“疆電入川”工程對四川電網(wǎng)的影響研究

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(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065；2．四川省智能電網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065； 3．國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041)

0 引 言

“疆電外送”[1，2]作為既已實(shí)現(xiàn)，且未來發(fā)展?jié)摿薮蟮哪茉磧?yōu)化配置工作已視為國家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。而與之相鄰的四川電網(wǎng)作為國家樞紐電網(wǎng)[3]，“西電東輸”工程的大量投運(yùn)保證了其有能力成為中轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)電力資源的“接力外送”；加之以水電為主的四川電網(wǎng)，豐枯期電量存在較大落差，部分時(shí)段有一定電量缺額，“豐余枯缺”結(jié)構(gòu)性矛盾凸出。“疆電入川”孕育而生。

然而，伴隨“疆電入川”特高壓直流項(xiàng)目投運(yùn)，勢必將會(huì)對四川電網(wǎng)造成較大影響，特別是成都電網(wǎng)。主要問題包括有：①電力電量平衡問題[4]，如電力建設(shè)規(guī)劃、電量的消納與結(jié)算；②電磁環(huán)網(wǎng)問題[5-8]，如已處較高短路電流水平的電網(wǎng)現(xiàn)狀，原有開關(guān)設(shè)備的遮斷容量能否滿足系統(tǒng)的要求；③電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與安全問題，如電網(wǎng)運(yùn)管費(fèi)用的增加，故障影響與損失加重，通信線路的電磁感應(yīng)危害加大，及鐵塔接觸電壓、跨步電壓增大帶來的安全問題等。因此，解析“疆電入川”特高壓直流輸電工程[9]對四川電網(wǎng)的影響，特別是電力電量平衡問題與短路電流水平分析[10]顯得尤為重要。

1 “疆電外送”工程與四川電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

1.1 “疆電外送”工程

隨著750 kV新疆與西北聯(lián)網(wǎng)工程的成功投運(yùn)，新疆電網(wǎng)正式并入全國電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了“煤從空中走、電送全中國”的大跨越。當(dāng)前，哈密—河南±800 kV和淮東—重慶±1 100 kV 兩條特高壓直流工程的投建，預(yù)計(jì)每年可向外送電17 500 MW，進(jìn)而緩解內(nèi)地用電緊張局面。其中，淮東—重慶±1 100 kV直流工程還將成為全球電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長的直流輸電工程?！敖娡馑汀币饬x重大。首先，近年來火電連年虧損使電力企業(yè)失去投資火電的動(dòng)力和能力?；痣娡顿Y下降過快可能導(dǎo)致今后幾年火電裝機(jī)不足，造成“硬缺電”。作為發(fā)電主力軍的火電增速下降，無疑將對整體供電形勢造成影響。而中國電力消費(fèi)主要集中在東、中部地區(qū)，中、東部地區(qū)占全國用電比重達(dá)近70%，未來這一特點(diǎn)也不會(huì)根本改變。因此，特高壓“疆電外送”無疑是保障國家能源安全的重要手段；其次，對于新疆自身的發(fā)展而言，建設(shè)能源大通道，集約開發(fā)新疆各類能源，就地轉(zhuǎn)化為電力，有利于新疆資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，事關(guān)國家能源安全、產(chǎn)業(yè)布局和新疆跨越式發(fā)展。

1.2 四川電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

近年來，四川電源與電網(wǎng)建設(shè)初具規(guī)模，跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)交換能力大幅提升。然而，“豐余枯缺”結(jié)構(gòu)性問題仍然明顯，以2010年四川電網(wǎng)實(shí)際情況為例，外送電量20 050 GWh(含二灘送重慶電網(wǎng)3 730 GWh)，外購電量3 580 GWh。造成上述“既賣電又買電”現(xiàn)象的問題在于以下3點(diǎn)。

(1)電力供需受季節(jié)與氣候影響較大，對電網(wǎng)吞吐能力和聯(lián)網(wǎng)要求較高。

受到電源結(jié)構(gòu)和水火電源空間分布的影響，豐水期都有大量的電力自西向東送往負(fù)荷中心并向區(qū)外輸送，枯水期則更多是依靠煤電和外來電源，以水電為主的電力供需形勢受季節(jié)與氣候影響較大，對電網(wǎng)吞吐能力和與外區(qū)聯(lián)網(wǎng)要求較高。近年來枯水期供電能力不足，電煤和外購電成為影響冬季電力電量平衡的關(guān)鍵因素。

