孫維真，葉 琳，王 超，吳一峰

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

隨著浙江電網(wǎng)大量電源的投產(chǎn)和500 kV主網(wǎng)架的迅速擴張，短路電流超標現(xiàn)象日益嚴重[1-2]，電網(wǎng)被動進行分層分區(qū)[3]，導致局部220 kV電網(wǎng)可靠性有所降低，還造成局部220 kV電網(wǎng)穩(wěn)定運行和檢修方式安排困難、供區(qū)間缺乏轉(zhuǎn)供能力、相當數(shù)量的變電站在單一元件檢修時存在停電可能等一系列問題。

結(jié)合浙江電網(wǎng)的運行實際，并借鑒國內(nèi)外電網(wǎng)建設(shè)與運行經(jīng)驗[4-5]，筆者認為，在電網(wǎng)的規(guī)劃與運行當中，需要統(tǒng)一安全穩(wěn)定標準，明確分層分區(qū)思路，并重點考慮以下4條基本原則：

（1）正常（含計劃檢修）方式下滿足N-1方式校驗。

（2）既要降低短路電流水平，又要保證供電可靠性。

（3）考慮分區(qū)間具備50%的轉(zhuǎn)供能力。

（4）便于安全穩(wěn)定第三道防線的實施。

基于以上原則要求，本文根據(jù) 《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》的相關(guān)規(guī)定，對浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架架構(gòu)及分層分區(qū)進行了研究探討。

1 浙江電網(wǎng)分層分區(qū)方式

1.1 220 kV母線分裂運行方案

500 kV變電站220 kV母線分裂運行是控制短路電流必需而又有效的措施。隨著浙江電網(wǎng)的不斷發(fā)展，500 kV短路電流持續(xù)上升是必然的趨勢，尤其是特高壓電網(wǎng)的建設(shè)進一步增加了500 kV的短路電流水平。仿真分析表明，全國特高壓聯(lián)網(wǎng)后浙江電網(wǎng)大部分500 kV變電站的短路電流將升至60 kA左右。

以4臺1 000 MVA主變并列運行的獨立供電區(qū)域進行研究計算，計算中考慮500 kV母線短路電流水平接近設(shè)備遮斷容量 （63 kA），供區(qū)內(nèi)僅1臺600 MW機組接入，220 kV變電所考慮適量的地區(qū)小電源接入。當500 kV主變Uk（高-中）為16%時，各臺主變提供的220 kV短路電流達到12 kA，220 kV母線短路電流超過設(shè)備遮斷容量 （50 kA）；若供區(qū)內(nèi)接入機組容量大于600 MW或500 kV主變的Uk（高-中）小于16%，則短路電流水平進一步升高。根據(jù)上述短路電流計算結(jié)果，4臺1 000 MVA主變不宜并列運行，需考慮220 kV母線分裂運行 （即4臺主變兩兩分裂運行）的方案，具體討論如下。

方案1：500 kV變電站220 kV母線分裂運行，且通過遠端220 kV網(wǎng)架實現(xiàn)220 kV I段母線和II段母線供區(qū)之間的聯(lián)合運行，220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個雙回線路通道配置，則220 kV母線短路電流降低約9 kA。

方案2：500 kV變電站220 kV母線分裂運行且通過220 kV網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與另一500 kV變電所的部分供區(qū)之間的聯(lián)合運行，220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個雙回線通道、聯(lián)合供區(qū)按4臺1 000 MVA主變配置，則220 kV母線短路電流可降低約8 kA。

因此，若500 kV以及220 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度、500 kV主變參數(shù)、供區(qū)內(nèi)機組接入以及地區(qū)小電源均按同等條件考慮，則上述兩種方案在抑制短路電流水平方面效果基本相當，即均可將220 kV母線短路電流限制在合適的范圍。

1.2 對2種方案的討論

方案1是500 kV變電站單獨分區(qū)，同一個500 kV變電站的220 kV兩段母線分裂運行，布置若干局部樞紐變，并在遠端合環(huán)以提高分段母線的供電可靠性，其示意圖如圖1（a）所示。該方式也可稱為 “獨立2+2”分區(qū)模式。

