2014—2015年山西南網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算分析與研究

楊尉薇，鄭惠萍，薛敏

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

2014—2015年山西南網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算分析與研究

楊尉薇，鄭惠萍，薛敏

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

結(jié)合山西電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行和規(guī)劃，對山西南部電網(wǎng)2014—2015年各種方式下的線路潮流、主變壓器潮流、N-1靜態(tài)穩(wěn)定校核、暫態(tài)穩(wěn)定等電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題進(jìn)行計(jì)算、分析和探討。

電網(wǎng)；潮流；靜態(tài)穩(wěn)定；暫態(tài)穩(wěn)定

0 引言

隨著特高壓擴(kuò)建工程的順利投運(yùn)，特高壓送電功率進(jìn)一步提高、風(fēng)電等新能源繼續(xù)保持常規(guī)快速發(fā)展趨勢，電源規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，山西南部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也隨之不斷變化。為全面分析山西南部電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和運(yùn)行績效[1]，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電網(wǎng)規(guī)劃與電網(wǎng)運(yùn)行的有效銜接，結(jié)合電源和電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際，切實(shí)提高山西南部電網(wǎng)運(yùn)行控制能力，對山西南部電網(wǎng)2014—2015年的目標(biāo)網(wǎng)架進(jìn)行詳細(xì)仿真計(jì)算分析和研究。

1 山西南部電網(wǎng)概況

截至2011年底，山西電網(wǎng)從北到南已形成覆蓋全省的500 kV為主干的全省電力網(wǎng)絡(luò)。山西省電網(wǎng)按照220 kV供電分片劃分，可分為大同、忻朔、中部、南部四大供電區(qū)，其中南部電網(wǎng)包括臨汾市、運(yùn)城市、長治市、晉城市電網(wǎng)。山西南網(wǎng)總裝機(jī)容量11 586MW，變電容量26 883MVA，最大用電負(fù)荷9 697MW。

山西南網(wǎng)預(yù)計(jì)2014年總裝機(jī)容量14 470MW，變電容量34 143MVA。其中，預(yù)計(jì)投產(chǎn)火電機(jī)組5臺(tái)，容量1 500MW，全部接入220 kV系統(tǒng)；新建220 kV系統(tǒng)變電站5座，容量1 800MVA。中南鐵路牽引站6座。預(yù)計(jì)最大負(fù)荷可達(dá)到12 600MW。

南部電網(wǎng)2015年預(yù)計(jì)總裝機(jī)容量14 920MW，變電容量37 403MVA。其中，預(yù)計(jì)投產(chǎn)火電機(jī)組2臺(tái)，容量650MW，全部接入220 kV系統(tǒng)；新建500 kV變電站1座，容量2 000MVA；新建220 kV系統(tǒng)變電站3座，容量1080MVA，擴(kuò)建1座，新增容量120MVA。合計(jì)新增220 kV及以上系統(tǒng)變電站容量3 200MVA。預(yù)計(jì)最大負(fù)荷可達(dá)到13 730MW。

2014—2015年南部電網(wǎng)新建電廠投運(yùn)使南網(wǎng)各站點(diǎn)220 kV短路水平有不同程度的提高，晉南電網(wǎng)與晉東南電網(wǎng)實(shí)施解環(huán)方案。

2 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行方式

2.1 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

以2014、2015年作為研究水平年，研究對象為山西南部地區(qū)220 kV及其以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。

2.2 運(yùn)行方式

山西南網(wǎng)考慮大負(fù)荷運(yùn)行方式，500kV、220 kV采用全接線方式。由于侯馬熱電、安峪熱電和長治欣隆電廠的投運(yùn)導(dǎo)致部分站點(diǎn)220 kV短路電流達(dá)到或接近其開關(guān)額定遮斷電流，采取晉南電網(wǎng)與晉東南電網(wǎng)解環(huán)方案，即斷開霍州—沁源、永樂—東鳴雙回、翼城南—芹池四回220 kV線路。

2015年，500 kV運(yùn)城東站投產(chǎn)，晉南電網(wǎng)形成以運(yùn)稷山、運(yùn)城、運(yùn)城東、臨汾、霍州5座變電站為核心的500 kV環(huán)網(wǎng)，使得晉南電網(wǎng)運(yùn)城、臨汾、稷山主變負(fù)載重的問題得以緩解，提高了該區(qū)域的安全穩(wěn)定水平和供電可靠性，維持2014年解環(huán)方案不變。

