在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)在山西中部電網(wǎng)的實(shí)用化分析

田 浩

（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）

1 電網(wǎng)方式及背景介紹

山西中部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，用電負(fù)荷較大，一直以來(lái)存在短路電流超標(biāo)的問(wèn)題。特別是晉中、福瑞、侯村、小店、冶峪等站220 kV 母線三相短路電流均超過(guò)開關(guān)額定開斷電流。為限制中部短路電流超標(biāo)，之前已采取中部區(qū)域斷開220 kV 迎南雙、侯馬線、瑞北雙的解環(huán)措施，以降低短路電流，然而新嘉、美錦、國(guó)峰、東山電廠投產(chǎn)后，中部短路水平進(jìn)一步提高，之前開環(huán)措施已不滿足要求。

為進(jìn)一步限制短路電流超標(biāo)，根據(jù)方式計(jì)算安排，中部電網(wǎng)實(shí)行分區(qū)運(yùn)行，目前采取220 kV 冶峪站分母、斷開220 kV 新馬II 線+侯馬線+北東雙+馬小雙，將中部電網(wǎng)基本分為南北兩個(gè)分區(qū)運(yùn)行。其中，北部分區(qū)由云頂山、侯村、福瑞、陽(yáng)泉4 個(gè)500 kV 變電站供電；南部分區(qū)由龍城、晉中、呂梁、固賢4 個(gè)500 kV 變電站供電。

按照方式專業(yè)計(jì)算的電網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行規(guī)定無(wú)疑可以將電網(wǎng)短路電流控制到合理水平，然而山西電網(wǎng)目前存在著嚴(yán)重的發(fā)電盈余情況，全年停運(yùn)火電機(jī)組容量在2 000 萬(wàn)kW 左右，占火電機(jī)組容量的40%左右，火電發(fā)電利用小時(shí)數(shù)從2015 年的3 984 h快速下降到2019 年的3 300 h 左右，機(jī)組方式的季節(jié)性特點(diǎn)異常明顯。中部尤其是太原、晉中、呂梁電網(wǎng)，接入220 kV 系統(tǒng)的機(jī)組絕大多數(shù)為供熱機(jī)組，受電量計(jì)劃控制的影響，在非供熱期基本上為極小開機(jī)方式，導(dǎo)致500 kV 侯村、晉中主變長(zhǎng)期重載運(yùn)行，部分220 kV 斷面（如220 kV 侯新雙、晉東雙等） 重載運(yùn)行，需要調(diào)整電網(wǎng)的開環(huán)運(yùn)行方式。在事故情況下，也需要調(diào)整中部電網(wǎng)的開環(huán)運(yùn)行方式。東山電廠二拖一滿負(fù)荷試驗(yàn)下存在侯新雙回重載不滿足N-1 的問(wèn)題，也需要調(diào)整中部電網(wǎng)的開環(huán)方式。本案例選取兩種較為特殊的運(yùn)行方式，對(duì)東山電廠二拖一滿負(fù)荷下及極小開機(jī)方式下進(jìn)行中部電網(wǎng)合環(huán)方式計(jì)算校核，為電網(wǎng)方式安排和事故處理提供參考。

2 案例分析

2.1 東山電廠大負(fù)荷期間220 kV 侯馬線合環(huán)方式分析

某年4 月12 日起，東山電廠進(jìn)行機(jī)組二拖一滿負(fù)荷試驗(yàn)，總有功要求為860 MW，試驗(yàn)期間220 kV 侯新雙潮流越限，進(jìn)行220 kV 侯馬線合環(huán)，能夠有效降低侯新雙潮流。為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，現(xiàn)進(jìn)行220 kV 侯馬線合環(huán)后方式校核。

取某年4 月11 日國(guó)調(diào)下發(fā)斷面利用DSA 圖形化界面進(jìn)行潮流計(jì)算。當(dāng)日直調(diào)用電最大負(fù)荷為18 842 MW，太原地區(qū)最大負(fù)荷為2 783 MW。中部電網(wǎng)方式調(diào)整情況見表1，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 方式調(diào)整操作MW

表2 方式調(diào)整前后潮流對(duì)比MW

若東山電廠有功出力由700 MW 增加至860 MW，侯新雙潮流達(dá)520 MW，不滿足運(yùn)行要求。采取220 kV 侯馬線合環(huán)措施后，220 kV 侯新雙潮流降至406 MW，侯村主變潮流略有增加，但相比最初方式仍有所降低。利用基礎(chǔ)方式調(diào)整后斷面進(jìn)行DSA 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果圖省略。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，短路電流最大在侯村站220 kV A 母線，短路電流為40.97 kA，短路電流裕度為18.1%。合上220 kV 侯馬線后，短路電流滿足條件。

4 月12 日5 時(shí)44 分，為確保東山電廠做二拖一滿負(fù)荷試驗(yàn)期間220 kV 侯新雙不過(guò)載，調(diào)度員提前將220 kV 侯馬線轉(zhuǎn)合環(huán)運(yùn)行。在中部短路電流不超標(biāo)的前提下，將220 kV 侯馬線合環(huán)運(yùn)行，能夠有效降低220 kV 侯新雙潮流。

