環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

周 專，呂 盼，宋新甫，趙志強(qiáng)，王新剛，張 艷，左 雅

(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830002；2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司發(fā)展策劃部，新疆 烏魯木齊 830000)

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

周 專1，呂 盼1，宋新甫1，趙志強(qiáng)2，王新剛2，張 艷2，左 雅2

(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830002；2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司發(fā)展策劃部，新疆 烏魯木齊 830000)

隨著750 kV伊犁—庫車輸變電工程建成投運(yùn)，屆時(shí)將形成環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)線路長(zhǎng)度合計(jì)約1 800 km。環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)的建成，打通了南北疆電力互供的通道，形成南北疆互供格局，提升伊犁地區(qū)、南疆五地州清潔能源消納能力。但是由于環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)中兩變電站之間均通過單回750 kV線路聯(lián)系，環(huán)網(wǎng)中任一回750 kV線路故障將導(dǎo)致大規(guī)模、大范圍潮流轉(zhuǎn)移，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)750 kV伊庫線穿越高海拔地區(qū)，氣候條件惡劣，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，進(jìn)一步惡化了電網(wǎng)可靠運(yùn)行，致使外界對(duì)構(gòu)建環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)的作用產(chǎn)生了疑惑。因此從供電可靠性、送電能力、安全穩(wěn)定性、清潔能源消納能力等方面對(duì)環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期進(jìn)行分析，詳細(xì)對(duì)比分析環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行帶來的好處以及投運(yùn)后對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，消除外界對(duì)構(gòu)建環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)疑慮，同時(shí)為指導(dǎo)環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐。

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)；750 kV伊庫線；送電能力；安全穩(wěn)定性

0 引 言

2016年11月750 kV伊犁—庫車輸變電工程建成投運(yùn)，形成了環(huán)天山西段750 kV大環(huán)網(wǎng)。環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)西起伊犁變電站，途經(jīng)烏蘇、鳳凰、烏北(亞中)、達(dá)坂城、吐魯番、巴州、庫車、伊犁共8座750 kV變電站，12條750 kV線路，環(huán)網(wǎng)中750 kV線路長(zhǎng)度合計(jì)約1 800 km，環(huán)網(wǎng)中各750 kV變電站多為單主變壓器，且大部分變電站通過單回750 kV聯(lián)系。

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)建成后，打通了南北疆電力互供的通道，形成南北疆互供格局，提升伊犁地區(qū)、南疆五地州清潔能源消納能力。同時(shí)750 kV伊庫線投運(yùn)縮短了南疆地區(qū)與主網(wǎng)的電氣距離，提高了南疆地區(qū)短路水平和南疆電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但是由于環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)中兩變電站之間均通過單回750 kV線路聯(lián)系，環(huán)網(wǎng)中任一回750 kV線路故障將導(dǎo)致大規(guī)模、大范圍潮流轉(zhuǎn)移，電壓波動(dòng)幅度較大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-4]。同時(shí)環(huán)網(wǎng)中任何一回750 kV線路檢修，將打破環(huán)網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，形成長(zhǎng)鏈?zhǔn)酱└窬?，供電可靠性、供電能力將大幅下降?50 kV伊庫線穿越高海拔地區(qū)，氣候條件惡劣，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，進(jìn)一步惡化了電網(wǎng)可靠運(yùn)行，致使外界對(duì)構(gòu)建環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)的作用產(chǎn)生了疑惑。

因此為消除外界對(duì)構(gòu)建環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)的懷疑，下面從供電可靠性、送電能力、安全穩(wěn)定性、清潔能源消納能力等方面對(duì)環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期進(jìn)行分析；詳細(xì)對(duì)比分析環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行帶來的好處以及投運(yùn)后對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，以消除外界對(duì)構(gòu)建環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)疑慮；同時(shí)為指導(dǎo)環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐。

1 伊犁—庫車750 kV輸變電工程概況

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)供電區(qū)域涵蓋新疆10個(gè)地州，供電區(qū)域面積約占新疆總面積的3/5。環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)由8座750 kV變電站(變電容量21 500 MVA)，12條750 kV線路(線路長(zhǎng)度合計(jì)約1 800 km)組成。環(huán)網(wǎng)中線路最長(zhǎng)、環(huán)境最為惡劣的工程為伊犁—庫車750 kV輸變電工程，該工程需要穿越天山山脈，工程難度大，工程前期論證耗時(shí)約5年，前后編制幾十本專題分析報(bào)告。

伊犁—庫車750 kV輸變電工程包括3個(gè)單項(xiàng)工程：伊犁750 kV變電站擴(kuò)建工程、庫車750 kV變電站伊犁Ⅰ間隔擴(kuò)建工程、伊犁—庫車750 kV線路工程，線路全長(zhǎng)361 km，工程總投資17.9億元。750 kV伊庫線建成后新疆電網(wǎng)750 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

