董 凌，王亦婷，成 靜

（青海省電力公司，西寧 810008）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大[1-3]。一般負荷中心都遠離電源，需要遠距離輸送電能。而對于遠距離大容量送電問題，通常用提高輸電線路的電壓等級來解決[4-5]。在電力系統(tǒng)新增加更高一級電壓等級的發(fā)展過程中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還不夠完善，同時為了充分利用已有資源，電力系統(tǒng)中大多會出現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng)：2組電壓等級不同的運行線路，經(jīng)2端變壓器的磁回路聯(lián)接起來就形成電磁環(huán)網(wǎng)[6-9]。其不利影響主要有：

1）電壓等級高的電網(wǎng)發(fā)生故障后，系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗會產(chǎn)生較大變化，傳輸功率超過聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定輸送極限時，將引起系統(tǒng)間振蕩；

2）高壓電網(wǎng)故障后的潮流轉(zhuǎn)移容易引起低壓電網(wǎng)的熱穩(wěn)定被破壞，國內(nèi)外多起大電網(wǎng)事故均與電磁環(huán)網(wǎng)有關(guān)[10-12]；

3）電磁環(huán)網(wǎng)中的線路功率不易實現(xiàn)按自然功率分布，不利于系統(tǒng)經(jīng)濟運行[13-14]。

據(jù)統(tǒng)計，我國1970—1990年與高低壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)的事故達55次。2006年7月1日，華中電網(wǎng)發(fā)生了嚴重的低頻振蕩事故[15-16]，就是由于500 kV的輸電線路由于保護誤動斷開后，大量潮流通過電磁環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到220 kV線路，并導(dǎo)致220 kV線路嚴重過載所引發(fā)的。國外也發(fā)生多次由于電磁環(huán)網(wǎng)所引起的大停電事故，比如1996年美國西部電力系統(tǒng)WSCC大停電事故，由于高壓線路的斷開，本來經(jīng)高壓傳輸?shù)墓β兽D(zhuǎn)移到低壓線路上，造成線路過載，最終導(dǎo)致了系統(tǒng)解裂為5個孤島[17-18]。

隨著青海省境內(nèi)750 kV輸變電工程的開工建設(shè)和拉西瓦電廠的接入,青海電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將發(fā)生革命性變化[19-20]；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到進一步加強，資源也得到進一步的優(yōu)化利用。然而青海電網(wǎng)在一步步走向完善的過程中，為了降低輸電損失、合理利用資源、提高輸電可靠性，在未來幾年的電網(wǎng)發(fā)展歷程當中，750 kV電網(wǎng)和330 kV電網(wǎng)必然存在著電磁環(huán)網(wǎng)，研究750 kV網(wǎng)架形成過程對青海電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響，合理安排運行方式，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運行，并對電磁環(huán)網(wǎng)帶來的不利影響采取及時有效的措施，對處于動態(tài)變化中青海電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和健康發(fā)展是非常必要的。

1 青海750 kV電網(wǎng)發(fā)展

青海電網(wǎng)是西北電網(wǎng)的重要組成部分之一。自2005年9月我國第一座750 kV變電站官亭變順利投運以來，歷時4 a的發(fā)展，截至2009年底，網(wǎng)內(nèi)已（或計劃）建成投運3條750 kV線路、3條750 kV省際聯(lián)絡(luò)線 （詳見圖1，橙色為750 kV線路，藍色為330 kV線路）。其中，750 kV拉西瓦—官亭、拉西瓦—西寧線路的建設(shè)投運為全西北電網(wǎng)單機、總裝機容量均為最大的水電站—拉西瓦電站電力的送出提供了可靠通道；西寧—永登雙回線路的建設(shè)投運使得甘青電網(wǎng)聯(lián)系進一步緊密，電力輸送極限也得到了很大程度上的提高?？梢哉f，青海電網(wǎng)正在經(jīng)歷著從330 kV向750 kV主網(wǎng)升級的重要轉(zhuǎn)型時期。

根據(jù)青海電力公司《2008—2012年電網(wǎng)規(guī)劃及2030年遠景展望》，2008—2012年期間將建成日月山750 kV變電站、西寧—格爾木750 kV輸變電工程及黃河上游水電送出等工程，建設(shè)青藏±500 kV直流聯(lián)網(wǎng)工程；2012—2015年擴建烏蘭750 kV變電站主變，結(jié)合龍羊峽以上河段水電站群的送出，建設(shè)堅強的750 kV網(wǎng)架。

2 750 kV電網(wǎng)建設(shè)中形成的電磁環(huán)網(wǎng)

