陳會(huì)員，肖 園，王 麗，羅路平

（國網(wǎng)江西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江西南昌 330043）

0 引言

電網(wǎng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)建設(shè)中一項(xiàng)重要且復(fù)雜的前期工作，規(guī)劃質(zhì)量直接影響電網(wǎng)投資效益及電網(wǎng)運(yùn)行安全。電網(wǎng)規(guī)劃的主要任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)期內(nèi)的負(fù)荷需求及電源建設(shè)方案，確定相應(yīng)的電網(wǎng)建設(shè)方案，以滿足可靠、經(jīng)濟(jì)地輸送電力的要求。根據(jù)國家特高壓電網(wǎng)規(guī)劃，江西“十三五”時(shí)期要加快推進(jìn)特高壓電網(wǎng)建設(shè)，未來江西電網(wǎng)將以特高壓電網(wǎng)和500kV電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架。研究目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)方案，合理布局電源，完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及分層分區(qū)供電模式，對(duì)適應(yīng)未來電網(wǎng)發(fā)展的需要具有重要意義。

1 江西電網(wǎng)現(xiàn)狀

目前，江西電網(wǎng)位于華中電網(wǎng)末端，由南昌等十二個(gè)地區(qū)電網(wǎng)組成，目前通過3回500 kV線路與華中主網(wǎng)相聯(lián)。截至2014年底，江西省全口徑電源裝機(jī)容量達(dá)到2 078.24萬kW，統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量為1 567.29萬kW，其中水電168.97萬kW，火電1 362萬kW，風(fēng)電34.32萬kW，太陽能2萬kW。

“十二五”以來，江西經(jīng)濟(jì)增長較快，用電需求總體保持平穩(wěn)較快增長，2014年江西電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)電量達(dá)到838億kWh，同比上年807.1億千瓦時(shí)增長3.84%，“十二五”前四年年均增長8.04%；2014年江西電網(wǎng)全社會(huì)最大用電負(fù)荷為1 710萬kW，同比上年1 650萬kW增長3.64%，“十二五”前四年年均增長7.72%。

江西電網(wǎng)目前共有500 kV變電站16座，主變25臺(tái)，總變電容量為1 900萬kVA；有220 kV公用變電站132座（含開關(guān)站6座，不含電鐵牽引站），主變214臺(tái)，總?cè)萘繛?258萬kVA，用戶變6個(gè)，主變11臺(tái)，容量103萬kVA。全網(wǎng)500 kV線路43條，總長度為3 622.67 km（含網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線路），全網(wǎng)220 kV線路415條，總長度為10 592.47 km。

目前江西電網(wǎng)已經(jīng)形成中部500 kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且由中部500 kV環(huán)網(wǎng)為核心，向西形成500 kV環(huán)網(wǎng)、向東延伸至上饒，向南延伸至贛南，向北延伸至九江，呈輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，基本能夠滿足負(fù)荷中心及末端地區(qū)電網(wǎng)的受電需求，但由于500 kV布點(diǎn)不足、輸電通道單一，且末端均為同桿雙回線路，供電可靠性不足，電網(wǎng)抵御事故能力還有待提高。

當(dāng)前江西電網(wǎng)發(fā)展存在的主要問題主要體現(xiàn)在電源裝機(jī)不足、電源結(jié)構(gòu)和布局不盡合理；局部500 kV布點(diǎn)不足、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有待加強(qiáng)；電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行帶來短路電流超標(biāo)、潮流控制困難等問題逐步凸顯。

2 負(fù)荷預(yù)測及電源規(guī)劃

2.1 負(fù)荷預(yù)測

目前江西人均用電水平較低，為全國平均的53%左右。隨著國家中西部振興戰(zhàn)略的深入實(shí)施，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)移，江西鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)、振興蘇區(qū)規(guī)劃實(shí)施上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略，江西要在2020年同步實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)，江西省中長期用電水平呈加速追趕趨勢(shì)，逐步縮小用電水平與全國水平的差距?！督魇　笆濉彪娋W(wǎng)規(guī)劃》中采用彈性系數(shù)法、時(shí)間序列法、回歸分析法、分產(chǎn)業(yè)預(yù)測法等多種方法對(duì)我省用電需求進(jìn)行預(yù)測分析比較，預(yù)計(jì)到2030年江西全社會(huì)最大負(fù)荷將達(dá)到5 700萬kW，統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷將達(dá)到5 500萬kW，電力需求情況如表1所示。

