中蒙跨國長距離供電可靠性的分析及提高

韓東等

摘 要：蒙古國奧尤陶勒蓋（OT）項(xiàng)目是內(nèi)蒙古電網(wǎng)首次對外供電成功運(yùn)營的案例，文章積極探討了電壓不穩(wěn)定的各個(gè)因素。針對影響電壓穩(wěn)定性因素，進(jìn)行理論分析和電壓計(jì)算來投退無功補(bǔ)償裝置，在所有關(guān)聯(lián)運(yùn)行方式下計(jì)算電壓變化情況，以降低電壓越限次數(shù)，減少電壓波動(dòng)，提高電壓穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：OT項(xiàng)目；供電電壓；無功補(bǔ)償

1 概述

蒙古艾芬豪礦業(yè)（IMMI）在蒙古國南戈壁省開發(fā)奧尤陶勒蓋（Oyu Tolgoi）工程（簡稱OT項(xiàng)目），是世界銅礦床的主要類型，常以礦床規(guī)模大，埋藏淺，品位較低但礦化分布均勻，礦石成分簡單、易選及可供綜合利用的礦化組分多為特征。從全球范圍來看，斑巖銅礦床常發(fā)育次生富集帶，形成品位富的礦石，是開采的主要對象。該項(xiàng)目為世界上最大的銅-金礦項(xiàng)目之一。OT項(xiàng)目由中國魯能川井風(fēng)電、國華川井風(fēng)電、烏蘭伊力更風(fēng)電、漳澤風(fēng)電四家風(fēng)電場匯集至巴彥淖爾電網(wǎng)國合220kV開閉站出雙回220kV線路供電。供電網(wǎng)架成環(huán)網(wǎng)運(yùn)行（如圖1），使得OT項(xiàng)目得到十分可靠的供電。OT項(xiàng)目負(fù)荷在136.44～143.46MW之間。

2 中蒙跨國供電存在問題

2.1 蒙方接入電壓過高

按照內(nèi)蒙古電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心實(shí)行的電壓合格范圍，220kV電壓合格范圍在213.4～235.4kV之間。中蒙跨國供電其單回線路長度為178.6km，線路距離較長導(dǎo)致線路在空載或輕載的時(shí)候末端電壓升高（即容升效應(yīng)），通過分析計(jì)算得，在空載條件下蒙古側(cè)電壓會(huì)得到248kV，帶負(fù)荷生產(chǎn)電壓也將維持在240KV左右，嚴(yán)重影響設(shè)備安全。

2.2 供電電壓波動(dòng)較大

作為OT供電電源的國合開閉站有四條風(fēng)電接入，由于風(fēng)電場受風(fēng)力因素影響大，風(fēng)電場輸出功率具有波動(dòng)性、間歇性。風(fēng)電電源的不穩(wěn)定性導(dǎo)致蒙方系統(tǒng)電壓波動(dòng)較大。

2.3 遠(yuǎn)輸電線路較長塔基較多

中蒙跨國供電其單回線路長度為178.6km，塔基450級，輸電線路較長、塔基多，遭遇自然災(zāi)害破壞的概率也就大得多。

3 蒙跨國供電存在危險(xiǎn)點(diǎn)分析

3.1 蒙方接入電壓過高的危害

（1）電網(wǎng)電壓過高，會(huì)使蒙方變壓器過勵(lì)磁，使鐵芯損耗大大增加。（2）輸電線路的損耗主要與電流的大小有關(guān)，電壓過高會(huì)使電納在一定程度上增大，但是造成的損耗增加在量化上不明顯。（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。（4）造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。不會(huì)影響電壓，但會(huì)影響電能的輸送。

3.2 供電電壓波動(dòng)較大對電網(wǎng)造成的危害

因接入系統(tǒng)風(fēng)電較多，相應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生的聯(lián)網(wǎng)問題，主要是電壓波動(dòng)的問題，逆潮流引起的靜態(tài)電壓問題較多，還有可能產(chǎn)生閃變。正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)電穿透功率過大會(huì)引起電壓崩潰。當(dāng)無功補(bǔ)償量水平不高下降的很多，而風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功凈需求反而上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，造成電壓崩潰，使得風(fēng)電場風(fēng)機(jī)被迫停機(jī)。