2.2 極小開機(jī)方式下中部電網(wǎng)合環(huán)方式計(jì)算

在非供熱期，中部電網(wǎng)存在極小開機(jī)方式，220 kV 系統(tǒng)電源支撐較為薄弱，導(dǎo)致侯村、晉中、云頂山、福瑞主變重載運(yùn)行，220 kV 晉東雙、侯新雙、小東雙等斷面越限，若此時(shí)中部電網(wǎng)出現(xiàn)N-1 甚至N-2 故障，有可能需要在中部部分地區(qū)實(shí)施限電，在目前用電負(fù)荷逐步下降、機(jī)組大面積停備的背景下進(jìn)行限電，將會(huì)對(duì)公司造成非常不利的影響，會(huì)給調(diào)度運(yùn)行工作帶來(lái)極大的壓力。2.2.1 基礎(chǔ)斷面進(jìn)行校核

5 月3 日20 時(shí)15 分，晉中2 臺(tái)主變潮流達(dá)892 MW，接近900 MW 控制要求，侯村雙變下載潮流達(dá)900 MW，福瑞、云頂山雙變下載潮流較重。220 kV 晉東雙線潮流達(dá)520 MW（要求控制520 MW），220 kV 侯新雙線潮流達(dá)430 MW（要求控制440 MW），均達(dá)到或接近控制極限要求。選取某年5 月3 日國(guó)調(diào)下發(fā)斷面進(jìn)行計(jì)算分析，當(dāng)日直調(diào)用電最大負(fù)荷為18 921 MW，太原地區(qū)最大負(fù)荷為2 562 MW，晉中地區(qū)最大負(fù)荷為1 423 MW。重要斷面潮流見表3

表3 基礎(chǔ)方式下重要斷面潮流MW

其中，因中部電網(wǎng)停機(jī)較多，且已開機(jī)組均有不同程度出力受阻，導(dǎo)致侯村、晉中主變潮流接近控制極限，福瑞、云頂山主變潮流較重。220 kV侯新雙、侯上雙、晉東雙、瑞馬雙等斷面潮流較重。因周邊開機(jī)機(jī)組均為受電端機(jī)組，且出力已達(dá)極限，故無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)機(jī)組出力降低過(guò)載設(shè)備潮流。

取某年5 月3 日國(guó)調(diào)下發(fā)斷面進(jìn)行DSA 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果圖省略。

對(duì)基礎(chǔ)斷面進(jìn)行分析，可以看出在正常運(yùn)行方式下，靜態(tài)安全N-1 裕度最小的元件為晉中站主變，裕度為1.01，其次為侯村站主變，裕度為7.38。220 kV 晉東雙、侯新雙斷面裕度分別為0.86、1.41，已經(jīng)接近控制要求。短路電流最大為福瑞站220 kV A 母線，電流為33.21 kA，短路電流最小裕度為33.58%，短路電流水平合格。侯村變、晉中變、220 kV 侯新雙、晉東雙潮流基本接近控制要求，其余設(shè)備潮流基本在合理范圍之內(nèi)。

2.2.2 極小開機(jī)方式下220 kV 侯馬線+ 新馬II線+ 馬小雙+ 北東雙全合環(huán)方式校核

由基礎(chǔ)斷面計(jì)算結(jié)果可以看出，在極小開機(jī)方式下，中部電網(wǎng)存在部分設(shè)備靜態(tài)安全N-1 裕度不足及220 kV 斷面越限的風(fēng)險(xiǎn)。在極小開機(jī)方式下，對(duì)中部電網(wǎng)進(jìn)行220 kV 侯馬線+新馬II 線+馬小雙+北東雙全合環(huán)方式校驗(yàn)，以確定電網(wǎng)是否滿足運(yùn)行要求。

取某年5 月3 日國(guó)調(diào)下發(fā)斷面并進(jìn)行方式調(diào)整，具體情況見表4。

表4 全合環(huán)方式下方式調(diào)整

全合環(huán)方式下，圖形化操作潮流計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 全合環(huán)方式下潮流計(jì)算結(jié)果MW

由DSA 計(jì)算結(jié)果（計(jì)算結(jié)果圖省略） 可以看出，在全合環(huán)運(yùn)行方式下，侯村站主變靜態(tài)安全裕度降低為0.95，晉中站主變潮流降低，靜態(tài)N-1 裕度為33.67，云頂山、福瑞站主變下載潮流略有升高，但在合理范圍之內(nèi)。220 kV 侯新雙達(dá)464 MW，已超控制要求，晉東雙潮流降低至294 MW；短路電流最大母線在福瑞站220 kV A 母線，為43.07 kA，最小裕度為13.66%。

