呂梁興縣電解鋁相關(guān)環(huán)網(wǎng)供電能力研究

蘆曉輝

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

0 引言

興縣鋁循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)一期50萬(wàn)t電解鋁項(xiàng)目及鋁加工項(xiàng)目預(yù)計(jì)2018年投產(chǎn)，最大負(fù)荷約800 MW（一級(jí)負(fù)荷占95%），回龍塔（2×350 MW）1號(hào)機(jī)組已于2017年底投產(chǎn)，2號(hào)機(jī)組預(yù)計(jì)2018年投產(chǎn)。紅旭開關(guān)站、中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷站已于2017年底通過220 kV興紅雙回線并入興縣站，方山串補(bǔ)站及其至紅旭站、車家灣站雙回線路預(yù)計(jì)2018年投產(chǎn)。2018年上述工程投產(chǎn)后，呂梁區(qū)域通過“興縣—固賢臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補(bǔ)站—紅旭站—興縣單雙回混合環(huán)網(wǎng)給中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷供電。

紅旭開關(guān)站—方山串補(bǔ)站雙回線路長(zhǎng)度約2×125 km；方山串補(bǔ)站—車家灣站雙回線路長(zhǎng)度約2×35 km；方山串補(bǔ)站串補(bǔ)補(bǔ)償度為25%。呂梁興縣電解鋁相關(guān)環(huán)網(wǎng)示意圖如圖1所示。

圖1 呂梁興縣電解鋁相關(guān)環(huán)網(wǎng)示意圖

1 研究工具及計(jì)算條件

1.1 計(jì)算程序

采用中國(guó)電力科學(xué)研究院的中國(guó)版潮流和穩(wěn)態(tài)計(jì)算BPA（bonneville power administration） 程序（6.006） 及BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序（5.0.7（BDM）） 進(jìn)行計(jì)算。

1.2 故障設(shè)置

對(duì)為興縣電解鋁供電的呂梁環(huán)網(wǎng)相關(guān)線路N－1、N－2三相永久故障進(jìn)行分析。

計(jì)算中220 kV線路近端、遠(yuǎn)端故障切除時(shí)間均取0.12 s；500 kV線路近端、遠(yuǎn)端故障切除時(shí)間均取0.1 s。

1.3 計(jì)算條件

基于2018年冬季山西電網(wǎng)網(wǎng)架，興縣電解鋁負(fù)荷接入前，呂梁電網(wǎng)網(wǎng)供負(fù)荷2600 MW。

回龍塔電廠開2臺(tái)350 MW機(jī)組，柳林電廠開2臺(tái)100 MW機(jī)組，華光220 kV機(jī)組停機(jī)。

興縣站負(fù)荷180 MW（功率因數(shù)0.97）、投入6組7.2 Mvar低容，中潤(rùn)站負(fù)荷功率因數(shù)按0.95考慮。

220 kV變電站220 kV母線正常方式電壓不低于220 kV，相關(guān)設(shè)備N－1后電壓不低于209 kV。

2 興縣電解鋁相關(guān)環(huán)網(wǎng)供電能力研究

2.1 興縣電解鋁負(fù)荷800 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流457 MW，超過30℃以上環(huán)境溫度運(yùn)行要求，不滿足全年運(yùn)行要求。興縣站220 kV母線電壓202 kV，不滿足運(yùn)行要求。

2.2 興縣電解鋁負(fù)荷600 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流373 MW，達(dá)到40℃運(yùn)行極限，不滿足N－1要求。興縣站220 kV母線電壓210 kV，不滿足運(yùn)行要求。

2.3 興縣電解鋁負(fù)荷400 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流281 MW、賢臨線潮流284 MW、臨興線潮流53 MW，興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均為220 kV。

2.3.1N-1分析

對(duì)興縣—固賢—臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補(bǔ)站—紅旭站—興縣環(huán)網(wǎng)相關(guān)線路進(jìn)行N－1計(jì)算分析。結(jié)果如表1所示。

表1 相關(guān)220 kV環(huán)網(wǎng)線路N-1計(jì)算分析

呂梁相關(guān)環(huán)網(wǎng)發(fā)生N－1故障，電網(wǎng)均可保持穩(wěn)定運(yùn)行，N－1后賢興線、賢臨線潮流較重，興縣、中潤(rùn)站電壓較低。

由表1分析可知，相關(guān)環(huán)網(wǎng)線路中賢興線N－1故障對(duì)電網(wǎng)影響最大，賢興線N－1為興縣電解鋁供電能力的制約故障。

220 kV賢興線N－1，賢臨線潮流398 MW（40℃過載7%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均為210 kV，基本滿足運(yùn)行要求。其余相關(guān)線路N－1，潮流電壓分布合理，滿足運(yùn)行要求。

