南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015)

500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運行研究

南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015)

高電壓等級系統(tǒng)的建立必將導(dǎo)致電網(wǎng)經(jīng)歷電磁環(huán)網(wǎng)過渡期。明確解環(huán)時機、制定解環(huán)原則與方案、實現(xiàn)地區(qū)間電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運行對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。明確了環(huán)網(wǎng)過渡期不同階段顯現(xiàn)特點，提出了500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的主體思路、主要原則、解環(huán)時機及解環(huán)方案，并通過上述理論提出了遼寧省地區(qū)間220 kV聯(lián)絡(luò)線的解環(huán)方案與分區(qū)運行結(jié)論。旨在為省級電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)提供參考。

電磁環(huán)網(wǎng);解環(huán)方案;分區(qū)運行

電磁環(huán)網(wǎng)是主干電網(wǎng)電壓等級由低向高發(fā)展過程中的必然產(chǎn)物，高電壓等級的出現(xiàn)使地區(qū)間送電通道電力送出能力、地區(qū)內(nèi)部供電能力有極大提升，但在高電壓等級系統(tǒng)未完善的過渡期，電磁環(huán)網(wǎng)運行方式會帶來電力系統(tǒng)熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定、短路電流超標、安全自動裝置復(fù)雜等影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的問題［1-2］。高電壓等級系統(tǒng)逐步完善后，下級電網(wǎng)具備解列條件，電磁環(huán)網(wǎng)運行方式將逐漸解除。但在電磁環(huán)網(wǎng)過渡期間，如何定位電磁環(huán)網(wǎng)過渡階段，準確把握下級電網(wǎng)解環(huán)時機，得出符合電網(wǎng)終期目標網(wǎng)架的合理解環(huán)方案尤為重要，直接影響了電網(wǎng)在過渡期間的安全運行［3-5］。

目前遼寧各地區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)面臨必須采取深入解環(huán)、分層分區(qū)運行問題，同時隨著“十二五”期間及“十三五”初期規(guī)劃的大批500 kV項目及大型電源密集接入，電磁環(huán)網(wǎng)狀態(tài)下短路電流超標將成為遼寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重大問題，明確解環(huán)方案、合理分區(qū)運行顯得緊迫而必要。

1 電磁環(huán)網(wǎng)類型與發(fā)展階段

電磁環(huán)網(wǎng)可根據(jù)發(fā)展階段及所處節(jié)點分為輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)與供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)2種不同形式。輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，供電區(qū)域間輸出斷面上出現(xiàn)2個電壓等級輸電線路，如省間斷面、供電分區(qū)斷面。該類型環(huán)網(wǎng)往往發(fā)生在高等級電網(wǎng)建設(shè)的初級階段，主要危害是高等級輸電線路故障后瞬間轉(zhuǎn)移潮流過大，易導(dǎo)致輸電斷面暫態(tài)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定問題;供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)，該類型電磁環(huán)網(wǎng)隨著高等級500 kV變電站密集投運，地區(qū)內(nèi)部下級電網(wǎng)電氣聯(lián)系密集，區(qū)域內(nèi)短路容量上升迅速，導(dǎo)致核心變電站母線短路電流接近或超過開關(guān)遮斷容量，影響電網(wǎng)安全運行。

電網(wǎng)發(fā)展過程為每當高等級電網(wǎng)出現(xiàn)即進入電磁環(huán)網(wǎng)期，輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)開始出現(xiàn)，隨著高等級電網(wǎng)逐步發(fā)展，提供了輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)條件，通過解列下級聯(lián)絡(luò)線消除輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，同時加速了供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)的產(chǎn)生，地區(qū)內(nèi)部核心變電站母線短路電流快速上升，隨著高等級電網(wǎng)進一步完善，供電區(qū)內(nèi)部下級電網(wǎng)完成分區(qū)運行，電網(wǎng)進入平緩發(fā)展期，直至更高等級電網(wǎng)出現(xiàn)進入新一輪電磁環(huán)網(wǎng)過渡期［6-8］。

綜上，電磁環(huán)網(wǎng)過渡期在電力系統(tǒng)發(fā)展過程中占據(jù)較長時間，發(fā)展各個階段有不同類型電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)，產(chǎn)生的主要危害也不同。根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)產(chǎn)生過程及發(fā)展狀態(tài)，可將電網(wǎng)所處環(huán)網(wǎng)過渡期分為3個階段:電磁環(huán)網(wǎng)初級階段、電磁環(huán)網(wǎng)中級階段、電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，3個階段詳細特點如表1所示。