2009年底，青海與甘肅將形成包括750 kV西寧—永登雙回線、官亭—蘭州東線路及330 kV楊樂—海石灣線路、阿蘭—海石灣2回線、桃園—海石灣線路、官亭—蘭州西雙回線的甘青聯(lián)絡(luò)線斷面。由于青海省內(nèi)黃河下游水電裝機容量大，這一斷面上將有較大的功率交換量。

青海網(wǎng)內(nèi)將形成750 kV西寧—永登雙回線路、西寧—官亭線路、拉西瓦—官亭線路及330 kV景陽—曹家堡雙回線路、花園—泉灣雙回線路斷面。該斷面承載著向青海負荷中心區(qū)送電的重要任務(wù)。

3 750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)條件下系統(tǒng)分析

圖1 2009年青海750/330 kV電網(wǎng)接線示意圖

青海電網(wǎng)水電資源豐富，水火電比例極不均衡，負荷中心火電機組裝機容量僅占全網(wǎng)裝機容量的20%。特殊的能源結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)運行中既有豐水期和負荷低谷時的西電東送，也有枯水期和負荷高峰時的東電西送。網(wǎng)內(nèi)聯(lián)絡(luò)線斷面上潮流變化較大，穩(wěn)定控制存在一定的難度。環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定運行的條件主要有：1）在事故情況下，環(huán)網(wǎng)中任一元件(主要是高壓元件)斷開后，功率轉(zhuǎn)移的結(jié)果不應(yīng)造成穩(wěn)定破壞；2）任一母線短路容量的提高不應(yīng)造成開關(guān)遮斷困難；3）環(huán)網(wǎng)運行時輸電損失不應(yīng)明顯增加[21-24]。下面針對青海750 kV主網(wǎng)架形成后，各種運行條件下的系統(tǒng)潮流分布、穩(wěn)定水平和短路電流進行分析計算，研究750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)運行對青海電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。

3.1 潮流計算

2009年底青海電網(wǎng)裝機容量見表1。

表1 2009年青海電網(wǎng)裝機容量 MW

根據(jù)近年來青海電網(wǎng)負荷的變化情況得到2009年底計算負荷?？紤]到青海電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)的特殊性，按照豐水期和枯水期2種發(fā)電出力考慮。2009年潮流方式見表2。

表2 潮流計算方式 萬kW

根據(jù)計算結(jié)果，網(wǎng)內(nèi)750 kV線路潮流如圖2所示，330 kV線路潮流無重載或過載，750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)條件下潮流分布基本合理，通過調(diào)整發(fā)電機組無功出力、變壓器分接頭和投切低壓無功補償設(shè)備等措施，能夠保持網(wǎng)內(nèi)良好的電壓水平，青海水電大量外送不會受阻。靜態(tài)安全分析結(jié)果表明，各聯(lián)絡(luò)斷面750 kV線路N-1開斷后設(shè)備不過載，系統(tǒng)母線電壓不越限。豐水期小負荷方式下，網(wǎng)內(nèi)水電大量外送，由于官亭變上網(wǎng)水電較多，750 kV官亭—蘭州東線潮流占甘青斷面潮流相當比例，達80多萬kW，330 kV官西線潮流也超過了30萬kW。枯水期大負荷方式下，電力大量受入，750 kV西寧—永登雙回線每條線均超過了30萬kW。

由于750 kV拉西瓦電站的2條送出線與官寧線形成了堅強的三角環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其上網(wǎng)電力不會對青海330 kV電網(wǎng)造成大的沖擊，西北電網(wǎng)整體接入750 kV網(wǎng)架的電源還較少，因此各750 kV線路潮流均不重，和允許的自然功率(約2 400 MW)相比，還有很大的承載能力。圖2分別顯示了豐水期小負荷和枯水期大負荷方式下青海省境內(nèi)各750 kV線路的有功功率分布情況，定義西電東送為正向。

圖2 750 kV線路有功功率分布圖（單位：MW）

2009年的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，甘青斷面上有3條750 kV線路，其中西寧至永登雙回線為同桿并架線路，考慮同時故障概率較大，因此暫不具備和330 kV線路解環(huán)運行的條件。豐水期小負荷方式下，如果將甘青斷面上的750/330 kV線路解環(huán)運行，僅由750 kV線路組成斷面輸電通道，則甘青斷面上的西寧—永登雙回線及官亭—蘭州東線路上流動的功率將有較大幅度增加。