750 kV伊庫線起自尼勒克縣蘇布臺(tái)鄉(xiāng)西側(cè)的750 kV伊犁變電站，止于庫車縣蘇巴什古城遺址西南側(cè)的750 kV庫車變電站。線路途經(jīng)伊犁地區(qū)伊寧縣、尼勒克縣、新源縣、鞏留縣和巴音郭楞州和靜縣以及阿克蘇地區(qū)庫車縣。線路兩次翻越天山山脈，海拔在800～3 750 m之間，地形以山地和高山大嶺為主(山地占37.4%，高山占21.6%)，是中國(guó)輸電線路史上首次跨越冰川和高山凍土區(qū)的線路工程，線路大部分地區(qū)地勢(shì)陡峭、高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜，交通條件惡劣，施工難度大，運(yùn)行檢修困難。

圖1 新疆電網(wǎng)750 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

由于750 kV伊庫線跨越天山山脈，所處自然條件惡劣，地形復(fù)雜；同時(shí)因氣候條件惡劣，天山山脈每年只有5～10月份適宜安排巡線及相關(guān)檢修工作，檢修難度大；且750 kV伊庫輸電距離長(zhǎng)，從而導(dǎo)致750 kV伊庫線運(yùn)行可靠性無法得到保障，影響環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)運(yùn)行可靠性：因此有必要分析環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)建成投運(yùn)初期對(duì)新疆電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

2 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期優(yōu)點(diǎn)分析

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后，打通了南北疆電力互供的大通道，縮短了南疆電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)系，見圖2所示。環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性、送電能力、安全穩(wěn)定性、清潔能源消納能力等方面均起到一定的好處。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

圖2 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后南北疆電力互供示意圖

1)提升清潔能源消納能力

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)了南北疆電力互供、水電與光伏互補(bǔ)的格局。伊犁水電大發(fā)、南疆受電情況下，伊犁水電和西北部新能源直送南疆五地州，縮短送電距離1 100 km。伊犁水電小發(fā)，南疆水電、光伏大發(fā)情況下，南疆盈余電力通過750 kV伊庫線直送北疆各地區(qū)，縮短送電距離1 100 km。750 kV伊庫線投運(yùn)后增加了南部盈余電力外送以及北電南送的通道，可以實(shí)現(xiàn)南北疆地區(qū)多能源之間的互補(bǔ)，提高新疆電網(wǎng)的調(diào)峰容量，提升清潔能源的消納能力。

2)提升系統(tǒng)短路電流水平

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)后，南疆電網(wǎng)與主網(wǎng)僅通過一回750 kV(巴吐二線)和2回220 kV(什金一、二線)線路聯(lián)系的局面得到改善，南北疆電網(wǎng)之間電氣聯(lián)系進(jìn)一步加強(qiáng)[4-6]。750 kV伊庫線投運(yùn)后，南疆地區(qū)750 kV電壓等級(jí)短路水平均有一定的提升。750 kV伊庫線投運(yùn)后，分別減小伊犁、庫車的系統(tǒng)阻抗30%、25%；提升750 kV伊犁變短路電流水平2.9 kA，提升750 kV庫車變短路電流水平2.7 kA，詳見表1。

表1 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)前后系統(tǒng)短路電流水平變化差異 單位：kA

3)提高了供電可靠性

在我國(guó)公用事業(yè)政府主導(dǎo)、商業(yè)化不足的基本國(guó)情下，政府應(yīng)在統(tǒng)籌各類規(guī)劃的基礎(chǔ)上主導(dǎo)制定再生水規(guī)劃。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃制度應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)多層次、多部門的要求，規(guī)劃內(nèi)容必須全面涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、人力的可行性，規(guī)劃必須注重市場(chǎng)調(diào)查，規(guī)劃的技術(shù)環(huán)節(jié)必須完整。需要結(jié)合我國(guó)國(guó)情以及各地區(qū)區(qū)情，考慮再生水規(guī)劃與其他規(guī)劃的關(guān)系，盡快建立再生水規(guī)劃體系。特別需要處理好再生水利用與現(xiàn)有污水處理設(shè)施的關(guān)系，并將再生水規(guī)劃納入一般水資源規(guī)劃和城市供水規(guī)劃。