階段之間循環(huán)往復(fù)，電磁環(huán)網(wǎng)供電區(qū)由初級階段經(jīng)中級步入成熟階段，在條件成熟、深度解環(huán)分區(qū)后，原有供電區(qū)分為2個或者多個新的處于電磁環(huán)網(wǎng)初級階段的供電區(qū)，繼續(xù)重復(fù)上述階段。

表1 500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展階段及其特點

2 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)措施

電網(wǎng)解環(huán)運行可以解決輸電通道熱穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定問題，防止區(qū)域內(nèi)部短路電流超標，但同時與供電區(qū)供電能力及可靠性對立。解環(huán)措施勢必導(dǎo)致供電區(qū)供電能力及可靠性下降，應(yīng)根據(jù)實際電磁環(huán)網(wǎng)所處階段及具體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)考慮。對于常規(guī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)復(fù)雜程度，可依次采取以下措施。

措施一:針對輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，解列供電區(qū)間220 kV聯(lián)絡(luò)線。缺少聯(lián)絡(luò)線支援，相關(guān)供電區(qū)供電能力被削弱，需要對解環(huán)前后供電區(qū)進行潮流、穩(wěn)定性等方面校驗。

措施二:解列供電區(qū)內(nèi)部220 kV環(huán)網(wǎng)線路。在供電能力較弱，不能通過進一步分區(qū)解環(huán)時，可采取解列供電區(qū)內(nèi)環(huán)網(wǎng)線路，該措施也需要對斷環(huán)前后電網(wǎng)進行校驗。

措施三:220 kV變電站母線分裂運行。通過分裂核心變電站母線，形成兩個相對獨立供電分區(qū)從而降低區(qū)域內(nèi)部短路電流。該措施以降低母線分裂變電站供電可靠性及運行靈活性為代價，是將220 kV系統(tǒng)構(gòu)成的電磁環(huán)網(wǎng)逐步過渡到分區(qū)供電的過渡模式。

措施四:500 kV變電站母線分裂運行。500 kV變電站220 kV母線通常是一個供電區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)短路電流爆發(fā)點，通過分裂500 kV變電站220 kV母線，緩解突出爆發(fā)點，在上述3項措施都無法采取可行的措施，大幅降低了地區(qū)正常方式及檢修方式供電能力，通常在電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段才具備該措施的實施條件。

措施五:電廠以單元式并網(wǎng)。220 kV發(fā)電機組接入系統(tǒng)方式采用單元式接入電網(wǎng)，對限制局部電網(wǎng)220 kV短路電流有較大作用。同時大幅降低了電廠電力送出可靠性，屬極端方式，通常不宜采用。

3 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)主體原則

a. 電網(wǎng)分區(qū)的近期方案，應(yīng)緊密結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)狀，根據(jù)實際情況決定采取相應(yīng)的解環(huán)措施。貫徹最小解環(huán)原則，最大程度保持電網(wǎng)完整性，為特殊方式下的功率支援提供便利，盡量采取單一措施解決問題。

b. 電網(wǎng)分區(qū)的遠期方案應(yīng)綜合考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、調(diào)度運行靈活和投資規(guī)模適當?shù)纫蛩?，解環(huán)后的供電區(qū)宜形成具有2～3座500 kV變電站為核心的供電區(qū)域，并在特殊方式下能夠與其它供電區(qū)域“手拉手”運行。

c. 為確保在某個供電區(qū)域發(fā)生重大事故時，與相鄰區(qū)域電網(wǎng)之間具有充足的跨區(qū)供電能力，電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后，盡量保留原有區(qū)域電網(wǎng)之間的220 kV備用聯(lián)絡(luò)線路。500 kV變電站變壓器的配置容載比應(yīng)達到2.0左右，跨區(qū)備用的220 kV線路輸送能力一般不低于1 000 MW，即具備2條及以上的LGJ-2×300聯(lián)絡(luò)線。

d. 處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段或成熟階段地區(qū)，新建及擴建500 kV變電站主～變壓器的高中阻抗宜選取為16%～18%，并加裝中性點小電抗;新建接入220 kV電網(wǎng)的電廠應(yīng)選取高阻抗主變壓器，阻抗宜選取為16%～18%。

