“兩橫”特高壓落地工程對(duì)山西500 kV廠站短路電流的影響研究

宋 巍

（國網(wǎng)山西運(yùn)城供電公司，山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

2020年，華北電網(wǎng)蒙西北岳—北京西、榆橫—洪善—石家莊“兩橫”特高壓交流工程將分別在北岳站與洪善站落點(diǎn)山西500 kV電網(wǎng)，同時(shí)山西外送華北九回500 kV線路與山西主網(wǎng)斷開，山西外送華北通道將由九回500 kV線路轉(zhuǎn)變?yōu)樗幕?000 kV特高壓線路。山西電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的聯(lián)系方式將發(fā)生巨大變化，如圖1所示?！皟蓹M”特高壓站落地工程包括：擴(kuò)建北岳3號(hào)特高壓主變壓器、洪善2號(hào)特高壓主變壓器；神頭開閉站—雁同雙回500 kV線路π入北岳特高壓變電站；洪善特高壓變電站新建雙回500 kV線路接入500 kV呂梁變電站，雙回500 kV線路接入500 kV榆社開閉站[1]。

圖1 2020年山西電網(wǎng)與華北電網(wǎng)連接示意圖

“兩橫”特高壓變電站落地并解開外送華北的九回500 kV線路斷開后，對(duì)山西電網(wǎng)的短路電流水平將產(chǎn)生重大影響。一方面，北岳與洪善特高壓變電站落地，加強(qiáng)了山西500 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的電氣距離，山西電網(wǎng)500 kV廠站的短路電流水平有所提升；另一方面，外送華北的九回500 kV線路斷開，減少了山西500 kV電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的電氣聯(lián)系，山西電網(wǎng)500 kV廠站的短路電流水平會(huì)適當(dāng)下降。因此，有必要研究特高壓互聯(lián)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下山西電網(wǎng)的短路電流水平。

根據(jù)山西電網(wǎng)2020年度網(wǎng)架變化情況，研究“兩橫”特高壓落地工程實(shí)施后山西電網(wǎng)500 kV廠站的短路電流水平，并對(duì)特高壓主變壓器、配套機(jī)組、近區(qū)500 kV線路等影響短路電流的敏感因素作了詳細(xì)分析，為2020年山西電網(wǎng)的運(yùn)行方式安排提供了計(jì)算依據(jù)與理論指導(dǎo)。

1 山西電網(wǎng)500 kV系統(tǒng)短路電流的影響因素

“兩橫”特高壓落地后，山西電網(wǎng)500 kV系統(tǒng)短路電流主要受山西主網(wǎng)結(jié)構(gòu)、特高壓1000 kV變壓器等值阻抗以及1000 kV特高壓與山西500 kV系統(tǒng)電磁環(huán)網(wǎng)緊密度的影響，分析模型如圖2所示。

圖2中，Z1000與Z500表示特高壓1000 kV母線與500 kV母線對(duì)地電抗，電網(wǎng)間電氣連接越緊密，該值越小。

Zeq表示1000 kV特高壓與500 kV主網(wǎng)系統(tǒng)間等值聯(lián)絡(luò)阻抗，該值越小，說明1000 kV/500 kV電磁環(huán)網(wǎng)越緊密。

Z1與Z2分別表示1000 kV主變壓器高壓側(cè)與中壓側(cè)等值阻抗，該值越小，說明并聯(lián)的變壓器數(shù)量越多[2-3]。

因此，特高壓1000 kV側(cè)的故障點(diǎn)轉(zhuǎn)移等值阻抗可表示為

特高壓接入主網(wǎng)系統(tǒng)后500 kV側(cè)等值阻抗可表示為

圖2 特高壓接入主網(wǎng)系統(tǒng)后母線正序等值網(wǎng)絡(luò)

