提高海島電網供電可靠性的初探

【摘要】嵊泗電網通過單回交流輸電和舟山電網聯網；通過雙極直流輸電與上海電網聯網。交直流輸送額定總容量為100+2*30MW。嵊泗電網網架結構以35千伏系統為主，本島區(qū)域由嵊泗變-換流站-基湖變形成三角環(huán)網結構，閉環(huán)運行，供電可靠性較高；東部島嶼區(qū)域（嵊山、枸杞地區(qū)）仍由單回海纜線路和1座35千伏枸杞變供電，可靠性較差。西部島嶼區(qū)域（大洋、沈家灣地區(qū)）由1座35千伏大洋變供電，通過35千伏單回線路和一回10千伏沈家灣變聯絡線連接。島內分別配置小容量柴油機組以備海纜故障時應急供電。

【關鍵詞】電網規(guī)模；安全分析；可靠性

一、嵊泗電網規(guī)模

1、嵊泗電網基本狀況

嵊泗電網通過單回交流輸電和舟山電網聯網；通過雙極直流輸電與上海電網聯網。交直流輸送額定總容量為100+2*30MW。嵊泗電網網架結構以35千伏系統為主，本島區(qū)域由嵊泗變-換流站-基湖變形成三角環(huán)網結構，閉環(huán)運行，供電可靠性較高；東部島嶼區(qū)域（嵊山、枸杞地區(qū)）仍由單回海纜線路和1座35千伏枸杞變供電，可靠性較差。西部島嶼區(qū)域（大洋、沈家灣地區(qū)）由1座35千伏大洋變供電，通過35千伏單回線路和一回10千伏沈家灣變聯絡線連接。島內分別配置小容量柴油機組以備海纜故障時應急供電。截止2012年底嵊泗電網共計110千伏變電站一座，±50千伏換流站一座，35千伏變電站8座（包括簡易變），35千伏用戶變1座。

2、嵊泗電網運行情況分析。

2.1 嵊泗電網發(fā)、供電情況分析。2013年嵊泗電網主網供電系統仍為交直流2個電源點，受直流改造影響，單電源交流系統運行存在較大風險，正常運行時能滿足供需平衡，但是如果該電源故障將引起大面積停電，故障情況下僅以自備柴油機組發(fā)電遠遠滿足不了需求。因此加快直流改造，力爭迎峰度夏前投入運行是解決交流系統故障情況下的供需平衡主要手段。

東部地區(qū)（嵊山、枸杞地區(qū)）仍存在單線單變問題，故障后僅靠自備柴油機組供電遠遠滿足不了供需平衡。目前東部地區(qū)改造工程正在逐步推進，有望在迎峰度夏前完成雙線供電，大大提高該地區(qū)的供電可靠性。

西部地區(qū)（洋山、沈家灣地區(qū)）正常運行方式中也存在單線供電問題，雖然在故障情況通過柴油機能在短時間內恢復供電，但在高峰負荷情況下仍存在一定的電力缺口；如從沈家灣聯絡線進行轉供，雖然滿足負荷要求，但不一定能在短時間內恢復供電。2012年嵊泗城區(qū)線路已基本實現互供，但部分互供線路在高峰負荷期間故障（受電纜線徑的限制）無法全部轉供。其他單輻射線路預計負荷增長不大，正常情況下均能滿足負荷需求。

2.2 嵊泗直流運行情況分析。2012年直流輸電系統繼續(xù)作為嵊泗電網的主力電源運行，與交流系統聯網運行，為電網安全、可靠運行發(fā)揮著巨大的作用。2012年直流系統運行故障率仍然較高，直流故障期間未發(fā)生電網停電事件。隨著直流改造工程的持續(xù)推進，2012年11月20日直流系統雙極正式停機進行改造。本次改造的主要范圍為35KV開關室一次設備、直流場一次設備以及閥控閥保護設備。計劃在2013年2月底完成35KV開關室一次設備改造投運，2013年6月底完成直流系統調試，正式投運。