4 電磁環(huán)網(wǎng)時機選擇及流程

電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展到一定階段必須采取解環(huán)措施，措施方案及解環(huán)時機直接影響環(huán)網(wǎng)過渡期系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，針對電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展的不同階段及類型，在一般性電網(wǎng)結(jié)構(gòu)條件下解環(huán)條件的確定及時機的選擇如表2所示。

明確了解環(huán)措施與實施時機后，應(yīng)經(jīng)過合理的計算分析流程確定最終解環(huán)方案。計算分析流程如圖1所示。

5 遼寧500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)方案

遼寧省際500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)目前已全部實現(xiàn)解環(huán)運行，遼寧省西部與中部斷面、南部與中部斷面均形成500 kV輸送通道，不存在輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)問題。大部分地區(qū)已進入電磁環(huán)網(wǎng)中級階段或以上階段，隨著未來幾年大批500 kV項目及大型熱電項目陸續(xù)投產(chǎn)，遼寧電網(wǎng)供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)問題將越來越嚴重，短路電流水平將快速提升，成為影響3～5年內(nèi)遼寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行重要問題之一［8］。

遼寧電網(wǎng)按電氣關(guān)系目前可分為遼西系統(tǒng)、沈鐵系統(tǒng)、撫本系統(tǒng)、鞍遼營系統(tǒng)、遼南系統(tǒng)5個大供電區(qū)。

5.1 遼西系統(tǒng)

遼西系統(tǒng)現(xiàn)狀為500 kV電網(wǎng)未形成遠景年2個單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，與蒙東斷面、遼寧中部斷面電磁環(huán)網(wǎng)均已解環(huán)，形成完全獨立供電區(qū)域，500 kV變電站布點密集程度低，220 kV電網(wǎng)電氣聯(lián)系松散，目前電網(wǎng)處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段。隨著“十二五”、“十三五”規(guī)劃中500 kV鶴鄉(xiāng)變、利州變、寬邦變、阜新變、松山變、錦州電廠、盤錦熱電廠相繼投運，2個500 kV單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成，地區(qū)內(nèi)部短路電流超標，遼西系統(tǒng)進入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，通過逐步解列盤錦阜新與朝陽兩錦間3回220 kV聯(lián)絡(luò)線，在2018年前后形成遠景年規(guī)劃3個供電區(qū):遼西西部供電區(qū)、盤錦阜新供電區(qū)、阜新北部供電區(qū)。遼西系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案如表3所示。

表2 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)時機選擇

5.2 沈鐵系統(tǒng)

目前沈鐵供電區(qū)內(nèi)500 kV形成密集布點，遼寧中部500 kV雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本形成，區(qū)域內(nèi)220 kV電網(wǎng)密集，目前已處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段，現(xiàn)形成沈陽北部供電區(qū)、沈陽城網(wǎng)與鐵嶺供電區(qū)。沈南變投運后供電能力滿足解環(huán)條件但短路電流未超標，可暫緩實施解環(huán)工程。隨著規(guī)劃的渾南熱電、沈陽撫順連接帶熱電廠連續(xù)投運，沈陽電網(wǎng)進入電磁環(huán)網(wǎng)末期階段，應(yīng)及時采取解環(huán)措施，經(jīng)計算可采取沈南變主變分裂的單一措施解決地區(qū)整體短路電流超標情況。采取該措施后，遠景年沈鐵系統(tǒng)分成沈陽北部供電區(qū)、沈陽東部和鐵嶺供電區(qū)域、沈陽南部供電區(qū)3個獨立供電區(qū)域。解環(huán)方案如表4所示。

圖1 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案流程圖

表3 遼西系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

5.3 撫本系統(tǒng)

撫本系統(tǒng)隨著撫順變投運，從遼寧中部主網(wǎng)獨立形成單獨供電區(qū)，該供電區(qū)目前有3座500kV變電站聯(lián)網(wǎng)運行，徐家變與撫順變220 kV電氣聯(lián)系緊密，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段，目前尚不具備解環(huán)條件。隨著北渤程工程、本溪熱電工程陸續(xù)投運，撫本系統(tǒng)進入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，逐步采取斷開供電區(qū)內(nèi)部220 kV環(huán)網(wǎng)線路方案 (徐撫3回線)，形成遠景年規(guī)劃的撫順供電區(qū)與本溪供電區(qū)。撫本系統(tǒng)解環(huán)方案如表5所示。

表4 沈鐵系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

表5 撫本系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

5.4 鞍遼營系統(tǒng)