3 2014年典型方式下分析計(jì)算

3.1 潮流計(jì)算及分析

南部電網(wǎng)2014年冬季網(wǎng)供用電最大為12600MW，500 kV側(cè)裝機(jī)風(fēng)陵渡1 200MW、辛置1 200MW、漳山二期1 200 MW、兆光二期1 200 MW，合計(jì)4 800MW。220 kV側(cè)裝機(jī)容量為9 670MW。

3.1.1 500kV系統(tǒng)潮流計(jì)算分析

3.1.1.1 線路潮流運(yùn)行情況

山西主干通道均為北電南送狀態(tài)，中部電網(wǎng)送南部電網(wǎng)6 181MW。

山西南部電網(wǎng)2014年正常大方式中，在正常停機(jī)方式下，南部電網(wǎng)500 kV線路單線超過1 000MW的線路有榆晉雙、呂晉線、霍臨雙、榆久雙、長久三回。其中榆久雙潮流最大為2×1 348MW。

3.1.1.2 主變壓器（以下簡稱“主變”）運(yùn)行情況

山西南部電網(wǎng)在2014年正常停機(jī)方式下，霍州、運(yùn)城、臨汾站主變負(fù)載率超過65%，霍州主變負(fù)載最大為1 105MW，負(fù)載率73.7%，運(yùn)城主變負(fù)載最大為1 062.9MW，負(fù)載率70.9%，稷山站主變負(fù)載率接近50%，其余500 kV變電站負(fù)載較輕。

正常運(yùn)行方式下，風(fēng)陵渡、河津停1臺(tái)機(jī)，關(guān)鋁全停，運(yùn)城站主變下載1 063MW，在主變N-l時(shí)，主變過載24.3%，運(yùn)城地區(qū)需至少限負(fù)荷350MW或運(yùn)城主變下載控制在970MW以內(nèi)。

正常運(yùn)行方式下，臨汾地區(qū)河西、汾澤、侯馬熱電各停1臺(tái)機(jī)，霍州主變負(fù)載較重，下載1 105MW，在霍州主變N-l時(shí)，主變過載8.4%，臨汾地區(qū)需限負(fù)荷186MW或控制開機(jī)使霍州主變下載控制在1 019 MW以內(nèi)；臨汾主變N-l時(shí)，主變滿載。

3.1.2 220kV系統(tǒng)潮流計(jì)算分析

南部電網(wǎng)機(jī)組正常方式下，南部地區(qū)均勻停機(jī)4 240MW，停機(jī)比例約29.3%。

冬季高峰負(fù)荷方式下，需從500 kV系統(tǒng)下載約5 595MW電力，其中晉城雙變下載653.3MW、海會(huì)下載600.8MW、久安雙變下載449.8MW，運(yùn)城雙變下載1 032.2MW、稷山雙變下載882.0MW、臨汾雙變下載921.2MW、霍州雙變下載1055.7MW。南部電網(wǎng)在正常方式下基本滿足大負(fù)荷供電要求。

除電廠送出線路外，220 kV重載聯(lián)絡(luò)線有稷聞雙2×245.0 MW、新紫線228.4 MW、海曲線224.9MW、城化線290.2MW、蔭堡線226.7MW，其余線路潮流均在200 MW以下，南部電網(wǎng)潮流分布和電壓水平基本合理。潮流超過200MW的220 kV線路均滿足N-l運(yùn)行要求。

3.1.2.1 長治地區(qū)全開機(jī)和長治晉城送電通道分析

長治電網(wǎng)與晉城電網(wǎng)通過蘇店—神農(nóng)、蘇店—秦川、大堡頭—晉城三回線聯(lián)絡(luò)。長治地區(qū)機(jī)組全開滿發(fā)方式下，220 kV線路均滿足N-l運(yùn)行要求。

3.1.2.2 城丹雙分析

興安電廠的開機(jī)方式和天脊—晉豐的運(yùn)行方式對晉城—丹河通道潮流影響較大，故進(jìn)行不同開機(jī)方式和不同運(yùn)行方式下潮流分析，在興安電廠開1臺(tái)機(jī)時(shí)，天化線開環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為431.4 MW，線路過載（過載率13.52%），因此，維持天化線線路合環(huán)運(yùn)行。

