雄村銅礦負荷對西藏電網(wǎng)穩(wěn)定運行的分析研究

郭三軍 金川集團股份有限公司

引言：雄村銅礦地理位置較為偏遠，負荷從電網(wǎng)末端日喀則多林電站接入西藏中部電網(wǎng)。給電網(wǎng)結(jié)構(gòu)尚不十分堅強的西藏電網(wǎng)帶來一定的安全隱患。用電設(shè)備安裝功率為140914.8kW（工作功率123450.8kW），計算有功功率為86723.7kW，年耗電量約為512508.5MWh。

一、西藏中部電網(wǎng)概況及邊界條件

西藏中部電網(wǎng)電源總裝機容量為1786.67MW。其中水電機組裝機容量134.14MW，占全網(wǎng)總裝機容量的63.48%；抽水蓄能裝機為90MW，占總裝機的5.04%；火電機組裝機容量348.75MW，占19.2%；地?zé)釞C組裝機容量27.18MW，占1.52%；太陽能光伏裝機容量160MW，占8.96%；風(fēng)電裝機容量7.5MW，占0.42%；余熱裝機容量19.1MW，占1.07%。

2020年豐大方式下，西藏電網(wǎng)總負荷1840MW，總發(fā)電出力2090MW，青藏直流向西北電網(wǎng)送電180MW。

2020年枯大方式下，西藏電網(wǎng)總負荷（包括昌都電網(wǎng)）2130MW，總發(fā)電出力900MW，青藏直流從西北電網(wǎng)受入電力660MW。

已建成SVC按照全部按投入共325 Mvar考慮。根據(jù)西藏電力經(jīng)研院的批復(fù)，雄村銅礦配置30Mvar SVC裝置，在兩臺專用變10kV側(cè)并聯(lián)電容器總?cè)萘繛?0Mvar。

二、研究條件及計算工具

（一）運行方式

雄村銅礦為西藏電網(wǎng)末端，設(shè)備按照已經(jīng)規(guī)劃的方式運行，51%同步電動機和49%異步電動機負荷。

（二）故障類型

a.交流線路三永N-1故障；

b.交流線路單相瞬時故障；

c.直流單極閉鎖。

（三）穩(wěn)定判據(jù)

功角穩(wěn)定：電網(wǎng)遭受每一次大擾動后，引起電力系統(tǒng)各機組之間功角相對增大，在經(jīng)過第一、第二搖擺不失步。

電壓穩(wěn)定：在電力系統(tǒng)受到擾動后的暫態(tài)過程中，負荷母線電壓能夠在10秒以內(nèi)恢復(fù)到0.80p.u.以上。

頻率穩(wěn)定：系統(tǒng)頻率能迅速恢復(fù)到額定頻率附近繼續(xù)運行，不發(fā)生頻率崩潰，事故后的系統(tǒng)頻率不會長期懸浮于某一過高或過低的數(shù)值。

（四）計算工具

中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的“PSD電力系統(tǒng)軟件工具（PSD Power Tools）”系列軟件包：

a.PSD-PFNT潮流計算程序；

b.PSD-SWNT暫態(tài)穩(wěn)定計算程序；

c.PSD-CLIQUE地理接線圖繪制程序；

d.PSD-MYCHART多曲線對比程序。

三、主要元件模型

（一）發(fā)電機模型

發(fā)電機模型采用考慮次暫態(tài)過程的和變化模型，考慮了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、原動機及調(diào)速系統(tǒng)的作用。

（二）負荷模型

1.西藏電網(wǎng)負荷模型

西藏電網(wǎng)負荷模型為30%異步電動機和70%靜態(tài)負荷，靜態(tài)負荷模型中恒阻抗負荷、恒電流負荷、恒功率負荷所占比例為0.25:0.55:0.2。參數(shù)如表3-1。

表3-1 西藏電網(wǎng)負荷模型異步電動機參數(shù)

2.雄村銅礦負荷模型

所示，使用的同步電動機及勵磁系統(tǒng)參數(shù)為銅礦業(yè)主從設(shè)備供應(yīng)商收集的部分電動機參數(shù)，如表3-2和表3-3所示。

表3-2 西藏電網(wǎng)雄村銅礦負荷模型同步電動機參數(shù)

勵磁系統(tǒng)均采用BPA程序中的EB無刷它勵旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)模型，結(jié)構(gòu)如圖3-1。

圖3-1 BPA軟件中的EB無刷它勵旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)框圖

其主要參數(shù)如表3-3所示。

表3-3 西藏電網(wǎng)大型銅礦負荷模型同步電動機勵磁系統(tǒng)主要參數(shù)

（三）SVC裝置模型

研究使用的BPA程序中SVC結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，其主要參數(shù)如表3-4所示。

圖3-2 SVC結(jié)構(gòu)

表3-4 銅礦負荷SVC裝置主要參數(shù)

