黑龍江省西部電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案研究

張 睿，郝文波，胡遠(yuǎn)婷，劉 進(jìn)，張美倫

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)，避免電磁環(huán)網(wǎng)，是電網(wǎng)運(yùn)行的一個重要原則，特別是在高一級電網(wǎng)建成以后，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)低一級電網(wǎng)開環(huán)分片運(yùn)行，以限制其短路電流，避免高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，充分發(fā)揮高一級電壓電網(wǎng)輸送容量大的優(yōu)勢[1-2]。黑龍江西部電網(wǎng)500 kV主網(wǎng)架在城網(wǎng)區(qū)域內(nèi)成環(huán)，220 kV電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電網(wǎng)間高低壓電磁環(huán)網(wǎng)已經(jīng)形成。

隨著黑龍江西部電網(wǎng)500 kV和220 kV電網(wǎng)的發(fā)展和完善，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行可能會引起部分500 kV變電站及部分220 kV變電站母線斷路容量達(dá)到或超過斷路器的額定容量，對系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行十分不利。因此，實(shí)現(xiàn)黑龍江西部電網(wǎng)500 kV/220 kV電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行是必然趨勢。結(jié)合黑龍江西部電網(wǎng)的特點(diǎn)，以黑龍江西部電網(wǎng)2020年冬季大負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對220 kV電磁環(huán)網(wǎng)提出一套合理的解環(huán)方案，并在解環(huán)情況下對短路電流以及電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性做出計(jì)算分析，為黑龍江省西部電網(wǎng)順利實(shí)施電磁解環(huán)提供參考。

1 黑龍江西部電網(wǎng)狀況

西部電網(wǎng)通過500 kV華興1、2號線與蒙東興安盟電網(wǎng)相連，通過500 kV伊馮甲、乙線、嶺馮1、2號線與蒙東呼倫貝爾電網(wǎng)相連，通過500 kV大松1號線、大松2號線、大松3號線、五富1號線、五富2號線與中部電網(wǎng)相連，通過220 kV馮烏線(烏拉線)、馮拉甲線與北部電網(wǎng)相連。西部電網(wǎng)包括大慶和齊齊哈爾2個地區(qū)電網(wǎng)。黑龍江西部500 kV電網(wǎng)是黑龍江省500 kV電網(wǎng)骨干網(wǎng)架的重要組成部分。黑龍江省西部電網(wǎng)500 kV變電站共有4座，分別為大慶站、國富站、馮屯站和華民站；220 kV電網(wǎng)由紅旗站、齊一站、火炬站、北郊站等變電站及相應(yīng)220 kV線路構(gòu)成，區(qū)域內(nèi)主要由220 kV齊熱廠、富二廠、新華廠等火電廠以及若干新能源廠站供電?；拘纬梢?00 kV變電站以及地區(qū)內(nèi)電廠為供電中心的環(huán)狀電網(wǎng)，詳見圖1。

圖1 黑龍江省西部電網(wǎng)接線圖

2 黑龍江西部電網(wǎng)解環(huán)方案

在電網(wǎng)發(fā)展的不同階段，電磁環(huán)網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響也不相同，大致可歸納為形成利大于弊-發(fā)展-弊大于利-消亡的過程。實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)供電是大電網(wǎng)發(fā)展的方向和目標(biāo)[3-5]。

2.1 解環(huán)原則

為保證系統(tǒng)的安全可靠性，城市電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)點(diǎn)的確定原則為[6]：

1)按最終目標(biāo)網(wǎng)架確定的220 kV分區(qū)電網(wǎng)是電力平衡的。

2)應(yīng)保證解環(huán)后城市電網(wǎng)的供電可靠性和供電安全性無明顯降低。

3)解環(huán)后城市電網(wǎng)的220 kV母線短路電流水平應(yīng)滿足導(dǎo)則要求。

4)解環(huán)線段的潮流應(yīng)較輕，解開后對整個系統(tǒng)的潮流分布影響不大。

通過對上述原則的把握，根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)的實(shí)際構(gòu)成情況，以及計(jì)算得到的電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)，即可對電網(wǎng)進(jìn)行解環(huán)操作。

2.2 解環(huán)實(shí)施目標(biāo)

解環(huán)實(shí)施的目標(biāo)為：

1)大慶電網(wǎng)與齊齊哈爾電網(wǎng)220 kV系統(tǒng)解環(huán)運(yùn)行；

2)大慶電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)220 kV系統(tǒng)解環(huán)運(yùn)行。