2.3.2N-2分析

對(duì)呂梁環(huán)網(wǎng)相關(guān)同桿架設(shè)線路進(jìn)行N－2計(jì)算分析，結(jié)果如表2所示。

表2 相關(guān)220 kV環(huán)網(wǎng)線路N-2計(jì)算分析

220 kV賢興+賢臨N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，興縣站、中潤(rùn)站220kV母線電壓均低至204kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV賢興+臨興N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，興縣站、中潤(rùn)站220kV母線電壓均低至194kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV興紅雙N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，中潤(rùn)站220 kV母線電壓低至208 kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV方山—紅旭雙回N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，220 kV賢興線潮流441 MW（40℃過載19%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均低至205 kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV車家灣—方山雙回N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，220 kV賢興線潮流441 MW（40℃過載19%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均低至209 kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV呂羅雙N－2，電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，220 kV賢臨線潮流457 MW（40℃過載22%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均為216 kV，不滿足運(yùn)行要求。

220 kV呂車雙N－2，回龍塔機(jī)組功角失穩(wěn)，聯(lián)切回龍塔2臺(tái)機(jī)組后可保持穩(wěn)定運(yùn)行，但聯(lián)切機(jī)組后，220 kV賢興線潮流515 MW（40℃過載39%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均低至197 kV，車家灣220 kV母線電壓低至190 kV，不滿足運(yùn)行要求。

發(fā)生呂車雙N－2三相永久故障，回龍塔機(jī)組功角曲線及車家灣站、中潤(rùn)電解鋁站220 kV母線電壓曲線如圖2、圖3所示，聯(lián)切回龍塔2臺(tái)機(jī)組后賢興線潮流曲線如圖4所示。

圖2 呂車雙N-2三相永久故障功角曲線

圖3 呂車雙N-2三相永久故障電壓曲線

圖4 呂車雙N-2三相永久

2.4 計(jì)算小結(jié)

a）回龍塔雙機(jī)運(yùn)行方式，中潤(rùn)站最大可接帶負(fù)荷約400 MW，全接線方式及N－1方式基本滿足運(yùn)行要求。

b） 發(fā)生220 kV呂車雙N－2三相永久故障，回龍塔機(jī)組功角失穩(wěn)，聯(lián)切回龍塔2臺(tái)機(jī)組后可保持穩(wěn)定運(yùn)行，但聯(lián)切機(jī)組后，220 kV賢興線潮流515 MW（40℃過載39%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓均低至197 kV，車家灣220 kV母線電壓低至190 kV，不滿足運(yùn)行要求。

c） 其余N－2方式，賢興線、賢臨線存在不同程度過載，賢興線最大潮流441 MW（40℃過載19%），賢臨線最大潮流457 MW（40℃過載22%），興縣站、中潤(rùn)站220 kV母線電壓低于209 kV，最低低至204 kV。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

呂梁興縣相關(guān)環(huán)網(wǎng)供電能力研究得出以下結(jié)論。

在a）正常方式（未安排相關(guān)設(shè)備檢修，方山串補(bǔ)正常投入），b）中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷功率因數(shù)不低于0.95，c） 回龍塔雙機(jī)、柳林電廠+華光220 kV機(jī)組3臺(tái)機(jī)組至少開2臺(tái)3個(gè)前提條件下，“興縣—固賢—臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補(bǔ)站—紅旭站—興縣單雙回混合環(huán)網(wǎng)給中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷供電最大能力約400 MW。達(dá)不到以上前提條件時(shí)，中潤(rùn)電解鋁接帶負(fù)荷能力將下降。

發(fā)生220 kV呂車雙N－2三相永久故障，存在回龍塔機(jī)組功角失穩(wěn)問題，需同步投入安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，在發(fā)生呂車雙N－2故障時(shí)需要聯(lián)切回龍塔機(jī)組及中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷。發(fā)生其余相關(guān)線路N－2故障，需要不同程度聯(lián)切中潤(rùn)電解鋁負(fù)荷。

3.2 建議

在目前網(wǎng)架下，建議在呂梁環(huán)網(wǎng)區(qū)域配置安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)[1]，采取切回龍塔機(jī)組、切電解鋁負(fù)荷等控制措施解決相關(guān)線路N－2不滿足要求問題，保證中潤(rùn)電解鋁接帶400 MW負(fù)荷能力。

為滿足電解鋁接帶800 MW負(fù)荷目標(biāo)，建議補(bǔ)強(qiáng)網(wǎng)架，增加紅旭站出線回路數(shù)或在近區(qū)合適站點(diǎn)接入電源點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃，后期滿足電解鋁最終供電需求。