太原電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析及技改規(guī)劃建議

郭偉東，孟 濤，薛志偉

（國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

太原電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析及技改規(guī)劃建議

郭偉東1，孟 濤1，薛志偉1

（國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

針對太原電網(wǎng)供電負荷持續(xù)增長、電力體制改革深入、電網(wǎng)運行安全裕度下降的現(xiàn)狀，通過短路、潮流、穩(wěn)定分析計算，評估了太原電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度，提出了存在的問題及主要風險，并結(jié)合太原電網(wǎng)的發(fā)展趨勢及電網(wǎng)分區(qū)原則，根據(jù)項目的時序性、緊迫性及難易程度，提出合理的電網(wǎng)技改、規(guī)劃建議，指導(dǎo)太原電網(wǎng)技改規(guī)劃立項，提高電網(wǎng)投資的精準性，引導(dǎo)太原電網(wǎng)健康發(fā)展。

仿真計算；潮流短路；電網(wǎng)解環(huán)；技改規(guī)劃

0 引言

太原電網(wǎng)位于山西電網(wǎng)的中部，擔負著太原市6區(qū)1市3縣的供電任務(wù)。太原500 kV電網(wǎng)是山西電網(wǎng)北電南送、西電東送的樞紐通道，接入電源包括山西興能發(fā)電有限責任公司、太原鋼鐵（集團）有限公司發(fā)電廠、大唐太原第二熱電廠七期3座電廠。500 kV電網(wǎng)以侯村、云頂山、龍城3座500 kV變電站為支撐，包括太二、東山燃氣二拖一、新嘉燃氣二拖一、西山4座電廠。220 kV電網(wǎng)通過220 kV侯凌線、瑞馬雙、銅榆線、小東雙、晉夏I線、馬夏II線、云嵐雙、婁袁雙與晉中、呂梁地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。110 kV電網(wǎng)為輻射型網(wǎng)絡(luò)，基本上采用分裂運行方式。

根據(jù)太原城市建設(shè)整體規(guī)劃，國電太原第一熱電廠（4×300 MW）、太二（3×200 MW） 機組陸續(xù)關(guān)停，東山燃氣電廠、新嘉燃氣電廠受燃氣供應(yīng)約束開機不可靠，導(dǎo)致太原220 kV電網(wǎng)出現(xiàn)“空心化”問題。隨著電力改革逐步深化，發(fā)電企業(yè)基礎(chǔ)電量、盈利能力不能可靠保證，開停機受市場形勢影響較大，迎峰度夏期間，可能出現(xiàn)機組組合不滿足開機要求的情況。太原地區(qū)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，負荷總量不斷增長，在度夏期間負荷屢創(chuàng)新高，引起網(wǎng)內(nèi)設(shè)備、通道重載接近運行極限，給電網(wǎng)、設(shè)備安全穩(wěn)定運行帶來很大風險。

中部電網(wǎng)電氣聯(lián)系較為緊密，部分廠站短路容量超過遮斷容量，短路電流超標問題突出?！笆濉彪娋W(wǎng)規(guī)劃中，中部電網(wǎng)解環(huán)為南、北、東3片運行。目前，解環(huán)工程中冶峪分母工程已實施完畢，但新馬II線π解放站工程、龍城220 kV接續(xù)工程2項基建遺留工程未能如期投產(chǎn)，使得規(guī)劃分區(qū)方式無法實施。太原電網(wǎng)存在老舊線路，存在“卡脖子”問題，導(dǎo)致太原220 kV電網(wǎng)供電能力不足，關(guān)鍵斷面對電廠開機存在較大依賴，電網(wǎng)及機組運行方式不靈活等諸多問題。

1 短路計算分析及措施

全接線方式下，中部電網(wǎng)福瑞站、侯村站、晉中站、陽泉站、北田站等站點短路電流超標，其中包括北田（45.17/40） kA（最大短路電流/開關(guān)遮斷容量）、東觀（53.26/50）kA、福瑞（58.88/50）kA、侯村（56.54/50）kA、晉中（53.76/50）kA、馬莊（51.72/50）kA、新店（50.69/50）kA等。

基建遺留工程未能實施導(dǎo)致中部電網(wǎng)存在過渡方式，見圖1，兼顧該區(qū)域潮流分布情況，選擇采用解環(huán)方式降低系統(tǒng)短路電流。當前采取的解環(huán)措施：斷開趙南雙回、新馬II線、瑞北雙回、晉東雙回，要求陽泉區(qū)域火電機組（陽光、河光、陽煤、龍川）至少停機1臺。

圖1 中部電網(wǎng)解環(huán)示意圖（過渡方式）

采取解環(huán)措施后，中部電網(wǎng)所有廠站母線短路電流均在開關(guān)遮斷容量以下，滿足運行要求。

2 潮流計算分析及風險

侯村站220 kV母線直接為太鋼、東鋁大用戶負荷供電，正常情況下總負荷約800 MW。太鋼負荷接入220 kV電網(wǎng)、太鋼自備電廠接入500 kV電網(wǎng)，造成侯村主變下載壓力大，對太二、東山燃氣電廠機組開機要求較高。