合環(huán)與解環(huán)方式下對青海主網(wǎng)網(wǎng)損進行分析，發(fā)現(xiàn)豐水期小負荷下主網(wǎng)網(wǎng)損高于枯水期大負荷方式，即青海電網(wǎng)送電方式下的網(wǎng)損高于受電方式下的網(wǎng)損；此外，甘青斷面解環(huán)后網(wǎng)損略低于合環(huán)時的網(wǎng)損（計算結(jié)果見表3）?？梢姡是鄶嗝娼猸h(huán)后網(wǎng)損略有降低，但總體變化不大，系統(tǒng)運行經(jīng)濟性沒有顯著提高。因此，此時解環(huán)運行不能獲得良好的經(jīng)濟效益。

表3 線損計算結(jié)果 萬kW

3.2 穩(wěn)定計算

在潮流計算的基礎(chǔ)上，計算網(wǎng)內(nèi)機組大發(fā)和青海電網(wǎng)受電時甘青斷面的穩(wěn)定輸送極限。計算結(jié)果表明，750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行時，由于甘青之間通過3回750 kV線路和6回330 kV線路相連，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅強，能夠保證青海水電的順利送出。在西電東送方式下，甘青斷面線路發(fā)生故障退出運行，甘青機組均能保持同調(diào)性,送出極限可達400萬kW；而在東電西送即青海電網(wǎng)受電方式下，甘青斷面受電能力主要受青海電網(wǎng)電壓偏低的制約，即負荷中心330 kV母線穩(wěn)態(tài)電壓低于330 kV，受電極限較小，約為170萬kW。甘青斷面解環(huán)運行后，輸送極限下降較多，約為100萬kW。根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中對三級安全穩(wěn)定標準的規(guī)定，進一步分析了甘青斷面上同桿并架的2回750 kV線路發(fā)生異名相故障斷開后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。計算結(jié)果表明，如果甘青斷面解環(huán)運行，當發(fā)生連鎖故障導(dǎo)致2回750 kV線路相繼斷開時，青海電網(wǎng)和甘肅電網(wǎng)僅剩一回750 kV官東線聯(lián)系，雖然仍能保持機組同步運行但西電東送方式下線路潮流重載。

因此解環(huán)后甘青斷面送電極限受到線路熱穩(wěn)定限制，而受電方式輸送極限仍然受到青海電網(wǎng)負荷中心缺乏電源支撐，自身電壓偏低所制約。

綜上所述，青海電網(wǎng)在750 kV電網(wǎng)建設(shè)初期，無論解環(huán)與否，青海電網(wǎng)都需進一步加強負荷中心電源建設(shè)。合環(huán)運行時330 kV線路對加強電網(wǎng)間聯(lián)系、增強系統(tǒng)阻尼和提高動態(tài)穩(wěn)定水平具有重要作用，過早解環(huán)僅保留3回750 V聯(lián)絡(luò)線，且2回為同桿并架線路，不利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.3 短路計算

表4為各省際聯(lián)絡(luò)線斷面合環(huán)與開環(huán)時的短路電流。

從表4可以看出，不同運行條件下網(wǎng)內(nèi)的短路電流變化較大，雖均小于50 kA，但部分已逼近某些開關(guān)額定遮斷容量。在2009年合環(huán)運行時基本能滿足系統(tǒng)對短路電流的要求。但隨著系統(tǒng)容量不斷擴大，未來幾年內(nèi)年青海電網(wǎng)的最大短路電流可能突破50 kA。

表4 合環(huán)與解環(huán)后的短路電流比較 kA

發(fā)展高壓電網(wǎng)并實現(xiàn)電網(wǎng)分層分區(qū)運行是限制短路電流的重要手段。適時考慮甘青斷面解環(huán)運行將有效限制系統(tǒng)短路電流。在徹底解環(huán)之前，可以采取改變運行方式，適當斷開甘青斷面部分330 kV線路的方式控制短路電流超標。

4 結(jié)語

通過對2009年冬青海電網(wǎng)潮流、穩(wěn)定和短路計算的結(jié)果可知，在青海750 kV骨干網(wǎng)架形成初期，330 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較堅強而750 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱的情況下，只要運行方式合理、安全措施到位，網(wǎng)內(nèi)各重要輸電斷面上的750/330 kV線路采取合環(huán)運行方式將比解環(huán)運行更有利。解環(huán)工作可以在750 kV網(wǎng)架基本建成后，解開環(huán)網(wǎng)能顯著提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益時再開展。從長遠看，青海750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)最終將解環(huán)分層運行，對此，還需隨電網(wǎng)發(fā)展進行更深入的研究。

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