興安全停機(jī)，天化線合環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流為418.5MW，線路過載（過載率10.32%）；天化線開環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為542.6MW，線路嚴(yán)重過載（過載率42.79%），不滿足N-l要求。

建議盡早更換城丹雙回線，在城丹雙線更換前，天化線合環(huán)運(yùn)行。

3.1.2.3 臨汾北部全開機(jī)，220 kV重載線路分析

臨汾北部全開機(jī)，運(yùn)城關(guān)鋁、河津、蒲光、風(fēng)陵渡各停1臺(tái)機(jī)的方式下，500 kV運(yùn)城雙變下載1 149.3MW、稷山雙變下載851.8MW。

南部電網(wǎng)潮流較重的線路有：稷聞雙、劉古線、洪寺線、新紫線、汾聞線。經(jīng)過計(jì)算，超過200MW的220 kV線路滿足N-l要求。

3.2 電網(wǎng)穩(wěn)定水平

2014年，南部電網(wǎng)機(jī)組停機(jī)4 540MW，其中500 kV系統(tǒng)風(fēng)陵渡、漳山二期、兆光二期各停1臺(tái)600MW機(jī)組，停機(jī)容量1 800MW；220 kV系統(tǒng)河津、王家?guī)X、關(guān)鋁、興安、河西、嵐水、漳澤、臨汾、侯熱電廠各停1臺(tái)機(jī)組，晉田、永濟(jì)、中電明秀電廠機(jī)組全停，停機(jī)容量2 740MW。

正常方式下，南部500 kV受電斷面晉霍雙、榆久雙、久潞雙、呂霍線、呂稷線潮流總和為8 219MW。南部電網(wǎng)500 kV潮流較重的線路有霍臨雙2 410.6MW、長久三回3×1 712.8MW。

2014年冬季，南部電網(wǎng)電磁暫態(tài)穩(wěn)定水平較高，南部500 kV線路發(fā)生N-l、N-2故障，均可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且有一定裕度。500 kV變電站發(fā)生主變N-l、N-2故障不會(huì)造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。

正常方式下，榆久雙N-l不滿足熱穩(wěn)要求，榆久雙N-l，另一回線潮流2 843.08MW，線路過載，轉(zhuǎn)移比62.18%，需調(diào)整南部開機(jī)方式，控制榆久雙回線潮流在3 200MW以內(nèi)。

4 2015年典型方式下分析計(jì)算

4.1 潮流計(jì)算及分析

南部電網(wǎng)2015年冬季網(wǎng)供用電最大為13 730MW，500 kV側(cè)裝機(jī)風(fēng)陵渡1 200MW、辛置1 200MW、漳山二期1 200 MW、兆光二期1 200 MW，合計(jì)4 800MW。220 kV側(cè)裝機(jī)容量為10 120MW。

4.1.1 500kV系統(tǒng)潮流計(jì)算分析

4.1.1.1 線路潮流運(yùn)行情況

山西南部電網(wǎng)2015年正常大方式中，在南部電網(wǎng)正常停機(jī)方式下，500kV線路單線超過1 000MW的線路有榆晉雙、呂稷線、晉榆雙、霍臨雙、榆久雙、長久三回，榆久雙潮流最大為2×1 515.0MW，榆晉雙潮流2×1 338.1MW。

4.1.1.2 主變運(yùn)行情況

山西南部電網(wǎng)在2015年正常停機(jī)方式下，霍州、運(yùn)城、晉城、臨汾站主變負(fù)載率超過50%，霍州主變負(fù)載1 183.8 MW，負(fù)載率78.9%，其余500 kV變電站主變負(fù)載較輕。正常運(yùn)行方式下，臨汾地區(qū)河西、汾澤各停1臺(tái)機(jī)，霍州主變負(fù)載較重，下載1 183.8MW，在霍州主變N-l時(shí)，另一臺(tái)主變下載潮流853.2MW，主變過載15.0%，因此臨汾地區(qū)需限負(fù)荷340MW或控制開機(jī)使霍州主變下載控制在1 030MW以內(nèi)。

4.1.2 220kV系統(tǒng)潮流計(jì)算分析

南部電網(wǎng)機(jī)組正常方式下，南部地區(qū)均勻停機(jī)4 590MW。2015年南部維持2014年接環(huán)方案不變，冬季高峰負(fù)荷方式下，需從500 kV系統(tǒng)下載約6 072.4 MW電力，其中晉城雙變下載896.4 MW、海會(huì)下載830.5MW、久安雙變下載689.0MW，運(yùn)城雙變下載885.3MW、稷山雙變下載776.3MW、臨汾雙變下載812.0MW、霍州雙變下載1184.0MW。南部電網(wǎng)在正常方式下基本滿足大負(fù)荷供電要求。