方案2是兩個500 kV變電站聯(lián)合分區(qū)，其中一個500 kV變電站的220 kV兩段母線分裂運行，并在遠端與另一個500 kV變電站的220 kV分裂運行母線分別合環(huán)，中間設(shè)置若干局部樞紐變電站。這種方式既保證了220 kV分段母線運行的可靠性，又同時具有兩個不同的500 kV變電站，供電可靠性高，其示意圖如圖2（a）所示。該方式也可稱為“聯(lián)合2+2”分區(qū)模式。

圖1 “獨立2＋2”分區(qū)模式（方案 1）

圖2 “聯(lián)合2＋2”分區(qū)模式（方案2）

對方案2而言，存在同一供區(qū)內(nèi)的電磁環(huán)網(wǎng)問題，為避免對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成影響，建議供區(qū)至少保留4回對外的220 kV聯(lián)絡(luò)線。這樣，一般情況下500 kV設(shè)備檢修時，方案2的分區(qū)220 kV接線方式也無需進行調(diào)整。

方案1與方案2的分區(qū)結(jié)構(gòu)在一定條件下通過內(nèi)部樞紐變電站能夠相互轉(zhuǎn)換，或組合成其它形式的分區(qū)方式，以滿足電網(wǎng)發(fā)展不同階段、不同檢修及事故后運行方式的需要?？紤]到特高壓電網(wǎng)投運后將圍繞特高壓落點形成較為集中的500 kV變電所供區(qū)[6]，不同特高壓供電區(qū)域之間的500 kV變電所供區(qū)不宜采用方案2。對500 kV弱聯(lián)系的電網(wǎng)而言，建議優(yōu)先考慮采用方案1的接線方式。

2 電網(wǎng)供電能力

各分區(qū)500 kV變電容量應滿足以下要求：

（1）各分區(qū)500 kV主變臺數(shù)應不少于3臺。應當注意500 kV主變數(shù)量受短路電流的制約。電網(wǎng)分層分區(qū)運行后，各分區(qū)內(nèi)發(fā)電廠提供的短路電流相對固定，分區(qū)電網(wǎng)的短路電流增長主要與500/220 kV系統(tǒng)的等值阻抗有關(guān)，該等值阻抗與主變數(shù)量成反比。

（2）應保證各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線數(shù)量。對2種模式的接線方式而言，各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線數(shù)量都不應少于3條。

（3）500 kV主變N-1故障后，各分區(qū)剩余主變的事故后過負荷能力之和，應不小于各分區(qū)的最大受進電力需求。

（4）各分區(qū)500 kV主變的供電能力，應能滿足最大高峰負荷下分區(qū)內(nèi)最大容量機組跳閘后的供電需求。

（5）各分區(qū)500 kV主變的變電容量應考慮一定的容載比。

電網(wǎng)分層分區(qū)運行后，由于各分區(qū)的負荷水平、負荷特性、裝機容量和增長速度不同，應根據(jù)各分區(qū)的情況分別確定500 kV變電容量的容載比。

3 分區(qū)轉(zhuǎn)供能力與供電可靠性

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應滿足以下要求：

（1）各分區(qū)之間應有足夠容量的4條以上220 kV備用聯(lián)絡(luò)線 （因為4條220 kV線路的輸送能力與1臺1 000 MVA容量的主變供電能力相當），在500 kV主變檢修或N-1方式下投入運行以轉(zhuǎn)供部分220 kV變電站。如果因條件所限，備用聯(lián)絡(luò)線條數(shù)不足4條，建議采用線徑較粗的導線以提高輸送能力。