二、嵊泗電網安全穩(wěn)定情況分析

1、設備異常情況及故障情況分析

1.1 直流系統異常及故障情況。2012年直流系統運行情況良好，故障類型主要為直流海纜損傷停機、交流海纜故障引起的直流停機以及臺風災害、站內冷卻水設備引起的各類故障。其中以海纜故障（包括直流海纜和交流海纜影響）停機次數最多達5次。另外，直流接地極接地電阻超標，嚴重影響單極運行工況，將單極運行負荷限制在很小的范圍，調節(jié)非常困難。2012年11月20日直流進入站內設備改造階段，建議接地極的缺陷盡快處理以免限制直流出力，造成運行困難。

1.2 交流系統異常及故障情況。主要以基枸3415線海纜故障為主，建議加快枸杞變雙回路供電，防止海纜故障引起的停電事件。10kV配網線路故障主要集中在在綠華、枸杞、黃龍地區(qū)，說明上述地區(qū)的10kV配網結構相對薄落，配網建設有待進一步加強。

2、電網運行存在的薄弱環(huán)節(jié)。

2.1 電網供電可靠性。2012年嵊泗電網基本以交直流并網運行為主要運行方式，110KV交流系統的故障引起直流系統暫態(tài)穩(wěn)定問題依然存在，最嚴重情況可能會引起直流系統因35kV系統電壓擾動過大而保護停機。由于直流系統的不穩(wěn)定運行，單極故障后另一極與交流分列運行情況下，直流系統所接帶的負荷區(qū)域存在較大概率的停電風險。另外，受直流接地極的缺陷影響，單極情況下直流輸送限額受到極大的限制，低谷負荷時發(fā)生較大負荷失去后，可能會引起因直流電流最低安全運行極限而緊急停機。2012年隨著大洋變2#主變和沈家灣至大洋變10KV聯絡線的投運，大洋、沈家灣地區(qū)供電形成雙線運行模式，基本解決了海纜故障的長時間停電的影響。但是仍存在電源之間相互切換的短時停電問題。枸杞、嵊山地區(qū)仍受單回海纜、單臺主變供電的影響，供電可靠性仍然很低。在未形成雙回線之前，這種單一回路的供電方式將繼續(xù)存在，35KV線路和主變故障引起的用戶停電將無法避免。2012年嵊泗電網仍有三座35kV簡易變（沈家灣變、黃龍變、徐公島變），這種無保護接入方式對電網的安全運行十分不利。

2.2 直流改造期間的電網安全問題。110KV聯網線路的異常停運將直接引起嵊泗電網大面積停電。本島部分區(qū)域和東部（枸杞、嵊山地區(qū)）區(qū)域僅通過2條同塔雙回的35KV嵊基3411線和嵊湖3422線聯絡，該2條線路同跳時，基湖變電站失電，存在嵊泗地區(qū)一半左右用戶停電的風險。直流改造期間直流系統各種試驗存在部分區(qū)域停電的風險，直流孤網調試時，需要接帶一定的基礎負荷，可能存在直流突然停機的情況，此時直流所接帶的用戶存在停電的不安全因素。

2.3 10KV配網結構的單一問題。嵊泗電網10KV配網系統城區(qū)部分經集中改造后，城鎮(zhèn)線路的供電可靠性得到進一步加強，目前城區(qū)重要線路已基本實現雙回路供電格局，必要時可進行靈活切換。但是連接基湖變和嵊泗變的10KV聯絡線受導線線徑影響嚴重影響相互之間的負荷轉供。嵊泗本島外圍和其周邊島嶼的10KV線路仍為單一輻射狀供電，其中嵊山鎮(zhèn)、洋山鎮(zhèn)負荷比較密集的配網結構仍然較為簡單，任何10KV配網線路故障其負荷都將無法轉供。