(2)四川500 kV、220 kV電網(wǎng)已具規(guī)模，但電網(wǎng)高低兩端網(wǎng)架發(fā)展有所滯后。

一方面與外區(qū)大量電力交換能力受到限制，電網(wǎng)穩(wěn)定水平較低，豐水期水電存在棄水調(diào)峰、經(jīng)濟(jì)性差，更高等級電網(wǎng)(交直流特高壓電網(wǎng))亟待早日建成投產(chǎn)；另一方面110 kV以下配電網(wǎng)建設(shè)有所滯后，配電網(wǎng)網(wǎng)架和供電能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

(3)電源和電網(wǎng)的發(fā)展有待于進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)調(diào)配合、共同有序推進(jìn)。

隨著電源特別是水電開發(fā)建設(shè)速度加快，四川電網(wǎng)建設(shè)相對滯后，部分送電通道出現(xiàn)瓶頸。隨著廠網(wǎng)分開的電力體制改革已基本完成，電源項(xiàng)目主體多元化的格局已經(jīng)形成。新形勢下，根據(jù)市場和電網(wǎng)條件，正確引導(dǎo)電源項(xiàng)目合理布局、規(guī)范有序發(fā)展，確保電力系統(tǒng)安全可靠，以及系統(tǒng)整體最優(yōu)的難度較大。

綜上分析，四川電網(wǎng)受季節(jié)與氣候的變化，輸送電通道瓶頸及部分城市負(fù)荷中心峰谷差異大等問題影響，決定了未來四川電網(wǎng)需要進(jìn)一步加強(qiáng)省際電網(wǎng)的互聯(lián)發(fā)展。

2 “疆電入川”工程對四川電網(wǎng)的影響

2.1 電力電量平衡分析

根據(jù)四川省“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，四川省全社會(huì)用電量年均增長12.6%，全省最大負(fù)荷年均增長14.4%。參照2011年四川電網(wǎng)電力電量實(shí)際情況，現(xiàn)對2012年全網(wǎng)電力電量平衡進(jìn)行預(yù)測，相關(guān)計(jì)算公式如下。

ΔPD=1.03PDC-(PR+ΔPS)

(1)

其中，ΔPD為電力余缺；PNC為需要裝機(jī)容量；PR為綜合可調(diào)容量；ΔPS為受阻電力。

PR=PInst-PM-ΔPS-ΔPSur

(2)

其中，PInst為期初統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量；PM為檢修容量；PSur為空閑容量。

ΔPSur=PIm-PEx

(3)

其中，PIm為輸入電力；PEx為輸出電力。

ΔQS=QC-QG

(4)

其中，ΔQS為電量自然盈虧；QC為全社會(huì)用電量；QG為全網(wǎng)發(fā)電量。

電力電量預(yù)測結(jié)果如表1所示。

對表1中的電力預(yù)測部分進(jìn)行分析，見圖1所示。

從圖1中可以看出，全網(wǎng)2012年全年大部分月份(除4、10、11月)都存在一定電力缺額，主要集中在枯水期與負(fù)荷高峰期，最大缺額為-3 257MW。

表1 2012年四川電網(wǎng)電力電量平衡預(yù)測表(單位：MW、GWh)

表2 2015年四川電網(wǎng)電力電量平衡預(yù)測表(單位：MW、GMh)

圖1 2012年電力平衡圖

圖2 2012年電量平衡圖

對表1中的電量預(yù)測部分進(jìn)行分析，見圖2所示。

全網(wǎng)電量自然盈虧3 030 GWh，豐期凈富余16 090 GWh，枯期凈缺電13 070 GWh，凈缺電月份11月至5月。

上述結(jié)果表明：除負(fù)荷日益增長，造成負(fù)荷高峰期電力不足外，四川電力“豐余枯缺”結(jié)構(gòu)性矛盾日益凸顯，加強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)強(qiáng)度勢在必行。

根據(jù)規(guī)劃，對2015年電力電量情況進(jìn)行預(yù)測。

按規(guī)劃，到2015年，四川電網(wǎng)全網(wǎng)電力平衡問題已能得到基本解決，且有一定余力。但考慮到四川電網(wǎng)豐、枯水電變化的影響，“豐余枯缺”問題仍然存在的可能，及全國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化——“西電東輸”的需要，“疆電入川”項(xiàng)目的實(shí)施不僅能有效解決四川電力結(jié)構(gòu)性問題，更有利于國家能源大格局的優(yōu)化。按照“疆電入川”規(guī)劃，擬建通道將向成都地區(qū)輸送功率約11 000 MW，即能實(shí)現(xiàn)：“消納疆電，自身平衡，外送接力”的目的。