（2）應結(jié)合220 kV分層分區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃110 kV電網(wǎng)建設(shè)。加強分區(qū)內(nèi)220 kV變電站之間110 kV備用聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)，但各500 kV分區(qū)之間不宜再建設(shè)110 kV備用聯(lián)絡(luò)線，各分區(qū)之間現(xiàn)有的110 kV備用聯(lián)絡(luò)線也應通過規(guī)劃和技術(shù)改造逐步退出運行，以避免220 kV主變、線路等元件檢修時倒110 kV負荷還需要短時500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)。

（3）各分區(qū)之間的220 kV備用聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)應安裝避雷器，正常方式下處于充電運行狀態(tài)，便于調(diào)度運行的解合環(huán)操作。

4 大容量機組接入220 kV電網(wǎng)方案

當前浙江電網(wǎng)220 kV的電氣聯(lián)系較為緊密，600 MW機組接入220 kV電網(wǎng)的穩(wěn)定問題不是特別突出，但存在檢修方式下的局部電網(wǎng)小系統(tǒng)問題。600 MW機組接入電網(wǎng)的模式主要考慮以下兩種：

方案1：通過2回220 kV線路接入220 kV電網(wǎng)。

方案2：通過4回220 kV線路分別接入2個220 kV樞紐變電站。

具體選擇哪種接入形式，要視電網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)而定。但在有條件的情況下，在電網(wǎng)規(guī)劃時，應盡可能考慮600 MW機組通過4回220 kV線路接入220 kV電網(wǎng)，以提高電源接入的可靠性。

600 MW機組接入220 kV系統(tǒng)的優(yōu)點是就地平衡負荷，降低了供區(qū)內(nèi)500 kV主變的下送潮流。但對接入500 kV系統(tǒng)和220 kV系統(tǒng)的電源比例要做統(tǒng)一規(guī)劃和全局考慮，特別要在電網(wǎng)規(guī)劃階段加強對這方面的研究。另外，要著重考慮區(qū)域內(nèi)500 kV主變和機組的N-1問題，對于方案1的接入方式，特別要考慮在線路檢修方式下，一旦電源送出線跳閘導致機組全部失去時，要保證500 kV主變下送潮流不超主變短時過負荷能力。

5 無功電壓配置與運行控制策略

為確保分區(qū)的電壓穩(wěn)定水平，在增加系統(tǒng)無功補償?shù)耐瑫r，還應研究在缺乏必要電源支撐的重負荷地區(qū)裝設(shè)動態(tài)無功補償裝置的必要性和最優(yōu)配置方案，且每個分區(qū)都應配置足夠容量的低壓減載裝置。

當分區(qū)內(nèi)部電壓支撐能力不足時，如再發(fā)生大機組因過激磁保護動作過早跳機，可能導致分區(qū)電網(wǎng)的崩潰。因此，需要合理設(shè)計機組過勵限制和過勵磁保護邏輯及定值，分區(qū)低壓減載定值也應與機組過勵限制和過勵磁保護定值相配合。

國家電網(wǎng)公司 《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》[7]對電網(wǎng)電壓合格率提出了更高的要求（尤其是電壓波動合格率），雖然目前尚未明確使用新規(guī)定對同業(yè)對標和業(yè)績考核電壓合格率進行統(tǒng)計考核，但應當及早研究確定對策，做好管理與技術(shù)等方面的準備。為此，還應重點考慮以下內(nèi)容：

（1）在規(guī)劃設(shè)計和技術(shù)改造中重視無功配置，保證在負荷高峰和低谷運行方式下分層和分區(qū)的無功平衡，為電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)預留一定的控制手段，尤其要重視感性無功補償設(shè)備的配置和運行，實現(xiàn)500 kV主變有載調(diào)壓。對各級電網(wǎng)的無功電壓補償和調(diào)節(jié)設(shè)備，在基建和技改時應盡量選擇高質(zhì)量產(chǎn)品，在生產(chǎn)運行中對損壞的設(shè)備應及時修復，以提高無功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的可用率。