三、負荷需求預計

由于嵊泗地處海島，主要的工業(yè)用戶也僅以碼頭中轉、冷庫、扎石廠為主，其它用電大戶基本發(fā)展緩慢，2012年的電量同比增幅不大。根據2013年的相關負荷預測顯示，2013年最高負荷預計約為50MW。嵊泗電網的主要用電大戶寶鋼馬跡山港區(qū)用電負荷基本趨于飽和，負荷增長的可能性較小，基本維持在2012年水平。嵊泗旅游業(yè)的發(fā)展，特別是夏季旅游高峰，短期的最大負荷可能會突破歷史負荷，主要以空調、熱水器等大型家電負荷為主。居民生活水平的進一步提高，用電量將持續(xù)平穩(wěn)增長，平均負荷可能會有所增加。

四、無功、電壓、網損分析

1、無功、電壓預計分析

由于嵊泗海島眾多，相互之間全部采用海纜進行連接，無功和電壓問題突出，這些大量的電纜線路嚴重影響了電網無功運行，2013年公司計劃增加的線路也基本都是海纜線路，特別是35KV系統，2013年新增的枸杞至綠華的長距離海纜肯定會對系統無功造成較大的影響。建議這些長距離海纜線路盡量采用就地無功補償的方式，增加無功調節(jié)手段，進一步改善電壓質量和無功的合理分布。

2、網損預計分析

2013年嵊泗主網線損主要為直流系統和交流系統兩部分組成。其中直流系統以極線路和換流閥損耗最大；交流系統以長距離海纜和調相機、主變損耗最大。建議從以下方面來降低嵊泗電網的線損：1）由于直流系統固有損耗為10%左右，建議直流系統盡量接近滿負荷運行，雙極正常情況下不應開單極運行。加快修復接地極缺陷，減少接地電阻，降低發(fā)熱損耗。2）合理控制電網無功潮流，各地區(qū)無功需求應盡量進行就地平衡，以進一步減少無功損耗。其中包括換流站換流閥與調相機之間的無功平衡。3）在允許的范圍內，提高電網運行電壓水平。4）加快推進嵊泗電網的網架結構，合理的電網結構是降低線損的重要手段。

五、電網安全運行存在的主要問題及措施

1、電力平衡分析及對策

預計2014年嵊泗電網最高負荷將有所提升，在沒有形成第3電源點的情況下，發(fā)生110KV系統故障后，電網存在一定的電力缺口。采取的相關措施如下：在網架結構還未完善情況下，各地區(qū)柴油發(fā)電機組應繼續(xù)進行維護、保養(yǎng)，以備應急供電。盡快加緊實施第三電源點的建設。制訂交流110KV系統故障期間，直流雙極滿載運行時的有序用電和措避峰用電方案。

2、電網問題分析及對策

2.1 電網可靠性分析。2014年如果嵊泗電網在第3電源點未建設完成時，相關的可靠性問題依然存在。隨著2014年負荷的持續(xù)增長，在夏季高峰情況下交流電源故障，都將給直流系統造成巨大的壓力，如果是交直流并列情況下，可能會受交流系統的擾動而停機。采取措施：1）控制系統總負荷在50MW以內，必要時應進行有序用電和措避峰用電。2）盡快實施第3電源點的建設，完善110KV系統，形成嵊泗變雙回路110KV供電，進一步提高嵊泗電網的供電能力和可靠性。3）加強對海纜的監(jiān)視，防止外力破壞。4）采取交直流分列方式運行，防止一端電源失去而危及整網穩(wěn)定性。

2.2 柔性直流運行問題。隨著柔性直流的持續(xù)推進，2015年有望加入嵊泗電網運行，屆時嵊泗電網將存在多種電源并網運行的格局，如何確保系統穩(wěn)定性將有待進一步驗證，運行方式的優(yōu)化安排將成為嵊泗電網可靠、穩(wěn)定運行的主要方向。

六 結語

隨著嵊泗直流系統改造的順利推進，預計在迎峰度夏前直流系統將恢復運行，但是新投運的直流系統由于核心部位設備進行了更換，直流系統運行時抗干擾性和穩(wěn)定性有待進一步驗證。嵊泗東西部地區(qū)的電網建設已全面展開，有望在年中完成東部地區(qū)的35kV雙回路供電，大幅度提高該地區(qū)供電可靠性。柔性直流的開工建設，將進一步推進電網的發(fā)展，使電網供電可靠性得到進一步加強。