在220 kV 侯馬線+新馬II 線+馬小雙+北東雙全合環(huán)方式下，中部電網(wǎng)短路電流水平有所升高，仍滿足控制要求。而220 kV 侯新雙斷面已超控制要求，侯村主變靜態(tài)N-1 裕度進(jìn)一步降低，如果太二等電廠機(jī)組出現(xiàn)異常，侯村主變必將不滿足N-1 要求，因此如何選擇合環(huán)方式需要具體分析。

2.2.3 220 kV 侯馬線+ 新馬II 線+ 北東雙合環(huán)、220 kV 馬小雙解環(huán)方式計(jì)算

利用DSA 圖形化操作計(jì)算出各個(gè)合環(huán)線路對(duì)中部電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備有功靈敏度，詳情見表6。

表6 合環(huán)設(shè)備有功靈敏度分析

經(jīng)過(guò)靈敏度分析可以看出，合上220 kV 侯馬線、北東雙能夠有效降低晉中主變、侯新雙、晉東雙線潮流，同時(shí)對(duì)侯村主變潮流增加影響不大，而進(jìn)行220 kV 馬小雙合環(huán)，對(duì)侯村主變、福瑞主變、侯新雙、瑞馬雙靈敏度影響均為幾種合環(huán)方式中最大的。因此，極小開機(jī)方式下，可以選擇220 kV 侯馬線+新馬II 線+北東雙合環(huán)、220 kV 馬小雙解環(huán)方式。

現(xiàn)取某年5 月3 日國(guó)調(diào)下發(fā)斷面并進(jìn)行220 kV馬小雙開環(huán)方式調(diào)整。

通過(guò)計(jì)算（計(jì)算結(jié)果見表7） 得出，在馬小雙解環(huán)方式下，侯村站主變靜態(tài)安全裕度較全合環(huán)方式下升高至6.32，晉中、云頂山、福瑞主變潮流均滿足運(yùn)行要求。220 kV 侯新雙、晉東雙潮流均能夠滿足控制要求；短路電流最大母線在福瑞站220 kV A 母線，為41.97 kA，最小裕度為16.06%。因此，在中部電網(wǎng)極小開機(jī)方式下，采用220 kV侯馬線+新馬II 線+北東雙合環(huán)、220 kV 馬小雙解環(huán)運(yùn)行方式，不僅電網(wǎng)短路電流滿足條件，能夠有效降低220 kV 侯新雙、晉東雙、瑞馬雙潮流的同時(shí)，對(duì)侯村、晉中主變影響也不大。

表7 馬小雙解環(huán)潮流計(jì)算結(jié)果MW

3 結(jié)論與建議

山西中部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，在冬季供熱期機(jī)組大開方式下存在短路容量超標(biāo)的問(wèn)題。根據(jù)東山電廠二拖一滿負(fù)荷實(shí)驗(yàn)時(shí)電網(wǎng)潮流存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)時(shí)電網(wǎng)實(shí)際開機(jī)組合，調(diào)度員利用在線安全分析進(jìn)行短路電流校核無(wú)誤后，將侯馬線恢復(fù)為合環(huán)運(yùn)行方式，不僅有效降低了侯新雙潮流，而且滿足了東山電廠二拖一滿負(fù)荷實(shí)驗(yàn)的要求，確保了電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

在非供熱期，中部電網(wǎng)220 kV 層面基本上為極小開機(jī)方式。經(jīng)過(guò)在線安全分析DSA 離線計(jì)算校核，中部電網(wǎng)恢復(fù)全接線運(yùn)行方式短路容量滿足運(yùn)行要求。在這種運(yùn)行方式或事故處理狀態(tài)下為確保設(shè)備不過(guò)載運(yùn)行，可以根據(jù)需求安排部分線路恢復(fù)合環(huán)運(yùn)行。中部電網(wǎng)重載的設(shè)備主要是侯新雙回、晉東雙回、侯村主變及晉中主變，為了緩解設(shè)備重載，可以調(diào)整運(yùn)行方式，將北東雙回、新馬II線、侯馬線恢復(fù)合環(huán)運(yùn)行。馬小雙回線合環(huán)后可能加重侯新雙回和侯村主變重載壓力，一般不調(diào)整為合環(huán)運(yùn)行。調(diào)度處根據(jù)在線安全分析模塊計(jì)算結(jié)果，提前制定出中部極小開機(jī)方式下事故預(yù)案，并展開培訓(xùn)，可以說(shuō)，在線安全分析在日常調(diào)度業(yè)務(wù)中發(fā)揮了很大作用。

隨著山西電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，中部電網(wǎng)越來(lái)越密集，運(yùn)行方式千變?nèi)f化，特別是在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、機(jī)組大面積停備的背景下，合理并及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式就顯得尤為關(guān)鍵。單純依靠滯后的方式計(jì)算已經(jīng)不可能完全適應(yīng)電網(wǎng)方式的實(shí)時(shí)變化，因此需要調(diào)度員利用好在線安全分析這個(gè)有力工具，實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)并消除電網(wǎng)安全隱患，進(jìn)一步提高電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行控制水平。