表1 江西用電需求預(yù)測情況

2.2 電源規(guī)劃

由于江西省能源需求量大且對(duì)外依存度高，能源供應(yīng)壓力、能源供應(yīng)安全、環(huán)境承載能力等問題與矛盾并存，因此，江西能源發(fā)展總體思路：一是保安全，要積極引進(jìn)省外能源，輸煤通道與輸電通道同步建設(shè)，構(gòu)建多元化、多渠道的能源綜合運(yùn)輸體系，保障能源供應(yīng)安全；二是促清潔，要積極推進(jìn)風(fēng)電、太陽能等清潔能源，積極爭取發(fā)展核電，優(yōu)化省內(nèi)電源結(jié)構(gòu)，降低排放，保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展；三是提效率，要堅(jiān)持節(jié)約與開發(fā)并重、改善能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提高電力占終端能源消費(fèi)比重、提高能源利用效率。

目前江西全網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模略顯不足，整體呈缺電狀態(tài)，為滿足江西電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要，緩解電力供需緊缺局面，到2020年，江西電網(wǎng)將建設(shè)南昌、贛州、吉安3座1 000 kV交流特高壓變電站，陜北—南昌和金上—吉安兩條800 kV直流輸電工程，形成“三交兩直”的特高壓規(guī)模，屆時(shí)江西電網(wǎng)通過特高壓交直流以及500 kV省間聯(lián)絡(luò)線的外受電規(guī)模將達(dá)到1 844萬kW，到2030年金上—吉安800 kV直流輸電工程將雙極滿功率運(yùn)行，江西電網(wǎng)的外受電規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到2444萬kW；“十三五”期間江西省內(nèi)還將建設(shè)撫州電廠、國華湖口電廠等大型火電電源項(xiàng)目、洪屏抽蓄水電項(xiàng)目以及風(fēng)電等新能源項(xiàng)目，到2020年江西全網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模約達(dá)到2 400萬kW，2030年江西全網(wǎng)的總裝機(jī)規(guī)模約達(dá)到4 200 kW。

3 電力平衡

為了分析電力供應(yīng)與負(fù)荷需求之間的關(guān)系，合理安排水火電廠的運(yùn)行方式以及規(guī)劃年內(nèi)機(jī)組新增及退役容量，確定系統(tǒng)所需備用容量，本文依據(jù)上述電源規(guī)劃以及負(fù)荷預(yù)測情況，對(duì)江西全網(wǎng)以及分大區(qū)電網(wǎng)2015年、2020年及2030年分別進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 江西電力平衡情況

計(jì)算結(jié)果表明，2015年江西電網(wǎng)電力缺口較大，達(dá)到274萬kW；2020年隨著省內(nèi)撫州電廠等大型電源以及特高壓交直流工程陸續(xù)投運(yùn)，滿足了江西電力需求增長，約有170萬kW左右的電力盈余；2020-2030年江西負(fù)荷基數(shù)逐步增大，負(fù)荷增速逐漸放緩，到2030年，在考慮2 444萬kW外受電力情況下，江西電力供需基本平衡。

4 2030年500 kV目標(biāo)網(wǎng)架

4.1 2020年目標(biāo)網(wǎng)架

根據(jù)國家電網(wǎng)公司審定的《江西“十三五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》（2015年1月），到2020年，江西將擁有特高壓交流變電站3座（南昌、吉安、贛州），直流換流站2座（南昌、吉安），通過特高壓交流電網(wǎng)與華中、華東電網(wǎng)相聯(lián)，形成“一縱三橫”；500 kV變電站達(dá)到32座，500 kV電網(wǎng)形成“兩縱四橫”。兩縱分別是：九江西—馬廻嶺—永修—夢(mèng)山—生米—高安—羅坊—吉安特高壓—文山—贛州—信豐—雷公山；洪源—樂平—鷹潭—撫州—南廣—紅都。四橫分別是：馬廻嶺—石鐘山—洪源—潭埠—上饒東；安源—錦江—夢(mèng)山—永修—南昌—南昌東—鄱余—樂平；安源—新余—羅坊—新干—撫州—鷹潭—信州；贛州西—贛州—贛州特高壓—紅都。

4.2 2030年規(guī)劃原則及思路

到2030年，隨著負(fù)荷基數(shù)不斷增大，電力負(fù)荷增速下降，500 kV變電站建設(shè)將以擴(kuò)建和新建相結(jié)合的原則，逐步加大變電站主變擴(kuò)建的力度，解決單臺(tái)主變供電可靠性問題，適當(dāng)提高主變負(fù)載率和運(yùn)行效率；變電站新建主要是結(jié)合地區(qū)負(fù)荷發(fā)展需要，在不能滿足供電要求的區(qū)域適當(dāng)建設(shè)新的站點(diǎn)。電網(wǎng)構(gòu)建具體思路如下：