（2）加強水電廠調(diào)相、進相運行管理。考慮到部分水電廠與主網(wǎng)的聯(lián)系相對薄弱，在水電機組運行時可以利用機組的無功調(diào)節(jié)維持電廠高壓母線電壓的相對穩(wěn)定，當水電機組退出運行時則電廠沒有任何調(diào)節(jié)能力，其電壓波動較大，特別是機組突然退出運行時可能產(chǎn)生較大的電壓波動。所以，水電機組在不發(fā)有功時可采用調(diào)相、進相等運行方式以維持電壓的平穩(wěn)。

（3）加快省地（縣）自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)建設(shè)，加強省地AVC系統(tǒng)的在線協(xié)調(diào)控制，加快電廠AVC子站和地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)建設(shè)，并加強與華東網(wǎng)調(diào)無功電壓管理的協(xié)調(diào)，爭取在浙江AVC系統(tǒng)對500 kV變電站的自動電壓控制上得到華東網(wǎng)調(diào)的支持。

（4）積極研究和應用新技術(shù)和新設(shè)備。主動開展日電壓波動預測研究，積極研究和應用SVC，SVG及可控電容/電抗器等新技術(shù)和新設(shè)備。

6 正常頻率運行策略

6.1 低頻減載配置

（1）低頻減載分配方案既要滿足大電網(wǎng)運行的要求，還應滿足分區(qū)后各分區(qū)電網(wǎng)運行的要求，應合理分配低頻減載各輪次的切負荷量。

（2）考慮到大電網(wǎng)分區(qū)解列時頻率下降速度很快，需要縮短低頻減載裝置的動作時限以抑制頻率的快速下降，并采取其他措施來加速負荷的切除。

（3）低頻減載方案中的動作頻率必須與大機組的低頻保護定值密切配合，防止大機組在低頻運行時過早跳機。

6.2 高頻切機配置

對于存在功率過剩問題的分區(qū)，為避免分區(qū)解列后的高頻問題，除安排一定的低頻減載容量外，還需要在分區(qū)內(nèi)選擇部分機組實施高頻切機功能，根據(jù)最大可能過剩功率確定高頻切機容量并分配到各輪次。此外，還要根據(jù)過剩功率與分區(qū)機組容量的比例合理選擇各輪次的間隔時間，并適當采取其他措施來加速機組的切除。

7 結(jié)語

對浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及分層分區(qū)原則進行了探討，對兩種不同的分區(qū)模式進行了比較，并指出“獨立2+2”分區(qū)模式更適于特高壓電網(wǎng)投產(chǎn)后采用；對電網(wǎng)分區(qū)轉(zhuǎn)供能力與供電可靠性、電網(wǎng)供電能力進行了研究，對各分區(qū)500 kV變電容量提出了要求；此外，還討論了大容量機組接入220 kV電網(wǎng)方案、無功電壓配置與運行控制策略、正常頻率運行策略等問題，并提出相關(guān)建議，有助于浙江電網(wǎng)的規(guī)劃與運行。

[1]李繼紅，黃良寶，徐 謙，等.一種降低短路電流水平的措施——母線分裂運行[J].電力系統(tǒng)自動化,2001,（14）:62-63,71.

[2]梁紹斌，李繼紅，毛雪雁.浙江電網(wǎng)控制系統(tǒng)短路電流的探索與實踐[J].華東電力，2006，34（8）:26-30.

[3]戴 彥，李繼紅.分層分區(qū)在浙江電網(wǎng)的應用[G].第二十八屆中國電網(wǎng)調(diào)度運行會收錄論文集.北京:中國電力出版社，2003.

[4]North American Electric Reliability Council(NERC)[S].Planning Standard，1997.

[5]滕 林，王 剛，仇玉萍，等.安徽500 kV/220 kV電網(wǎng)分層分區(qū)的初步設(shè)想[J].華東電力，2006，34（11）:56-59.

[6]王 超，陳為化，艾 琳.浙江電網(wǎng)開展特高壓建設(shè)的研究[J].浙江電力， 2009，28（1）:28-30， 56.

[7]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定[S].2009.

[8]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL755-2001中華人民共和國電力行業(yè)標準電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則[S].北京：中國電力版社，2001.