其他電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)網(wǎng)損增大情況。為體現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，暫將網(wǎng)損增大的對(duì)象剔除出本次閉環(huán)實(shí)驗(yàn)范圍。

表2 初選220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)指標(biāo)分析

2.4 保護(hù)與通信狀態(tài)分析

對(duì)初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)的保護(hù)與通信進(jìn)行分析。所選對(duì)象涉及的線路雙側(cè)均配置有距離保護(hù)，所涉及的變電站均有直達(dá)光纜，均無保護(hù)配置改造工程量和光纖改造工程量。

2.5 待選環(huán)網(wǎng)對(duì)象

結(jié)合對(duì)初選的220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行的網(wǎng)損、線路N-1校核、保護(hù)與通信的分析和工程實(shí)施的難易程度，選定濂溪—螞蝗塘—女書為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，接線示意圖如圖1所示。

圖1 濂溪—螞蝗塘—女書環(huán)網(wǎng)接線示意圖

3 待選對(duì)象校核

3.1 網(wǎng)損分析

圖2為螞蝗塘110 kV變不同負(fù)荷水平下，閉環(huán)前、后網(wǎng)損相對(duì)值的變化情況。由圖2可見，隨著螞蝗塘下網(wǎng)負(fù)荷的增大，閉環(huán)運(yùn)行后的網(wǎng)損基本呈指數(shù)減少，閉環(huán)運(yùn)行后的降損效果明顯。同時(shí)，通過螞蝗塘110 kV變負(fù)荷特性分析，其負(fù)荷基本穩(wěn)定在40 MW附近水平，高峰負(fù)荷約為73 MW，低谷負(fù)荷約為19 MW。因此，從理論線損的分析看，該環(huán)網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行有較好的降損效果。

圖2 螞蝗塘110 kV變不同負(fù)荷水平下相對(duì)網(wǎng)損變化

3.2 壓差和沖擊電流分析

正常方式下，110 kV女螞線在螞蝗塘側(cè)開環(huán)運(yùn)行，開環(huán)點(diǎn)螞蝗塘側(cè)110 kV母線與110 kV女螞線線路側(cè)電壓差為0.021 8 kV，電壓相角差為1.56度，沖擊電流為 0.082 01 p.u.(即 71.31 A)，同時(shí)沒有設(shè)備過載，也不會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作，因此滿足閉環(huán)條件，可以進(jìn)行閉環(huán)操作 (調(diào)度規(guī)程的原則性要求為:閉環(huán)前閉環(huán)點(diǎn)兩側(cè)相位需一致，閉環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓差220 kV及以下電壓等級(jí)最大不超過額定電壓的30%，相角差不超過30度，500 kV最大不超過額定電壓的20%，相角差不大于30度，且閉環(huán)后環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備不過載，保護(hù)可靠動(dòng)作)。

3.3 N－1及暫態(tài)分析

濂溪—螞蝗塘—女書環(huán)網(wǎng)所處地區(qū)小水電非常豐富，豐水期還承擔(dān)廣西水電的輸送，運(yùn)行方式受水電出力影響較大，因此必須同時(shí)對(duì)其正常豐大方式和水電大發(fā)方式進(jìn)行穩(wěn)定性校核、分析。

1)正常方式。在正常方式下，對(duì)濂女線、女水線、紫濂線、紫水線、濂溪主變、女書主變故障進(jìn)行分析。結(jié)果表明在各種故障條件下，系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)考慮到110 kV濂螞線、女螞線2條線路無縱聯(lián)保護(hù)、螞蝗塘變電站無110 kV母差保護(hù)，螞蝗塘110 kV母線三相故障對(duì)該區(qū)域的穩(wěn)定水平影響最大?？紤]女書變女螞線、濂溪變濂螞線距離Ⅱ段動(dòng)作時(shí)限為1.2 s，計(jì)算暫態(tài)穩(wěn)定，其暫態(tài)過程如圖3所示。計(jì)算結(jié)果表明，螞蝗塘110 kV母線故障時(shí)，系統(tǒng)可保持穩(wěn)定。