2.3 解環(huán)方案

根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)原則，在能保證城市供電可靠性與安全性的前提下[7-8]，針對黑龍江省西部電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案設(shè)計(jì)如下：

1)斷開220 kV昂慶甲線，昂昂溪側(cè)開關(guān)熱備用；斷開220 kV昂綱線，綱要側(cè)開關(guān)熱備用；斷開220 kV齊讓甲乙線，齊一側(cè)開關(guān)熱備用；斷開220 kV鋒繁甲乙線，先鋒側(cè)開關(guān)熱備用；斷開220 kV龍旗甲乙線，龍祥側(cè)開關(guān)熱備用；斷開220 kV火開甲乙線，開發(fā)側(cè)開關(guān)熱備用。

2)新建220 kV昂昂溪、富二雙回線路；新建220 kV先鋒、紅旗雙回線路；新建220 kV紅旗、臥里屯雙回線路；新建220 kV開發(fā)、國富雙回線路；新建220 kV龍祥、讓變雙回線路。

解環(huán)后黑龍江西部220 kV電網(wǎng)劃分為3個供電區(qū)，分別為齊齊哈爾供電區(qū)、大慶供電區(qū)、國富供電區(qū)。分區(qū)后的電網(wǎng)接線如圖2所示。

圖2 分區(qū)后黑龍江省西部電網(wǎng)接線圖

3 黑龍江西部電網(wǎng)短路電流水平

根據(jù)2020年電網(wǎng)狀況，進(jìn)行黑龍江西部電網(wǎng)母線短路電流計(jì)算。經(jīng)計(jì)算分析，2020年西部電網(wǎng)500 kV最大短路電流出現(xiàn)在馮屯變500 kV母線三相短路，短路電流為35.55 kA；220 kV最大短路電流出現(xiàn)在大慶變220 kV母線三相短路，短路電流為48.823 kA，在現(xiàn)有斷路器遮斷容量(50 kA)之內(nèi)；總體來看，2020年西部電網(wǎng)的短路電流基本控制在斷路器遮斷容量以內(nèi)，但最大短路電流基本接近斷路器遮斷容量，會影響系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。通過對西部電網(wǎng)的解環(huán)操作，西部電網(wǎng)的短路電流值明顯下降，全部低于遮斷容量并留有裕度。因此，針對黑龍江西部電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行的研究具有必要性。黑龍江西部電網(wǎng)500 kV及220 kV系統(tǒng)變電站母線最大短路電流情況詳見表1。

表1 2020年黑龍江西部電網(wǎng)變電站短路電流計(jì)算結(jié)果

4 黑龍江西部電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定計(jì)算分析

根據(jù)黑龍江西部電網(wǎng)解環(huán)后網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷預(yù)測、電力平衡等進(jìn)行典型運(yùn)行方式潮流計(jì)算，選取2020年冬季大方式為典型方式。

4.1 黑龍江西部電網(wǎng)典型方式潮流分布狀況

預(yù)計(jì)2020年黑龍江西部電網(wǎng)冬季大負(fù)荷約為3 812 MW(不包括廠用負(fù)荷)，地區(qū)火電機(jī)組共4 980 MW。解環(huán)前，西部電網(wǎng)部分線路存在線路N-1故障過載問題，較為嚴(yán)重的是：

1)220 kV大火甲乙線。大火甲乙線主要承擔(dān)大慶變下網(wǎng)潮流，當(dāng)西城熱電廠開機(jī)較大時，部分有功潮流也將通過大北甲乙線向大火甲乙線匯集，造成大火甲乙線N-1故障后過載。該文解環(huán)方案斷開火開甲乙線，開發(fā)變與中本變負(fù)荷不再由大火甲乙線承擔(dān)，減輕大火甲乙線潮流壓力，解決了大火甲乙線N-1故障后過載問題。

2)富二廠與富熱廠發(fā)電潮流通過220 kV富光甲乙線、富雅甲乙線、二振甲乙線、二華甲乙線送出(均為同塔線路)，其中二振甲乙線N-1故障后，運(yùn)行線路過載問題較為嚴(yán)重。該文解環(huán)方案新建220 kV昂昂溪、富二雙回線路，用來分擔(dān)發(fā)電潮流，線路過載問題得以解決。解環(huán)后，讓變負(fù)荷主要由讓繁甲乙線與新建龍祥、讓變雙回線路承擔(dān)，當(dāng)龍鳳電廠不開機(jī)時，讓繁甲乙線存在N-1故障后過載風(fēng)險。詳見表2 、表3及圖3。