2.2 短路電流水平分析

隨著雅安—重慶—皖南交流特高壓的投運(yùn)，以及四川西部水電資源的大力開發(fā)和四川中東部電網(wǎng)500 kV變電站的增加，使得各站點(diǎn)間的電氣距離進(jìn)一步縮短，導(dǎo)致了已處較高水平的四川電網(wǎng)各站點(diǎn)短路電流水平進(jìn)一步升高，甚至部分站點(diǎn)水平超過了對應(yīng)母線開關(guān)的最大遮斷容量?，F(xiàn)利用BPA程序?qū)?015年四川電網(wǎng)500 kV以上變電站(如圖3所示)短路電流水平進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下。

圖3 四川電網(wǎng)500 kV站示意圖

(1)2015年四川電網(wǎng)，在沒有采取任何限制短路電流措施的情況下，四川電網(wǎng)兩個(gè)交流特高壓變電站1 000 kV母線最大短路電流僅約26.497 kA，遠(yuǎn)小于50 kA的遮斷容量。

(2)500 kV側(cè)電網(wǎng)短路電流水平中，東坡變電站的500 kV母線三相短路電流超過了遮斷容量63 kA，其余交流特高壓變電站500 kV母線和500 kV變電站高壓側(cè)母線的短路電流均小于63 kA。其中樂山特高壓中壓側(cè)500 kV母線的三相短路電流為61.383 kA，已接近開關(guān)遮斷容量，裕度較小。

(3)220 kV側(cè)電網(wǎng)短路電流水平中，東坡變電站的220 kV母線三相、單相短路電流均超過遮斷容量50 kA，樂山變電站的220 kV母線三相短路電流超過了遮斷容量，其余500 kV變電站220 kV母線側(cè)的短路電流均小于50 kA。

(4)四川電網(wǎng)各個(gè)換流站大多因?yàn)橹苯舆B接于大型水電站，所以母線短路電流較大，最大為54.922 kA，最小為36.720 kA，各個(gè)換流站均是單相短路電流高于三相短路電流。

(5)2015年四川電網(wǎng)短路電流計(jì)算結(jié)果中，共有11個(gè)變電站或換流站的母線短路電流水平高于50 kA，具體如表3中第2、3列所示。

考慮“疆電入川”項(xiàng)目主供方向?yàn)槌啥茧娋W(wǎng)，計(jì)算2015年四川電網(wǎng)500 kV以上站點(diǎn)短路電流水平，且對比工程實(shí)施前其中已處較高水平站點(diǎn)，如表3中第4、5列所示。

表3 短路電流高于50 kA的500 kV以上站點(diǎn)(單位：kA)

結(jié)果表明：在不改變四川水電、火電機(jī)組容量的情況下，“疆電入川”項(xiàng)目工程投運(yùn)對2015年四川電網(wǎng)500 kV以上各站點(diǎn)短路電流水平的影響很小，無明顯“助長”作用。相比較于交流輸電方式，采用直流輸電方式將新疆的富裕電力輸送到四川電網(wǎng)，并不會(huì)增大四川電網(wǎng)的短路電流水平。由于直流輸電線路的電流是按給定值控制的，因此被互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)的短路容量不致由于互聯(lián)而增大。但是如果用交流線路將兩個(gè)交流系統(tǒng)互聯(lián)，則將出現(xiàn)因短路容量增大，導(dǎo)致斷路器的遮斷容量不足而需要更換，或者增設(shè)限流裝置，以限制短路電流等。

3 結(jié) 語

在分析了“疆電外送”與四川電網(wǎng)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，就“疆電入川”工程對四川電網(wǎng)可能存在影響進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下。

(1)“疆電入川”項(xiàng)目的實(shí)施能有效提升“西電東輸”大格局資源優(yōu)化配置，且解決了四川電網(wǎng)枯期存在一定電力缺額的問題；

(2)“疆電入川”項(xiàng)目工程投運(yùn)后，在不改變四川水電、火電機(jī)組容量的情況下，對2015年四川電網(wǎng)500 kV以上各站點(diǎn)短路電流水平的影響很小。采用直流輸電方式將新疆的富裕電力輸送到四川電網(wǎng)，并不會(huì)增大四川電網(wǎng)的短路電流水平；

(3)當(dāng)前，隨著交流特高壓工程的逐步建投，新增大電源的不斷接入，各地區(qū)電網(wǎng)存在500 kV、220 kV環(huán)網(wǎng)問題，將導(dǎo)致四川電網(wǎng)各站點(diǎn)短路電流水平將不斷增大，甚至某些站點(diǎn)的短路電流已經(jīng)或者可能超過對應(yīng)母線開關(guān)的最大遮斷容量，需要對四川電網(wǎng)500 kV各站點(diǎn)采取有效限制短路電流的措施。

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