除電廠送出線路外，220 kV重載聯(lián)絡(luò)線有城丹雙、新紫線、海曲線、城化線、天化線，其余線路潮流均在200MW以下，南部電網(wǎng)潮流潮流分布和電壓水平基本合理。經(jīng)計(jì)算，潮流超過200MW的220 kV線路滿足N-l運(yùn)行要求。

4.1.2.1 長治地區(qū)全開機(jī)，長治—晉城送電通道分析

長治電網(wǎng)與晉城電網(wǎng)通過蘇店—神農(nóng)、蘇店—秦川、大堡頭—晉城三回線聯(lián)絡(luò)，蔭秦線潮流最大為238.4 MW，長治地區(qū)機(jī)組全開滿發(fā)方式下，220 kV線路均滿足N-l運(yùn)行要求。

4.1.2.2 城丹雙分析

興安電廠的開機(jī)方式和天脊—晉豐的運(yùn)行方式對晉城—丹河通道潮流影響較大，故進(jìn)行不同開機(jī)方式和不同運(yùn)行方式下潮流分析。興安開1臺(tái)機(jī)時(shí)，天化線開環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為518.1 MW，線路嚴(yán)重過載（過載率36.34%），不滿足N-l要求；天化線合環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流435.2MW，線路過載（過載率14.53%）。

興安全停機(jī)，天化線合環(huán)方式下，城化線潮流為383.8MW，線路滿載；城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流為503.0MW，線路過載（過載率32.37%）；天化線開環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為630.0 MW，線路嚴(yán)重過載（過載率65.79%），不滿足N-l要求，所以建議更換城丹雙回線。

興安全停機(jī)，天化線合環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流為503.0MW，線路過載（過載率32.37%），轉(zhuǎn)移比31.33%，需控制城化線潮流在289.35MW以內(nèi)；天化線開環(huán)方式下，城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為630.0 MW，線路嚴(yán)重過載（過載率65.79%），轉(zhuǎn)移比66.67%，需控制城丹雙回線潮流在455.99MW以內(nèi)。

建議更換城丹雙回線（LGJ-2×240），在城丹雙回線更換前，興安電廠停機(jī)時(shí)，控制城丹雙回線潮流在455MW以內(nèi)。

4.1.2.3 臨汾北部全開機(jī)，220 kV重載線路分析

臨汾北部全開機(jī)，運(yùn)城關(guān)鋁、河津、蒲光、風(fēng)陵渡各停1臺(tái)機(jī)的方式下，500 kV運(yùn)城雙變下載860.9MW、稷山雙變下載703.8MW。

南部電網(wǎng)潮流較重的線路有：新紫線228.3MW，洪寺線263.8MW。經(jīng)計(jì)算，220 kV重載線路均滿足N-l要求。

4.2 電網(wǎng)穩(wěn)定水平

2015年，南部電網(wǎng)機(jī)組停機(jī)3 825MW，其中500 kV系統(tǒng)風(fēng)陵渡、漳山二期、兆光二期各停1臺(tái)600MW機(jī)組，停機(jī)容量1 800MW；220 kV系統(tǒng)河津、關(guān)鋁、興安、河西、嵐水、漳澤、臨汾、余吾電廠各停1臺(tái)機(jī)組，晉田、永濟(jì)、中電明秀電廠機(jī)組全停，停機(jī)容量2 025MW。

正常方式下，南部500 kV受電斷面晉霍雙、榆久雙、久潞雙、呂霍線、呂稷線潮流總和為8 259MW。南部電網(wǎng)500 kV潮流較重的線路有：霍臨雙724.2MW、長久三回3×1 716.9MW。南部電網(wǎng)500 kV主變下載潮流：晉城雙變下載723.3 MW、海會(huì)下載761.5 MW、久安雙變下載519.0MW，運(yùn)城雙變下載851.4MW、稷山雙變下載717.4MW、臨汾雙變下載619.8MW、霍州雙變下載1 158.3MW。