表2 解環(huán)前后主要線路有功潮流對比

表3 解環(huán)前后主要變電站電壓對比

圖3 黑龍江西部電網(wǎng)典型潮流圖

對比結(jié)果顯示，解環(huán)前后齊齊哈爾地區(qū)線路潮流以及各變電站母線電壓均未發(fā)生較大變化；大慶地區(qū)線路潮流變化較大，變電站母線電壓小幅度下降，但潮流和電壓都保持在正常范圍內(nèi)。

4.2 黑龍江西部電網(wǎng)主變N-1開機(jī)方式要求

解環(huán)后，黑龍江西部220 kV電網(wǎng)劃分為3個供電區(qū)，分別為齊齊哈爾供電區(qū)、大慶供電區(qū)、國富供電區(qū)。其中在解環(huán)過程中，形成齊齊哈爾供電區(qū)主要由齊熱廠、富二廠、富熱廠以及馮屯變和華民變220 kV變壓器下網(wǎng)潮流供電，大慶供電區(qū)主要通過西城熱電廠、龍鳳熱電廠以及大慶變220 kV變壓器下網(wǎng)潮流供電，國富供電區(qū)主要依靠宏偉熱電廠、大慶油田A、B廠、新華熱電廠以及國富變220 kV變壓器下網(wǎng)潮流供電的情況，并且齊齊哈爾供電區(qū)、大慶供電區(qū)與國富供電區(qū)之間失去聯(lián)絡(luò)。

4.2.1 齊齊哈爾地區(qū)主變N-1開機(jī)方式要求

典型方式下，馮屯變1號主變發(fā)生N-1情況，為保證齊齊哈爾地區(qū)電壓與潮流處在合理范圍，要求齊齊哈爾地區(qū)最小開機(jī)700 MW。開機(jī)方式：齊熱廠1臺機(jī)300 WM，富二廠2臺機(jī)400 MW。潮流圖如圖4所示。

圖4 齊齊哈爾地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(馮屯變1號主變N-1)

典型方式下，華民1號主變檢修且2號主變發(fā)生N-1情況，齊地區(qū)僅剩1臺馮屯500 kV主變(801 MVA)與主網(wǎng)連接，為保證齊齊哈爾地區(qū)電壓與潮流處在合理范圍，要求齊齊哈爾地區(qū)需要最小開機(jī)方式為富二廠與富熱廠聯(lián)合出力不小600 MW，否則馮郊甲乙線存在N-1過載問題。開機(jī)方式為：富熱B廠1臺200 MW，富二廠2臺400 MW。詳見圖5。

圖5 齊齊哈爾地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(華民1號主變檢修且2號主變N-1)

4.2.2 大慶地區(qū)主變N-1開機(jī)方式要求

典型方式下，大慶變1號主變(801 MW)發(fā)生N-1情況，為保證大慶地區(qū)電壓與潮流處在合理范圍，要求大慶地區(qū)最小開機(jī)1 280 MW。開機(jī)方式為：西城熱電1臺機(jī)350 MW，油田熱電廠2臺機(jī)400 MW，新華廠2臺機(jī)530 MW。詳見圖6。

圖6 大慶地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(大慶變1號主變N-1)

典型方式下，國富變1號、2號主變(1 000 MW)發(fā)生N-1情況，為保證大慶地區(qū)電壓與潮流處在合理范圍，要求大慶地區(qū)最小開機(jī)1 280 MW。開機(jī)方式為：西城熱電1臺機(jī)350 MW，油田熱電廠2臺機(jī)400 MW，新華廠2臺機(jī)530 MW。詳見圖7。

圖7 大慶地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(國富變1號主變N-1)

5 結(jié) 語

1)通過對黑龍江西部電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行分析，根據(jù)文中所提解環(huán)方案，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的分層分區(qū)運(yùn)行。仿真結(jié)果表明，解環(huán)分區(qū)后西部電網(wǎng)220 kV母線短路電流明顯減小并留有足夠裕度，提高了電網(wǎng)的供電能力，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2)黑龍江西部電網(wǎng)解環(huán)后潮流分布合理，電壓保持在正常水平，解決了大火甲乙線、二振甲乙線N-1后潮流過載問題，同時出現(xiàn)了讓繁甲乙線過載問題，解環(huán)后西部地區(qū)主變N-1后其余元件滿足運(yùn)行要求。