四、銅礦負荷接入對西藏聯(lián)網(wǎng)通道穩(wěn)定性的影響分析

（一）銅礦負荷接入點系統(tǒng)強度分析

雄村銅礦專用變接入西藏藏中電網(wǎng)謝通門110kV變電站。2020年枯大和豐大方式下，銅礦負荷接入點的短路電流及短路容量分別如表4-1所示。

表4-1 西藏電網(wǎng)2020年銅礦負荷接入點系統(tǒng)強度

（二）2020年枯大方式安全穩(wěn)定分析

1.交流線路三永N-1故障校核

（1）采用70%異步電動機+30%靜態(tài)負荷模型，西藏電網(wǎng)主要500kV、220kV和110kV多條交流線路發(fā)生三永N-1故障，電壓失穩(wěn)。如表4-2所示。

（2）采用實際比例的同步電動機+異步電動機負荷模型（51%同步電動機和49%異步電動機），主要500kV、220kV和110kV線路三永N-1故障，全部穩(wěn)定。

（3）采用100%異步電動機負荷模型

主要500kV、220kV和110kV線路多條交流線路發(fā)生三永N-1故障，電壓失穩(wěn)。

2.交流線路單相瞬時故障校核

采用70%異步電動機+30%靜態(tài)負荷模型，西藏電網(wǎng)主要500kV、220kV和110kV線路單相瞬時故障校核穩(wěn)定；

采用同步電動機模型，以及100%異步電動機負荷模型對線路單相瞬時故障進行校核，電網(wǎng)均能在故障后恢復(fù)穩(wěn)定運行。

3.銅礦負荷近區(qū)35kV線路故障校核

無SVC， 70%異步電動機+30%靜態(tài)負荷模型，銅礦近區(qū)35kV線路三永N-1故障校核穩(wěn)定，采用同步電動機模型，以及100%異步電動機負荷模型對銅礦近區(qū)35kV線路三永N-1故障進行校核，結(jié)果也全部穩(wěn)定。

4.青藏直流單極閉鎖故障校核

沒有SVC，青藏直流發(fā)生單極閉鎖故障，由于沒有短路接地故障造成的電壓跌落情況，線路穩(wěn)定。

（三）2020年豐大方式安全穩(wěn)定分析

電網(wǎng)各電壓等級多條交流線路發(fā)生三永N-1故障、青藏直流檢修停運、川藏聯(lián)網(wǎng)通道檢修、西藏電網(wǎng)孤島運行、雄村銅礦故障退出運行，校核主要500kV、220kV和110kV線路穩(wěn)定運行。

五、負荷接入西藏電網(wǎng)的分析

在2020年枯大方式和豐大方式下：

（一）青藏直流發(fā)生單極閉鎖后、銅礦負荷接入點近區(qū)35kV線路發(fā)生三永N-1故障、各電壓等級交流線路發(fā)生單相瞬時故障后，電網(wǎng)穩(wěn)定。

（二）采用實際比例的“同步電動機+異步電動機負荷”模型，配置30Mvar的SVC。主要線路三永N-1故障后穩(wěn)定運行；部分交流線路三永N-1故障造成銅礦少量負荷切除、其他交流線路三永N-1故障、檢修方式下川藏聯(lián)網(wǎng)通道上的各段500kV聯(lián)絡(luò)線路三永N-1故障，電網(wǎng)均穩(wěn)定運行。

（三）采用西藏電力調(diào)度的70%異步電動機+30%靜態(tài)負荷和采用100%異步電動機負荷模型，電網(wǎng)各電壓等級多條交流線路發(fā)生三永N-1故障，電壓失穩(wěn)。配置馬達低壓脫扣裝置，500kV、220kV和110kV的全部交流線路三永N-1故障均不會造成電網(wǎng)電壓失穩(wěn)。但銅礦的少量一般負荷有可能會在故障后的電壓跌落期間被切除。

六、應(yīng)對措施

1.雄村銅礦負荷模型按照實際比例的同步電動機和異步電動機考慮。

2.在雄村110kV變電站配置容量30Mvar的SVC裝置，專用變低壓側(cè)配置并聯(lián)電容器容量30Mvar。

3.配置低壓脫扣裝置，合理設(shè)置動作延時和各級所切負荷量。

七、結(jié)論

雄村銅礦位于西藏電網(wǎng)末端，為避免無功長距離傳輸，減少電網(wǎng)電壓降，按照雄村銅礦同步電動機和異步電動機負荷比重及其相關(guān)電機參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)工藝設(shè)備啟動程序，在雄村110kV變電站安裝30Mvar的SVC，在兩臺專用變10kV側(cè)并聯(lián)電容器總?cè)萘繛?0Mvar，專用變電站內(nèi)無功損耗和無功負荷需就地補償，滿足西藏電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。同時，為了適應(yīng)銅礦負荷變化和西藏電網(wǎng)發(fā)展的需要，配置馬達低壓脫扣裝置十分必要。

表4-2 西藏電網(wǎng)2020年枯大方式主要線路N-1