2015年冬季，南部電網(wǎng)電磁暫態(tài)穩(wěn)定水平較高，南部500 kV線路發(fā)生N-l、N-2故障，均可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且有一定裕度。500 kV變電站發(fā)生主變N-l、N-2故障不會(huì)造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞；500 kV霍州主變N-l，另一臺(tái)主變845.2MW，主變過載；其他500 kV主變N-l不會(huì)過載。

正常方式下，榆久雙N-l不滿足熱穩(wěn)要求，榆久雙N-l，另一回線潮流2 940.00MW，線路過載，轉(zhuǎn)移比62.54%，需調(diào)整南部開機(jī)方式，控制榆久雙回線潮流在3 199MW以內(nèi)。

5 結(jié)論與建議

通過以上分析與研究，提出以下建議。

5.1 城丹雙N-l過載問題

興安電廠開機(jī)1臺(tái)，天化線合環(huán)方式下，2014年城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流為355MW，線路重載，2015年城丹Ⅱ線N-l，城化線潮流為435MW，線路過載（過載率15%）。天化線開環(huán)方式下，2014年城丹Ⅱ線N-l，城丹Ⅰ線潮流為431MW，線路過載（過載率14%），2015年線路過載更加嚴(yán)重（過載率36%）。

興安電廠全停時(shí)，天化線不論合環(huán)或開環(huán)方式，城丹雙N-l，運(yùn)行線路都存在過載問題。

建議盡早更換城丹I線為碳纖維導(dǎo)線，更換后安排天化線開環(huán)運(yùn)行。

5.2 霍州主變N-l過載問題

2014年正常運(yùn)行方式下，隨著臨汾北部電網(wǎng)負(fù)荷的逐步增長，在兆光、河西、汾澤電廠各停1臺(tái)機(jī)情況下，霍州主變下載1 199MW，主變N-l過載18%?；糁葜髯儥z修方式下，需限制臨汾北部地區(qū)負(fù)荷約400MW。

2015年，霍州主變負(fù)載進(jìn)一步加重?；糁葜髯儥z修方式下，若兆光、河西、汾澤電廠各停1臺(tái)機(jī)，需限制臨汾北部地區(qū)負(fù)荷約650MW。霍州主變檢修方式下，需合理安排臨汾北部機(jī)組。建議開展臨汾北部第二座500 kV變電站的前期研究工作。

5.3 運(yùn)城主變N-l過載問題

2014年正常運(yùn)行方式下，風(fēng)陵渡全開、蒲光停1臺(tái)機(jī)、關(guān)鋁全停，運(yùn)城站主變下載1 278MW，主變N-l、另一臺(tái)主變過載40%，運(yùn)城地區(qū)需至少限負(fù)荷600MW。2015年運(yùn)城東投運(yùn)后，運(yùn)城主變過載問題解決。

5.4 榆久雙N-l故障系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

2014年，正常方式下，榆久雙N-l不滿足熱穩(wěn)要求，榆久雙N-l，另一回線潮流2 843.08MW，線路過載，轉(zhuǎn)移比62.18%；2015年，正常方式下，榆久雙N-l不滿足熱穩(wěn)要求，榆久雙N-l，另一回線潮流2 940.00MW，線路過載，轉(zhuǎn)移比62.54%，需調(diào)整南部開機(jī)方式，控制榆久雙回線潮流在3 199MW以內(nèi)。

［1］續(xù)建國，張永春，樓鴻祥，等.2010—2020年山西電網(wǎng)主結(jié)構(gòu)規(guī)劃探討［J］.山西電力，2008（4）：01-04.

Analysis and Research on the Calculation of Southern Shanxi Power Grid Security and Stability in 2014—2015

YANGW ei-wei，ZHENG Hui-ping，XUE M in
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Combining the actual operation and planning of Shanxi Power Grid，the paper calculates，analyzes and discusses the security and stability of power grid of southern Shanxi Power Grid in 2014—2015，including power flow of transmission lines and main transformer，N-1 static stability checkingand transientstability in variousways.

powergrid；power flow；static stability；transientstability

TM744+.4

A

1671-0320（2014）01-0006-04

2013-08-10，

2013-11-19

楊尉薇（1985-），女，山西運(yùn)城人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電力系統(tǒng)分析工作；

鄭惠萍（1972-），女，湖北當(dāng)陽人，1993年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)分析工作；

薛敏（1985-），男，山西運(yùn)城人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電力系統(tǒng)分析工作。