2 “兩橫”特高壓接入后500 kV系統(tǒng)短路電流分析

2.1 計(jì)算程序及數(shù)據(jù)說明

基于中國電力科學(xué)研究院下發(fā)的2020年三華電網(wǎng)2～3年滾動(dòng)研究計(jì)算數(shù)據(jù)，主要針對(duì)山西電網(wǎng)大同二電廠5-2聯(lián)變斷開、中部220 kV電網(wǎng)分三片解環(huán)運(yùn)行、其余山西電網(wǎng)220 kV及以上設(shè)備采用全接線方式運(yùn)行方式，采用中國電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所開發(fā)的短路電流計(jì)算程序PSD-SCCPC進(jìn)行分析。

計(jì)算時(shí)間段內(nèi)山西電網(wǎng)所有機(jī)組滿出力全開機(jī)方式運(yùn)行。

2.2 “兩橫”特高壓接入后500 kV系統(tǒng)短路電流分析

2020年，考慮“兩橫”特高壓落地工程未實(shí)施與實(shí)施兩種方式，分析山西電網(wǎng)500 kV重要廠站母線的短路電流水平。

a） 1000 kV特高壓北岳站與洪善站接入山西500 kV主網(wǎng)后，北岳站與洪善站與山西主網(wǎng)的聯(lián)系加強(qiáng)，特高壓500 kV側(cè)系統(tǒng)阻抗Z減小，這說明500 kV系統(tǒng)為特高壓站提供了很大的短路電流，導(dǎo)致500 kV母線的短路電流大幅提升。其中，北岳站500 kV母線短路電流由23.131 kA提升至54.647 kA，增長31.516 kA；洪善站500 kV母線短路電流由19.572 kA提升至50.468 kA，增長30.896 kA，如表1所示。

b）山西中部電網(wǎng)榆社開閉站、呂梁站接入特高壓洪善站，減小了電氣距離，因此特高壓1000 kV母線以及500 kV系統(tǒng)母線對(duì)地阻抗Z1000、Z500減小。這表明洪善站作為華北電網(wǎng)的樞紐站，與山西500 kV主網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系非常緊密，會(huì)導(dǎo)致與其相連接廠站的500 kV母線的短路電流增大。其中，榆社開閉站500 kV母線短路電流由39.055 kA提升至49.044 kA，增長9.989 kA；呂梁站500 kV母線短路電流由35.723 kA提升至46.153 kA，增長10.43 kA，如表1所示。

表1 山西電網(wǎng)500 kV重要廠站母線短路水平表kA

c）山西北部電網(wǎng)雁同站、神二開閉站接入特高壓北岳站后，山西外送華北九回500 kV線路同時(shí)解開，受上述兩個(gè)因素的影響，山西北部電網(wǎng)雁同站、神二開閉站500 kV側(cè)阻抗增大，導(dǎo)致母線的短路電流有所下降。雁同站500 kV母線短路電流由57.891 kA降低至42.47 kA，減少15.421 kA；神二開閉站500 kV母線短路電流由54.471 kA降低至47.015 kA，減少7.456 kA，如表1所示。

3 500 kV系統(tǒng)短路電流敏感因素分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，山西電網(wǎng)短路電流水平發(fā)生重要變化，尤其是北岳、洪善特高壓變電站近區(qū)500 kV廠站的短路電流變化幅度較大。影響電網(wǎng)短路電流的因素有很多，主要有電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)的緊密程度、接至樞紐變電站的發(fā)電和變電容量等。本節(jié)重點(diǎn)研究了特高壓主變壓器、特高壓配套機(jī)組、特高壓近區(qū)500 kV線路3個(gè)敏感因素對(duì)短路電流的影響。

3.1 特高壓主變壓器敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500kV線路后，與正常方式相比，特高壓北岳站、特高壓洪善站1臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，主變壓器1000 kV側(cè)等值阻抗Z1與500 kV側(cè)等值阻抗Z2同時(shí)增大，各廠站短路電流均減小，具體計(jì)算如表2、表3所示。

表2 北岳站主變壓器短路電流敏感分析表 kA

由表2分析結(jié)果可知：北岳站3臺(tái)特高壓主變壓器停1臺(tái)，北岳站、神二開閉站、雁同站500 kV母線短路電路均有所下降，但北岳站短路電路下降幅度最大。北岳500 kV母線短路電流由54.647 kA下降至51.249 kA，下降幅度為3.398 kA。