220 kV侯新雙為2×LGJ-300型號老舊導(dǎo)線，夏季正常方式需要控制侯新雙潮流在460 MW以內(nèi)。為同時滿足侯村主變、侯新雙運行在控制極限范圍內(nèi)，迎峰度夏期間需要太二開2臺300 MW機組。要求太二2臺300 MW全開機，當電量計劃不足時存在較大困難，而且在高峰負荷期間發(fā)生機組掉閘，存在限電風險。東山燃氣開機可降低侯村主變下載潮流，但是會增加侯新雙潮流，開機容量受限。

220 kV云古II線為2×LGJ-185型號老舊導(dǎo)線，隨著太一電廠停運，云古II線、邢古線等線路潮流較重，夏季正常方式需要控制云古II線+邢古線斷面潮流在360 MW以內(nèi)。為滿足云古II線+邢古線運行在控制極限范圍內(nèi)，考慮新嘉、美錦等電廠實際情況，迎峰度夏期間需新嘉、美錦至少開2臺機組，國金、國峰、耀光電廠至少開5臺機組。

3 基建遺留工程投產(chǎn)分析

500 kV龍城站220 kV接續(xù)線工程為220 kV冶小線、小長線π入龍城，龍城至小店其中一回線在小店站外與小康一回線短接，形成龍城至康寧一回線。最終形成龍城至冶峪、小店、長風、康寧四回出線，至汾東二回出線，共六回出線，龍城接續(xù)投產(chǎn)前后示意圖見圖2。龍城站220 kV接續(xù)線投產(chǎn)后，可有效支撐此區(qū)域電網(wǎng)，緩解云古II線+邢古線潮流壓力，避免對新嘉及美錦開機的依賴。

圖2 龍城接續(xù)投產(chǎn)前后示意圖

新馬π解放工程實施后，太原電網(wǎng)實現(xiàn)“3分區(qū)”運行，實施最終接環(huán)方案，見圖3。即采取冶峪站分母，斷開解馬雙、侯馬線、凌白線、北東雙、馬小雙，基本形成侯村—云頂山分區(qū)、陽泉—福瑞分區(qū)、龍城—晉中—呂梁—固賢分區(qū)3個220 kV分區(qū)。

圖3 中部電網(wǎng)解環(huán)示意圖（最終方式）

4 技改規(guī)劃建議

4.1 近期技改建議

太原地區(qū)新建線路輸電走廊緊張，取得前期協(xié)議難度較大。針對老舊架空線路載流能力受限問題，采取更換碳纖維導(dǎo)線措施，可利用原來鐵塔，只更換導(dǎo)線，實施工期短。按照設(shè)計單位標準，碳纖維導(dǎo)線載流能力可提高約50%?；谀壳熬W(wǎng)架及過渡期解環(huán)方式，以最小成本發(fā)揮最大經(jīng)濟效益。

a） 考慮將220 kV侯新雙更換為碳纖維導(dǎo)線。大二增加出力300 MW機組，侯新雙潮流降低138 MW，太二對侯新雙潮流的靈敏度46%。該項技改項目實施后，大負荷期間，太二開1臺機組即滿足運行要求。

b）考慮將220 kV云古II線更換為纖維導(dǎo)線。新嘉電廠增加出力300 MW，侯新雙潮流降低45 MW，靈敏度15%，美錦電廠增加出力300 MW，侯新雙潮流降低35 MW，靈敏度12%。該項技改項目實施后，大負荷期間，取消對新嘉、美錦電廠開機要求，國金、國峰、耀光電廠至少開3臺機組即滿足運行要求。

4.2 遠期規(guī)劃建議

考慮太原電網(wǎng)遠期發(fā)展，3分區(qū)運行后，太原南部、東部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對合理，滿足負荷增長需求，太原北部電網(wǎng)網(wǎng)架相對薄弱，太鋼、東鋁等大負荷存在增長潛力，隨著太原北部負荷不斷增長，從長遠規(guī)劃考慮，需進一步研究太原北部電網(wǎng)。以下分別從電網(wǎng)端、電源端兩個方面考慮解決。

a） 將500 kV太二七期電廠改接入220 kV向陽變電站。太二七期與原220 kV太二在同一廠區(qū)，可利用原太二退役機組間隔及送出線路，施工難度小?？烧{(diào)度太二機組有2臺300 MW、2臺330 MW，提高機組運行方式靈活性。有效緩解侯村主變重載問題，增加太原北部電網(wǎng)電源支撐。改接示意圖見圖4。

圖4 太二七期改接220 kV電網(wǎng)示意圖

b）將500 kV太鋼電廠改接入220 kV太鋼用戶站，見圖5?？娠@著降低侯村主變、侯新雙重載壓力，減少穿越潮流、降低網(wǎng)損。存在問題是需協(xié)調(diào)太鋼用戶、電廠增加投資。