鞍遼營系統(tǒng)目前形成一個整體供電區(qū)，500 kV基本環(huán)網(wǎng)已形成，220 kV電網(wǎng)密集程度較高，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段，目前由于供電能力不足，深入解環(huán)分區(qū)運行條件未具備，依靠解列部分聯(lián)絡(luò)線運行，隨著規(guī)劃的燕州變、長嶺變、西海變投運，地區(qū)供電能力提高，同時整體短路電流水平升高，鞍遼營系統(tǒng)進入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，可在燕州變投運后先行解環(huán)遼陽電網(wǎng)形成遼陽供電分區(qū)，在長嶺變、西海變投運后，地區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)較為嚴重，只能采用措施四分裂500 kV主變方案，陸續(xù)將鞍遼營系統(tǒng)解環(huán)，遠景年形成4個獨立供電區(qū)。鞍遼營系統(tǒng)解環(huán)方案如表6所示。

5.5 遼南系統(tǒng)

遼南系統(tǒng)500 kV電網(wǎng)形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，220 kV電網(wǎng)聯(lián)系簡單，在大連南部地區(qū)吳屯220 kV母線分裂后，大連南北電網(wǎng)分區(qū)運行，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級階段，遠景年不需要采取解環(huán)措施。

表6 鞍遼營系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

6 遼寧電網(wǎng)遠景年分區(qū)運行方案

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃情況，2018年遼寧電網(wǎng)將達到電網(wǎng)分區(qū)運行中期目標，屆時可增分為14個不完全獨立的供電區(qū)域:遼西西部供電區(qū)域 (朝陽、錦州、葫蘆島);阜新北部供電區(qū)域;阜新南部與盤錦供電區(qū)域;丹東和大連北部供電區(qū)域;大連南部供電區(qū)域;沈陽北部供電區(qū)域;沈陽東部和鐵嶺供電區(qū)域;沈陽南部供電區(qū)域;撫順供電區(qū)域;本溪供電區(qū)域;鞍山Ⅰ供區(qū);鞍山Ⅱ和營口Ⅰ供區(qū);營口Ⅱ供區(qū);遼陽供電區(qū)域。遼寧電網(wǎng)遠景年分區(qū)方案如圖2所示。

圖2 遼寧電網(wǎng)遠景年分區(qū)運行方案

7 結(jié)論

a. 500/200 kV電磁環(huán)網(wǎng)階段是500 kV系統(tǒng)過渡成為主干網(wǎng)架的必經(jīng)階段。電網(wǎng)規(guī)劃工作應(yīng)結(jié)合規(guī)劃項目及具體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，明確各供電分區(qū)所處的電磁環(huán)網(wǎng)具體階段并匹配相應(yīng)解環(huán)方案。

b. 根據(jù)具體供電區(qū)供電能力、供電可靠性及短路水平統(tǒng)籌考慮解環(huán)時機和具體解環(huán)措施。220 kV電網(wǎng)建設(shè)方案應(yīng)結(jié)合500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案統(tǒng)一規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整。

c. 遼寧500 kV電網(wǎng)主干網(wǎng)架已基本形成，大部分地區(qū)已進入電磁環(huán)網(wǎng)中級階段或接近電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，部分地區(qū)500 kV電網(wǎng)已經(jīng)具備了獨立運行的條件，為減少500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運行對系統(tǒng)造成的安全穩(wěn)定問題，應(yīng)參照遼寧電網(wǎng)遠景年分區(qū)運行方案逐步實現(xiàn)遼寧省地區(qū)間500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運行。

［1］ OL755—2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則 ［S］.

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Research of Breaking up 500/220 kV Electromagnetic Loop Network and Partition Running

NAN Zhe，HOU Yu-cheng，NING Liao-yi
(Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China)

High voltage system would lead the grid to through electromagnetic loop network transition.To grasp the opportunity，to make ring loop principle and scheme，to realize regional electromagnetic loop network and division operation is of great significance to the safe and stable operation of power grid.This paper clarifies the behavior characteristics of ring transition stage，proposes the main ideas，the main principle，solution time and solution scheme of the 500/220 kV electromagnetic loop network，putting forward the loop scheme and partition running results of solution of Liaoning power grid through the above theory.The purpose of this paper is to provide reference for the provincial grid ring solution of 500/220 kV electromagnetic loop network.

Electromagnetic loop network;Breaking up loop network;Partition running

TM727;TM711

A

1004-7913(2014)03-0004-05

南 哲 (1984—)，男，碩士，工程師，研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析。

2013-12-20)