3.3 自然災(zāi)害對遠(yuǎn)距離輸電線路的危害

針對遠(yuǎn)距離高壓輸電線路所處的地理環(huán)境、氣候條件比較惡劣，由于內(nèi)蒙古處于我國最北部的高原地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，也沒有高山的阻擋，因此屬于典型的中溫帶季風(fēng)氣候，具有一年四季寒暑變化明顯，特別是在春、廈、秋三季，遭遇大風(fēng)、雷雨惡劣天氣就司空見慣了，對導(dǎo)線泄漏電流、絕緣子污穢、雷電電流、導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫濕度、現(xiàn)場風(fēng)速雨量，即有可能會(huì)造成斷纜進(jìn)而塔架倒塌的嚴(yán)重后果。同時(shí)高壓輸電線路在運(yùn)行及維護(hù)過程中還存在如下急切需要解決的問題。

4 解決措施

4.1 投退電抗器降低末端電壓

通過使用《PSASP電力系統(tǒng)分析綜合程序》，在風(fēng)電全停和風(fēng)電最大出力兩種情況下，測算國合開閉站至蒙古OT中心變“N-1”方式下蒙方OT各個(gè)階段電壓情況。

國合開閉站每投入一臺(tái)電抗器，輸電線路電壓會(huì)降低1kV。根據(jù)計(jì)算，在國合側(cè)220kV母線并聯(lián)三臺(tái)電抗器，進(jìn)行感性無功補(bǔ)償。

4.2 投入SVC減少電壓波動(dòng)

采用中國科學(xué)研究院引進(jìn)開發(fā)的《BPA潮流程序》計(jì)算在地區(qū)“N-1”斷線方式下的三側(cè)電壓。計(jì)算得：地區(qū)電網(wǎng)斷線或主變檢修方式下OT項(xiàng)目的電壓在205.3～222.2kV之間，電壓在-6.68%～1%之間。國合開閉站至OT變線路的電壓差在5.1～28.7kV之間。如果在蒙方側(cè)接入SVC設(shè)備，投入30MVar，蒙方側(cè)電壓會(huì)降低5kV，國合側(cè)電壓降低1kV。

4.3 裝設(shè)實(shí)時(shí)在線監(jiān)視系統(tǒng)

內(nèi)蒙古電力公司一直在尋找有效的監(jiān)測管理手段，如通過開關(guān)電源模塊無線GPRS傳輸方式，對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，同時(shí)可對導(dǎo)線泄漏電流、絕緣子污穢、雷電電流、導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫濕度、現(xiàn)場風(fēng)速雨量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供線路輸送容量的冗度和線路異常狀況的預(yù)警。通過對線路上各有效參數(shù)的監(jiān)測，能夠?yàn)榇蟠筇岣咻旊娋€路的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，并為輸電線路的狀態(tài)檢修工作提供必要的參考。

根據(jù)計(jì)算和地區(qū)電網(wǎng)環(huán)境，在蒙古國側(cè)投入兩組動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，同時(shí)通過周邊風(fēng)電場及變電站的無功補(bǔ)償配合，從而保證該局部網(wǎng)電壓穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

通過以上的實(shí)施過程，抽取7～12月實(shí)際采控電壓數(shù)據(jù)與1～6月的實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，月均電壓越限次數(shù)由實(shí)施前的39次降低為實(shí)施后的16次，降幅為59%，有效地降低電壓越限次數(shù)。同時(shí)在內(nèi)蒙古電網(wǎng)、OT項(xiàng)目的不同負(fù)荷水平下，在地區(qū)電網(wǎng)不同運(yùn)行方式下，蒙古OT側(cè)母線電壓越限現(xiàn)象從1～6月份月均39次下降為7～12月的月均12次，越限次數(shù)降低69.2%。在負(fù)荷較低的情況下合理地降低末端電壓，并使輸出電壓更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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