圖5 太鋼電廠改接220 kV電網(wǎng)示意圖

c） 新建220 kV邢家社—冶峪單回線，見圖6。220 kV邢家社、冶峪變電站出線均為三回，新建邢家社—冶峪單回線，解決220 kV云古II線“卡脖子”問題，增加云頂山區(qū)域下載通道能力，還可提高該區(qū)域線路檢修方式下運行靈活性。

圖6 220 kV邢家社—冶峪單回線示意圖

d） 新建220 kV東流—解放雙回線，見圖7。太原220 kV電網(wǎng)分3片運行后，北部電網(wǎng)東流、解放為終端站，通過規(guī)劃新建220 kV東流—解放站雙回線，形成東北部雙環(huán)網(wǎng)供電格局。

圖7 220 kV東流—解放雙回線示意圖

e） 新增500 kV變電站布點，見圖8?？紤]遠期太原北部電網(wǎng)蟄伏負荷，需研究該地區(qū)落地500 kV變電站，強化220 kV網(wǎng)架，徹底解決對太二、東山開機依賴?？紤]新建500 kV太原北變電站，500 kV側(cè)破口π入云侯線，220 kV側(cè)破口π入趙南雙。潮流方面，太原北部電網(wǎng)以3座500 kV站位支撐，顯著提高供電能力，3座站點下載潮流分布均衡。短路方面，太原北投產(chǎn)后增加侯村220 kV母線三相短路電流約2.5 kA。

圖8 新建500 kV太原北變電站示意圖

考慮在太原北落地工程中增加c）、d） 規(guī)劃方案，侯村220 kV母線三相短路電流增加約3 kA，其余沒有短路超標站點，滿足運行要求，見圖9。

圖9 新建500 kV太原北變電站（帶配套）示意圖

4.3 小結(jié)

云頂山供電區(qū)域：近期云頂山供電區(qū)域通過技改立項將220 kV云古II線更換為碳纖維導(dǎo)線，遠期也可通過規(guī)劃立項，新建220 kV邢家社—冶峪線路。

侯村供電區(qū)域：近期考慮220 kV侯新雙為2×LGJ-300型號老舊導(dǎo)線更換為碳纖維導(dǎo)線。遠期考慮電廠改接，將太鋼電廠改接入太鋼用戶，若太鋼改接因施工難度大而不能實施，考慮將太二七期改接接入向陽站。遠期在太鋼用戶落點500 kV太原北變電站，提供區(qū)域支撐能力，作為配套工程新建220 kV邢家社—冶峪線路、東流—解放雙回線。

5 結(jié)論

太原電網(wǎng)短路電流超標、主變及線路重載、電網(wǎng)出現(xiàn)空心化、對電廠開機依賴性強、電網(wǎng)運行風險大，短路、潮流仿真計算分析太原電網(wǎng)電源端、電網(wǎng)端、負荷端發(fā)展趨勢，全面考慮太原電網(wǎng)整體與局部存在的共性與個性問題，提出電網(wǎng)技改規(guī)劃建議，確保電網(wǎng)運行、技改、規(guī)劃的有效銜接，提高太原電網(wǎng)供電能力及安全穩(wěn)定水平降低電網(wǎng)運行風險。規(guī)劃部門應(yīng)進一步深入研究各項措施的可行性及時序性，統(tǒng)籌考慮110 kV、35 kV配電網(wǎng)的規(guī)劃，才能最大程度發(fā)揮電網(wǎng)的投資效益，確保太原電網(wǎng)健康持續(xù)發(fā)展。

Analysis on Safety and Stability of Taiyuan Power Grid and Suggestions for Technological Modification and Planning

GUO Weidong,MENG Tao,XUE Zhiwei
（Electric Power Dispatch&Control Center,State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

This paper focuses on load growth ofTaiyuan power grid,further reform ofelectric power system and decline ofpower grid operation securitymargin.Through calculation and analysis on short circuit,power flowand stability,safety and stability margin ofTaiyuan power grid is evaluated,the existing problems and the main risks are presented.Combined with the development trend of Taiyuan power grid and the principle of subarea division,according to the time sequence,urgency degree and difficulty of the project,reasonable power grid technical modification and planning suggestions are put forward so as to provide references for project establishment and improve the accuracyofpower grid investment.

simulation calculation;power flowshort circuit;grid disengaged loop;technological transformation and planningproject

TM71

A

1671-0320（2017）06-0001-04

2017-05-19，

2017-10-20

郭偉東（1987），男，山西大同人，2011年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事新設(shè)備啟動投產(chǎn)及電網(wǎng)計算分析工作；

孟 濤（1987），男，山西大同人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣工程專業(yè)，碩士，工程師，從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定計算分析工作；

薛志偉（1979），男，山西臨汾人，2008年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事安自穩(wěn)控管理、機網(wǎng)協(xié)調(diào)、新設(shè)備啟動管理及無功電壓管理工作。