同桿并架線路對(duì)湖南電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響研究

陳道君，咼虎，李晨坤

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

同桿并架線路對(duì)湖南電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響研究

陳道君，咼虎，李晨坤

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

對(duì)湖南電網(wǎng)運(yùn)行的220 kV和500 kV同桿并架線路，分別建立異名相故障雙回線同跳的仿真模型，進(jìn)行故障后的潮流分析和暫態(tài)穩(wěn)定分析，重點(diǎn)研究同桿并架線路雙回同跳對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響。

同桿并架線路；異名相故障；雙回同跳；暫態(tài)穩(wěn)定

同桿并架雙回線具備分相重合能力時(shí)，應(yīng)考慮異名相或同名相瞬時(shí)故障和永久故障，以及重合閘的作用〔1〕；同桿并架雙回線的異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時(shí)跳開，系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)允許采取切機(jī)和切負(fù)荷等穩(wěn)定控制措施〔2〕。

同桿并架線路發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)，一般會(huì)對(duì)輸電斷面的潮流分布和系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定造成較大影響。在實(shí)際運(yùn)行中，為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，很多控制限額都需要按照同桿并架線路異名相故障雙回同跳進(jìn)行校核。因此，有必要對(duì)湖南電網(wǎng)220 kV及以上同桿并架線路發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)的情況進(jìn)行計(jì)算分析，重點(diǎn)研究同桿并架線路雙回同跳對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響。

1 湖南電網(wǎng)同桿并架線路簡(jiǎn)介

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2014年末，湖南電網(wǎng)共有220 kV同桿并架線路127對(duì)，500 kV同桿并架線路7對(duì)。其中，僅 1級(jí)同桿的線路不予考慮。500 kV同桿并架線路中有3對(duì)為電廠500 kV并網(wǎng)機(jī)組的外送線路，其余均為重要的省間、省內(nèi)聯(lián)絡(luò)線。具體線路為:江陵—復(fù)興Ⅰ/Ⅱ線、艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線、鶴嶺—云田Ⅰ/Ⅱ線、艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線、華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線、益陽電廠—復(fù)興Ⅲ/Ⅳ線和黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線。

長(zhǎng)株潭岳地區(qū)重要的220 kV同桿并架線路主要包括星城—芙蓉Ⅰ/Ⅱ線、沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線、云田—白馬垅Ⅰ/Ⅱ線、昆山—文里Ⅰ/Ⅱ線等等。

衡郴永地區(qū)重要的220 kV同桿并架線路主要包括船山—真武Ⅰ/Ⅱ線、蘇耽—蓉城Ⅰ/Ⅱ線、勾南—浯溪Ⅰ/Ⅱ線、宗元—谷源Ⅰ/Ⅱ線、紫霞—桐山Ⅰ/Ⅱ線等等。

常益張地區(qū)重要的220 kV同桿并架線路主要包括復(fù)興—毛家塘Ⅰ/Ⅱ線、柘溪電廠—向陽Ⅰ/Ⅱ線、復(fù)興—?jiǎng)⒓覟尝?Ⅱ線、石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線、崗市—鐵山Ⅰ/Ⅱ線等等。

婁邵懷吉地區(qū)重要的220 kV同桿并架線路主要包括牌樓—黔城Ⅰ/Ⅱ線、格山—萬溶江Ⅰ/Ⅱ線、隆回—平溪Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—陽塘Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線等等。

2 計(jì)算條件及原則

2.1 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

本次計(jì)算分析水平年為2014年，建立湖南電網(wǎng)2014年度計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

2.2 計(jì)算負(fù)荷水平

本次計(jì)算采用的運(yùn)行方式為豐水期大負(fù)荷方式、豐水期小負(fù)荷方式和枯水期大負(fù)荷方式。

2014年豐水期大負(fù)荷方式湖南全省計(jì)算負(fù)荷20 099 MW，全省發(fā)電18 321 MW；2014年豐水期小負(fù)荷方式湖南全省計(jì)算負(fù)荷12 095 MW，全省發(fā)電9 872 MW；2014年枯水期大負(fù)荷方式湖南全省計(jì)算負(fù)荷20 754 MW，全省發(fā)電19 148 MW。3種方式下，區(qū)外來電均按照2 800 MW考慮。