表3 洪善站主變壓器短路電流敏感分析表 kA

由表3分析結(jié)果可知：洪善站2臺(tái)主變壓器停1臺(tái)，洪善站、榆社開閉站、呂梁站500 kV母線短路電路均有所下降，但洪善站短路電路下降幅度最大。洪善500 kV母線短路電流由50.468 kA下降至43.836 kA，下降幅度為6.632 kA。

3.2 特高壓配套機(jī)組敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，特高壓北岳站、洪善站近區(qū)開機(jī)數(shù)量減少后，1000 kV特高壓與500 kV主網(wǎng)系統(tǒng)間的500 kV母線對(duì)地電抗Z500增大，各廠站母線短路電流均減小，具體計(jì)算如表4、表5所示。

表4 500 kV機(jī)組短路電流敏感分析表 kA

由表4分析結(jié)果可知：直接接入北岳特高壓站的神二電廠停1臺(tái)500 MW機(jī)組，北岳站、神二開閉站、雁同站500 kV母線短路電路均有所下降，但北岳站短路電路下降幅度最大。北岳500 kV母線短路電流由54.647 kA下降至53.272 kA，下降幅度為1.375 kA。

表5 350 MW機(jī)組短路電流敏感分析表 kA

由表5分析結(jié)果可知：直接接入洪善特高壓站的新陽電廠停1臺(tái)350 MW機(jī)組，洪善站、榆社開閉站、呂梁站500 kV母線短路電路均有所下降，但洪善站短路電路下降幅度最大。洪善500 kV母線短路電流由50.468 kA下降至49.531 kA，下降幅度為0.937 kA。

3.3 特高壓近區(qū)500 kV線路敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，北岳、洪善特高壓近區(qū)線路斷開后，1000 kV特高壓與500 kV主網(wǎng)系統(tǒng)間的電氣聯(lián)系減小，等值聯(lián)絡(luò)阻抗Zeq以及500 kV母線對(duì)地電抗Z500增大，各廠站母線短路電流減小，具體計(jì)算如表6、表7所示。

表6 北岳特高壓近區(qū)500 kV線路短路電流敏感分析表kA

由表6分析結(jié)果可知：雁同—北岳停一回500 kV線路，雁同站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；雁同站500 kV母線短路電流由42.470 kA下降至36.806 kA，下降幅度為5.664 kA。神二開閉站—北岳停一回500 kV線路，神二開閉站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；神二開閉站500 kV母線短路電流由47.015 kA下降至40.942 kA，下降幅度為6.073 kA。

表7 洪善特高壓近區(qū)500 kV線路短路電流敏感分析表kA

由表7分析結(jié)果可知：榆社開閉站—洪善停一回500 kV線路，榆社開閉站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；榆社開閉站500 kV母線短路電流由49.044 kA下降至44.217 kA，下降幅度為4.827 kA。呂梁—洪善停一回500 kV線路，呂梁站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；呂梁站500 kV母線短路電流由46.153 kA下降至41.809 kA，下降幅度為4.344 kA。

4 結(jié)論與建議

a）“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，北岳站與洪善500 kV母線短路電流提升幅度大，北岳站增長至31.516 kA，洪善站增長至30.896 kA；山西電網(wǎng)500 kV重要廠站短路電流均未超過開關(guān)遮斷電流63 kA，滿足安全運(yùn)行要求。

b）“兩橫”特高壓落地工程實(shí)施后，特高壓主變壓器、特高壓配套機(jī)組、特高壓近區(qū)500 kV線路均對(duì)電網(wǎng)短路電流產(chǎn)生重要影響。洪善站2臺(tái)主變壓器停1臺(tái)，洪善500 kV母線短路電流下降6.632 kA；直接接入北岳特高壓站的神二電廠停1臺(tái)500 MW機(jī)組，北岳500 kV母線短路電流下降1.375 kA；神二開閉站—北岳停一回500 kV線路，神二開閉站500 kV母線短路電路電流下降6.073 kA。

c）“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，山西電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。建議相關(guān)部門對(duì)山西電網(wǎng)短路電流水平開展專題研究，提前制定運(yùn)行方案，保障山西電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。