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)后，形成了環(huán)網(wǎng)運(yùn)行格局，南疆長(zhǎng)距離單線串供形勢(shì)得到改善。伊犁—庫車750 kV輸變電工程未投運(yùn)之前，伊犁電網(wǎng)僅通過單臺(tái)750 kV主變壓器、1回750 kV線路與主網(wǎng)相聯(lián)，伊犁地區(qū)存在孤網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，750 kV鳳蘇線、伊蘇線跳閘存在頻率穩(wěn)定問題，其嚴(yán)重依賴伊犁地區(qū)機(jī)組的一次調(diào)頻性能，同時(shí)嚴(yán)重依賴伊犁地區(qū)安全穩(wěn)定控制裝置，存在損失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。伊犁—庫車750 kV輸變工程投運(yùn)后，伊犁地區(qū)孤網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降低，供電可靠性得到提高。

4)提升了南北疆送出能力

750 kV伊庫線投運(yùn)后，增加了南北疆電力送出通道，縮短了末端電網(wǎng)與主網(wǎng)的電氣距離，從而提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，各主要外送通道送電能力主要受制于斷面中220 kV小截面導(dǎo)線限制[7-10]。通過計(jì)算分析750 kV伊庫線投運(yùn)后，伊犁送出斷面、南疆送出斷面均有較大幅度的提升。伊犁送出斷面送出能力由原來的900 MW提高到1 800 MW；南疆三地州送出斷面送出能力由原來的700 MW提高到1 500 MW；南疆五地州送出斷面送出能力由原來的800 MW提高到1 500 MW。

5)改善了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性

750 kV伊庫線投運(yùn)后，加強(qiáng)了南疆與北疆之間的電氣聯(lián)系，提高了新疆電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，尤其是南疆相對(duì)新疆主網(wǎng)的動(dòng)穩(wěn)水平。伊庫線投運(yùn)前，新疆電網(wǎng)機(jī)組參與的阻尼比小于0.11的低頻振蕩模式中，有4個(gè)區(qū)域振蕩模式，見表2，不存在弱阻尼的振蕩模式，也不存在局部振蕩模式。伊庫線投運(yùn)后，新疆電網(wǎng)機(jī)組參與的阻尼比小于0.11的低頻振蕩模式中，有3個(gè)區(qū)域振蕩模式，見表3。各振蕩模式下阻尼比相對(duì)于750 kV伊庫線投運(yùn)之前均有一定的提高，動(dòng)穩(wěn)定水平得到一定的提升。

表2 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)前新疆電網(wǎng)主要振蕩模式

表3 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)后新疆電網(wǎng)主要振蕩模式

3 環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)投運(yùn)初期風(fēng)險(xiǎn)分析

由于環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)覆蓋范圍廣，環(huán)網(wǎng)各線路多為單回750 kV線路，任何一回750 kV檢修或跳閘將打破環(huán)網(wǎng)運(yùn)行格局，同時(shí)750 kV伊庫線運(yùn)行環(huán)境惡劣，對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行及檢修帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

750 kV伊庫線投運(yùn)后，形成環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)中任意一回線路跳閘，將導(dǎo)致潮流發(fā)生大范圍轉(zhuǎn)移。尤其是北部750 kV線路故障將導(dǎo)致北部盈余電力通過750 kV伊庫線大范圍轉(zhuǎn)移至南疆電力送出通道(750 kV巴吐二線)，與南疆地區(qū)能源擠占外送通道，從而造成750 kV巴州變低電壓，見圖3。鳳蘇、伊蘇電磁解環(huán)方式下，750 kV鳳蘇、伊蘇線故障跳閘，受功率轉(zhuǎn)移造成的低電壓，需根據(jù)伊犁外送功率，按1∶1比例切除伊犁地區(qū)機(jī)組。

圖3 750 kV巴州變電站750 kV電壓變化曲線

2)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下，220 kV層面承載能力不足，受220 kV小截面導(dǎo)線過載限制，制約送電能力

環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)中下一電壓等級(jí)(220 kV電壓等級(jí))存在較多的小截面導(dǎo)線，與750 kV線路構(gòu)成一個(gè)送出通道。由于220 kV層面承載能力不足，在750/200 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下，若750 kV線路發(fā)生跳閘，潮流轉(zhuǎn)移至220 kV層面，將導(dǎo)致220 kV小截面導(dǎo)線過載，見圖4。

鳳蘇、伊蘇線路電磁合環(huán)運(yùn)行時(shí)，鳳蘇線或伊蘇線發(fā)生故障，原750 kV線路上傳輸?shù)墓β蕦⒂?0%轉(zhuǎn)移至220 kV系統(tǒng)，有可能造成克野線、野石東線、瑪石東線、奎崇一線、崇石西線、林尼線、伊尼線共計(jì)7條小截面導(dǎo)線傳輸功率超過熱穩(wěn)定極限。