2.3 故障模擬

計(jì)算分析中模擬的故障類型為同桿并架線路發(fā)生異名相故障，重合閘不成功，雙回線三相同時(shí)跳開。

2.4 穩(wěn)定判據(jù)及準(zhǔn)則

同時(shí)滿足以下3個(gè)判據(jù)，認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定；若其中任1個(gè)判據(jù)不滿足，則認(rèn)為系統(tǒng)不穩(wěn)定。

1)暫態(tài)同步穩(wěn)定判據(jù):故障后各同步機(jī)組保持1—2個(gè)振蕩周期內(nèi)不失步，且作同步衰減振蕩。

2)電壓穩(wěn)定判據(jù):動(dòng)態(tài)過程中系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)電壓恢復(fù)至0.8 p.u.以上。

3)頻率穩(wěn)定判據(jù):故障后系統(tǒng)頻率偏差不超過1 Hz。

2.5 潮流控制原則

1)線路熱穩(wěn)定極限輸送容量

參照文獻(xiàn) 〔3—4〕，40℃環(huán)境溫度下220 kV和500 kV輸電線路的熱穩(wěn)定極限輸送容量見表1。

2)功率因數(shù)

計(jì)算負(fù)荷一般歸算至220 kV變電站主變中壓側(cè) (110 kV)，功率因數(shù)取0.95。發(fā)電機(jī)組功率因數(shù)最低取0.85，火電機(jī)組功率因數(shù)最高取0.95，水電機(jī)組功率因數(shù)最高取1.00，原則上均不考慮進(jìn)相運(yùn)行。

3)電壓控制范圍

220 kV母線電壓控制在214～235 kV之間，且偏差幅度不大于11 kV。500 kV母線電壓控制在500～550 kV之間。

表1 輸電線路的熱穩(wěn)定極限輸送容量

3 500 kV同桿并架線路雙回同跳計(jì)算分析

對(duì)湖南電網(wǎng)7對(duì)500 kV同桿并架線路進(jìn)行異名相故障雙回同跳后的潮流分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析，具體的計(jì)算結(jié)果:

1)當(dāng)鄂湘聯(lián)絡(luò)線江陵—復(fù)興Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，切除云田、崗市、復(fù)興、沙坪、鶴嶺供電區(qū)部分負(fù)荷，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

2)當(dāng)艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，艾鶴雙回潮流大部分轉(zhuǎn)移至沙星Ⅰ/Ⅱ線，需輔以切沙坪、云田、鶴嶺供電區(qū)部分負(fù)荷措施，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

3)當(dāng)鶴嶺—云田Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

4)艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，需要控制三板溪、白市、黔東電廠出力，并輔以切機(jī)措施，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

5)華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線異名相故障雙回同跳時(shí)，華岳電廠500 kV并網(wǎng)機(jī)組與系統(tǒng)解列，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

6)益陽電廠—復(fù)興Ⅲ/Ⅳ線異名相故障雙回同跳時(shí)，益陽電廠3，4號(hào)機(jī)與系統(tǒng)解列，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

7)黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，黔東電廠1，2號(hào)機(jī)與系統(tǒng)解列，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

在實(shí)際運(yùn)行中，500 kV江陵—復(fù)興Ⅰ/Ⅱ線、艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線、艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線已經(jīng)按照異名相故障雙回同跳給定了控制功率。

4 220 kV同桿并架線路雙回同跳計(jì)算分析

對(duì)127對(duì)220 kV同桿并架線路進(jìn)行異名相故障雙回同跳的計(jì)算分析，結(jié)果表明，部分220 kV同桿并架線路若按照異名相故障雙回同跳原則給定控制限額，會(huì)導(dǎo)致局部電網(wǎng)供電能力嚴(yán)重不足(例如沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線、石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線等)；部分220 kV同桿并架線路異名相故障雙回同跳可能造成一個(gè)或多個(gè)220 kV變電站失壓 (例如星城—芙蓉Ⅰ/Ⅱ線、沙坪—楊高Ⅰ/Ⅱ線、復(fù)興—?jiǎng)⒓覟尝?Ⅱ線等)。

影響較為嚴(yán)重的220 kV同桿并架線路異名相故障雙回同跳的計(jì)算結(jié)果:

1)常德北部及湖區(qū)電網(wǎng)供電能力下降。

常德北部及湖區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷主要由盤山、蘆家、七重堰、窯坡、蔡家溪、護(hù)城、明山、沅江等8個(gè)變電站供帶，上述8站由石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線、江婭—蘆家線路、崗市—明山線路、迎豐橋—沅江Ⅰ線共5回220 kV線路供電。同桿并架的石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘，可能導(dǎo)致以上各站電壓低落甚至?xí)簯B(tài)電壓失穩(wěn)。

2014年江婭—蘆家線路π接入盤山變后，如果按照石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘進(jìn)行校核，在皂市電廠保持一定開機(jī)方式下，湖區(qū)8個(gè)220 kV變電站的最大供電能力約960 MW。而2013年湖區(qū)最大負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到1 055 MW，會(huì)出現(xiàn)湖區(qū)電網(wǎng)供電能力不足的問題。

2)瀏陽地區(qū)供電能力下降。

在沙坪—叢塘Ⅲ線投運(yùn)前，同桿并架的沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘，將導(dǎo)致220 kV叢塘、集里、淮川、醫(yī)藥園變電站暫態(tài)電壓失穩(wěn)，同時(shí)云田—淮川線路嚴(yán)重過載。沙坪—叢塘Ⅲ線投運(yùn)以后，沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘，沙坪—叢塘Ⅲ線過載。瀏陽地區(qū)供電能力不足。

3)湘西地區(qū)供電能力下降。

湘西地區(qū)同桿并架線路較多，包括公坪—萬溶江Ⅱ線與枇杷沖—萬溶江線路、公坪—萬溶江Ⅰ線與格山—萬溶江Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線。湘西地區(qū)負(fù)荷主要由牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線、枇杷沖—萬溶江線路供電。

在冬季大負(fù)荷方式下，若碗米坡電廠全停，當(dāng)公坪—萬溶江Ⅱ線與枇杷沖—萬溶江線路，或公坪—萬溶江Ⅰ線與格山—萬溶江Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘，220 kV巖人坡、格山、萬溶江、峒河變電站電壓失穩(wěn)；若碗米坡電廠保持一定的開機(jī)方式，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。但高負(fù)荷時(shí)段巖人坡、格山、峒河、萬溶江電壓仍低落至200 kV左右，且公坪—萬溶江Ⅰ線或枇杷沖—萬溶江線路過載。碗米坡電廠需要長(zhǎng)期保持大方式運(yùn)行，湘西地區(qū)供電能力不足。

同桿并架的牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘，將導(dǎo)致220 kV巖人坡、格山、峒河、萬溶江、公坪變電站電壓低落，枇杷沖—萬溶江線路嚴(yán)重過載。如果按照牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時(shí)跳閘進(jìn)行校核和控制，湘西地區(qū)巖人坡、格山、峒河、萬溶江、公坪5個(gè)220 kV變電站的最大供電能力約570 MW。而預(yù)計(jì)湘西地區(qū)2014年冬季大負(fù)荷約700 MW，因此，高負(fù)荷時(shí)段仍無法滿足湘西地區(qū)的負(fù)荷需求。

5 結(jié)論

1)湖南電網(wǎng)7對(duì)500 kV同桿并架線路中，電廠外送線路華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線、益陽電廠—復(fù)興Ⅲ/Ⅳ線和黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時(shí)，相關(guān)500 kV并網(wǎng)機(jī)組與系統(tǒng)解列，對(duì)系統(tǒng)沖擊較大。

2)湖南電網(wǎng)127對(duì)220 kV同桿并架線路中，約有18對(duì)系統(tǒng)末端線路 (占比約14%)發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)，會(huì)造成相關(guān)末端220 kV變電站失壓。

3)220 kV同桿并架線路中約有19對(duì)線路(占比約15%)發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)，會(huì)造成相鄰線路的過載。其中，岳陽地區(qū)和湘西地區(qū)該問題較為突出，且過載線路多為400 mm2導(dǎo)線。