圖3 螞蝗塘110 kV母線三相故障暫態(tài)圖

2)水電大發(fā)方式。結(jié)合該地區(qū)歷史各變電站豐水期的電力上送情況，水電大發(fā)時(shí)，女書變上送約80 MW，螞蝗塘上送約1.5 MW，水灣變上送約150 MW，廣西通過水灣變向永州電網(wǎng)送約60 MW。對(duì)各故障情況進(jìn)行分析，計(jì)算表明在各種故障發(fā)生后，系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定運(yùn)行。其中紫水線雙回(為同塔雙回線路，見圖4)同時(shí)三相故障對(duì)該區(qū)域的穩(wěn)定水平影響最大，計(jì)算結(jié)果表明此時(shí)系統(tǒng)亦能保持穩(wěn)定。

圖4 紫水線雙回三相故障暫態(tài)圖

4 預(yù)控措施

為保證濂溪—螞蝗塘—女書閉環(huán)后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，須從幾個(gè)方面制定預(yù)控措施。

1)熱穩(wěn)定問題的預(yù)控措施:考慮到女書主變跳閘后，女書變負(fù)荷轉(zhuǎn)由濂溪—螞蝗塘—女書的110 kV線路供帶，為防止該線路出現(xiàn)熱穩(wěn)定問題，女書變供帶負(fù)荷最大為82.0 MW，大于82.0 MW時(shí)，需考慮負(fù)荷連切;考慮到女書主變跳閘后，女書變上送的潮流轉(zhuǎn)由濂溪—螞蝗塘—女書的110 kV線路供帶，為防止該線路出現(xiàn)熱穩(wěn)定問題，女書變上送的潮流最大為82.0 MW，大于82.0 MW時(shí)，需考慮上網(wǎng)線路的連切。

2)閉環(huán)操作的預(yù)控措施:通過調(diào)整女書變、螞蝗塘變主變檔位、電容器和電抗器的投退，盡可能減少閉環(huán)點(diǎn)的電壓差及相角差，從而減少閉環(huán)電流;為控制閉環(huán)聯(lián)絡(luò)線的閉環(huán)電流，閉環(huán)時(shí)應(yīng)盡量選擇在負(fù)荷較低的時(shí)間進(jìn)行。

3)運(yùn)行方式的預(yù)控措施:密切關(guān)注220 kV濂溪變、女書變供區(qū)的負(fù)荷變化，適時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，避免由于220 kV電網(wǎng)重、過載引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定問題。

5 結(jié)論

文中以湖南電網(wǎng)為基礎(chǔ)，分析了220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)閉環(huán)試驗(yàn)對(duì)象選擇的基本原則、方法和步驟。將環(huán)網(wǎng)選擇區(qū)分為初選和校核2個(gè)階段，大大減少了合環(huán)對(duì)象的分析個(gè)數(shù)。根據(jù)文中所述方法和步驟所選擇的濂溪—螞蝗塘—女書環(huán)網(wǎng)目前已閉環(huán)運(yùn)行2個(gè)多月，實(shí)驗(yàn)表明閉環(huán)運(yùn)行后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性好、可靠性大幅提高、經(jīng)濟(jì)效益明顯。

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Test object selection of closed-loop operation for 220 kV/110 kV electromagnetic loop network

HE Yu-qing，XIE Xin-tao，XU Chao
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Economical＆ Technical Research Institute，Changsha 410004，China)

Combining with the power grid operation experience，the basic principle to determine the loop region selection is determined in Hunan power grid.On the basis of the principle，electromagnetic loop network is selected，and the candidate test object is selected based on the analysis of the short-circuit current level，N-1 check，network loss，protection configuration and communication configuration of the primary object.The power loss，the impulse current and transient stability are checked at different load level，and the specific pre-control measures are established.

electromagnetic loop network;closed-loop operation;power loss;short-circuit current;flow calculation;stability check

TM715

A

1008-0198(2014)02-0007-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.003

2013-06-17 改回日期:2013-07-22

國網(wǎng)湖南省電力公司科技項(xiàng)目 (KZ12K16003)

何禹清 (1982)，男，博士，工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行及管理工作。

謝欣濤 (1972)，男，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行及管理工作。