圖4 750 kV線路故障后220 kV小截面導(dǎo)線功率變化曲線

3)潮流轉(zhuǎn)移，造成穩(wěn)控策略復(fù)雜化

750 kV鳳蘇、伊蘇、巴庫、吐巴線路在750/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下，發(fā)生N-1故障，潮流將分別由220 kV系統(tǒng)和750 kV系統(tǒng)轉(zhuǎn)供，且潮流轉(zhuǎn)移量與北部及南疆開機(jī)方式密切相關(guān)，造成故障情況下穩(wěn)控策略關(guān)聯(lián)因素增多，策略制定復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化穩(wěn)控策略制定[11-14]。

4)檢修方式難以安排，存在較大風(fēng)險(xiǎn)

由于環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)中各750 kV線路多為單回線路，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中任何一回750kV線路檢修時(shí)，環(huán)網(wǎng)供電格局將被打破，相應(yīng)的750 kV變電站將成為末端廠站，形成單回線路長(zhǎng)距離串供格局，供電可靠性將降低，若再發(fā)生750 kV線路跳閘，將嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。如750 kV鳳烏線檢修、750 kV亞達(dá)線跳閘，新疆電網(wǎng)對(duì)西北電網(wǎng)動(dòng)態(tài)失穩(wěn)，需切除西北部部分機(jī)組，同時(shí)可能造成烏昌城網(wǎng)損失負(fù)荷約150 MW；750 kV伊蘇線檢修，750 kV巴庫線、巴吐二線跳閘，伊犁和南疆機(jī)組暫態(tài)失穩(wěn)，需切除伊犁地區(qū)機(jī)組，按外送功率1∶1比例切除伊犁地區(qū)機(jī)組；750 kV吐巴線檢修，750 kV伊蘇線、伊庫線跳閘，在伊犁、南疆電力盈余情況下，將引起伊犁、庫車地區(qū)機(jī)組暫態(tài)失穩(wěn)，需切除伊犁地區(qū)機(jī)組、南疆光伏，按外送功率的60%切除機(jī)組；750 kV庫車主變壓器檢修，750 kV庫阿線阿側(cè)偷跳，將引起庫阿線阿側(cè)電壓大幅度抬升(高達(dá)83.7 kV，達(dá)到1.12倍)，存在設(shè)備過耐壓損壞風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

通過對(duì)環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)投運(yùn)初期進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)建成投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)了南北疆電力互供的大通道；縮短了南疆電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)系；改善了新疆電網(wǎng)運(yùn)行特性；提升了新疆電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平；提高了伊犁地區(qū)、南疆地區(qū)送受電能力；促進(jìn)了南疆地區(qū)新能源消納和開發(fā)。但是由于環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)覆蓋面積大、橫跨面積廣，且750 kV伊庫線兩次穿越天山山脈，自然條件惡劣，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)?？傮w來說，環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)的建成給新疆電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、供電可靠性、供電能力等方面帶來眾多改善，利大于弊。同時(shí)隨著后續(xù)新疆南部Ⅱ回、北部Ⅱ回750 kV輸變電工程的建成，將徹底解決環(huán)天山西段大環(huán)網(wǎng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

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With 750 kV Yili-Kuche power transmission and transformation project being put into operation, it will form a large ring network in Western Tianshan, and the total line length of ring network is about 1 800 km. The large ring network in Western Tianshan gets through the channel of power supply form southern to northern Xinjiang, realizes the inter-supply between southern and northern Xinjiang, and improves the accommodation capacity of clean energy in Yili region and the five southern states. But because the two substations in Tianshan western section of large ring network are connected with each other through a single 750 kV line, the fault of either 750 kV lines in the ring network will lead to a large scale and wide range flow transfer, which seriously affects the safe and stable operation of power grid. At the same time, 750 kV Yili - Kuche line passes through the areas with high altitude and harsh climatic conditions, the complex environment deteriorates even further the reliable operation of power grid, which makes the outside world doubt on the construction of Tianshan western section of large ring network. The reliability of power supply, power transmission capacity, safety and stability, accommodation capacity of clean energy and other aspects during initial operation stage of Tianshan western section of large ring network are analyzed, the benefits brought by the operation of Tianshan western section of large ring network are compared in detail as well as the risks after its operation, which can eliminate the doubts for the construction of a ring network and provide an important technical support for the safe and stable operation of Tianshan western section of large ring network.

Tianshan western section of large ring network; 750 kV Yili - Kuche transmission line; transmission capacity; safety and stability

科技項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(5230JY15002G)

TM72

A

1003-6954(2017)03-0011-04

周 專(1987)，碩士、工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析；

2017-03-11)

呂 盼(1983)，碩士、高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析；

趙志強(qiáng)(1977)，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析。