4)220 kV同桿并架線路中約有13對(duì)線路(占比約10%)發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)，會(huì)造成相關(guān)電廠的機(jī)組與系統(tǒng)解列。其中，長(zhǎng)沙電廠—威靈Ⅰ/Ⅱ線雙跳，長(zhǎng)沙電廠1號(hào)機(jī)與系統(tǒng)解列，可能加重沙坪主變下網(wǎng)并影響長(zhǎng)株潭地區(qū)供電能力，需要重點(diǎn)關(guān)注。

5)220 kV同桿并架線路中約有5對(duì)線路 (占比約4%)發(fā)生異名相故障雙回同跳時(shí)，會(huì)分別造成常德北部及湖區(qū)電網(wǎng)、湘西地區(qū)、瀏陽地區(qū)供電能力不足。如果按照同桿并架線路雙跳進(jìn)行校核和控制，上述3個(gè)地區(qū)的供電能力下降，均不能滿足高峰負(fù)荷的需求。

〔1〕國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 404—2010國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范 〔S〕.北京:中國電力出版社，2010.

〔2〕DL755—2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則 〔S〕.北京:中國電力出版社，2001.

〔3〕國網(wǎng)湖南省電力公司.湖南電網(wǎng)2013－2014年冬季安全穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定 〔R〕.2013.

〔4〕國網(wǎng)華中分部.華中主網(wǎng)2014年夏季穩(wěn)定規(guī)定 〔R〕.2014.

表3 本測(cè)試方法和傳統(tǒng)測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比

6 結(jié)論

從智能變電站主變保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來看，相比傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀，文中的測(cè)試方案能夠模擬空投變壓器運(yùn)行方式，輸出勵(lì)磁涌流波形給主變高中低三側(cè)的合并單元，對(duì)主變保護(hù)裝置勵(lì)磁涌流制動(dòng)功能的測(cè)試更加全面，另外該方案可以實(shí)現(xiàn)主變高中低三側(cè)同時(shí)同步加量測(cè)試，除了勵(lì)磁涌流制動(dòng)功能的測(cè)試外還可以做主變保護(hù)的差動(dòng)測(cè)試，而這些都是目前繼電保護(hù)測(cè)試儀無法做到的。

本方法是基于DDRTS應(yīng)用于智能變電站現(xiàn)場(chǎng)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試。由于DDRTS的強(qiáng)大的仿真能力，能夠模擬更加真實(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境并仿真輸出，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試。因此，本方法較傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)保護(hù)裝置的測(cè)試更為可靠全面。但是限于目前測(cè)試系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)裝置還處于試驗(yàn)原型，沒有集成化，系統(tǒng)體積過于龐大，不便于攜帶。本測(cè)試方法還只是作為輔助和定性的試驗(yàn)項(xiàng)目，不是例行項(xiàng)目。

參 考 文 獻(xiàn)

〔1〕閆坤.變壓器勵(lì)磁涌流及其對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響 〔D〕.濟(jì)南:山東大學(xué)，2012.

〔2〕國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材〔M〕.北京:中國電力出版社，2009:368-370.

〔3〕H.W.Dommel著；李永莊，林集明，曾昭華，譯.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算理論 〔M〕.北京:水利電力出版社，1991: 143-150.

作者簡(jiǎn)介

張亮峰 (1977)，男，高級(jí)工程師，主要研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

郭茗菘 (1989)，男，通信作者，碩士研究生，主要研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

歐陽帆 (1979)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

Research of security and stability of parallel power transmission lines on the same tower in Hunan power grid

CHEN Dao-jun，GUO Hu，LI Chen-kun
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The simulation model of 220 kV and 500 kV parallel power transmission lines on the same tower in Hunan power grid is built during two different phase faults along with disconnection of both the double-circuit transmission lines.The power flowing and transient stability are analyzed after faults.The effects on the security and stability of power system are studied when double-circuit transmission lines are disconnected on the same tower.

parallel power transmission lines on the same tower；two different phase faults；double-circuit lines disconnection；transient stability

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.007

TM726.3

B

1008-0198(2015)02-0025-04

陳道君(1986)，男，博士，工程師，主要從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算分析方面的生產(chǎn)和科研工作。

咼虎(1983)，男，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與仿真工作。

李晨坤(1988)，男，碩士，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與仿真工作。

2014-10-09 改回日期:2014-12-01