1）以保障江西電力供需平衡及電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行為目標(biāo)，統(tǒng)籌規(guī)劃省內(nèi)電源布局，優(yōu)化江西特高壓電網(wǎng)布局。

2）根據(jù)區(qū)域電力平衡情況，分析電力消納方向，合理構(gòu)建特高壓變電站（換流站）以及電源送出通道。

3）完善電網(wǎng)分層分區(qū)供電模式，逐步更換部分老舊設(shè)備，降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，合理控制系統(tǒng)短路電流水平。

4）優(yōu)化電源接入方案，適應(yīng)未來電網(wǎng)運(yùn)行需要。

4.3 2030年網(wǎng)架建設(shè)方案

“十三五”期間，江西電網(wǎng)將建成“三交兩直”的特高壓網(wǎng)架，通過交流特高壓與湖北電網(wǎng)、湖南電網(wǎng)以及華東電網(wǎng)互聯(lián)，通過直流特高壓與西北電網(wǎng)、西南電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，江西電網(wǎng)受電通道不斷加強(qiáng)，受電能力大幅提高，能源優(yōu)化配置能力也得到顯著提升。到2030年，吉安交流特高壓考慮擴(kuò)建1臺(tái)3 000 MVA主變，金上—吉安直流雙極滿功率運(yùn)行，特高壓網(wǎng)架與2020年基本保持一致。

“十三五”時(shí)期江西電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)向1 000 kV升級(jí)，500 kW及以上骨干網(wǎng)架特別是末端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到較大改善，但短路電流超標(biāo)問題逐漸凸顯，遠(yuǎn)期隨著外來電力和省內(nèi)電源的增加，江西電網(wǎng)依托交直流特高壓，構(gòu)建500 kV南昌電網(wǎng)、西部電網(wǎng)、東部電網(wǎng)、南部電網(wǎng)四個(gè)受端分區(qū)電網(wǎng)，以控制500 kV系統(tǒng)短路電流水平。分區(qū)區(qū)域間遠(yuǎn)距離的電力流主要依托特高壓交直流站進(jìn)行傳輸和分配，區(qū)域間500 kV聯(lián)絡(luò)線交換功率減小，中部雙環(huán)網(wǎng)位于全省輸電中心樞紐的功能逐步弱化；江西500 kV電網(wǎng)逐步向分區(qū)“蜂巢”形狀電網(wǎng)發(fā)展將形成一種趨勢(shì)。

江西電網(wǎng)2030年500 kV目標(biāo)網(wǎng)架如圖1所示。

圖1 江西電網(wǎng)2030年目標(biāo)網(wǎng)架地理接線

4.3.1 南昌電網(wǎng)

南昌電網(wǎng)主要包括南昌供電區(qū)，到2030年南昌電網(wǎng)將形成500 kV雙環(huán)網(wǎng)，內(nèi)部依托新昌一期二期、豐城二期三期、洪屏抽蓄一期二期等大型電源供電，外部依靠南昌特高壓交流、陜北-南昌特高壓直流、鄂贛500 kV聯(lián)絡(luò)線以及江西北部電網(wǎng)進(jìn)行電力交換。

4.3.2 西部電網(wǎng)

西部電網(wǎng)主要由贛西、宜春、萍鄉(xiāng)供電區(qū)組成，西部電網(wǎng)將形成500 kV“日”字型雙環(huán)網(wǎng)，西部電網(wǎng)內(nèi)部依靠安源電廠、上高電廠、新余一期二期、分宜一期二期等大型電源供應(yīng)電力，另外通過500 kV聯(lián)絡(luò)線從中部南昌特高壓和南部吉安特高壓受入電力。

4.3.3 東部電網(wǎng)

東部電網(wǎng)由景德鎮(zhèn)、贛東北、鷹潭和上饒供電區(qū)組成，東部電網(wǎng)形成500 kV雙環(huán)網(wǎng)，區(qū)內(nèi)有黃金埠一期二期、貴溪三期、景德鎮(zhèn)新廠等大型電源，區(qū)外通過彭澤（石鐘山）—洪源、南昌東—鄱余、撫州—鷹潭三個(gè)通道，分別從北部九江電網(wǎng)、南昌特高壓換流站受入電力。

4.3.4 南部電網(wǎng)

Wagner在1965年從財(cái)政支出的視角最早提出公共服務(wù)概念，認(rèn)為國家財(cái)政是提供公共產(chǎn)品和公共服務(wù)需要支付的貨幣。公共服務(wù)具有非排他性和非競爭性，單純依靠市場機(jī)制供給公共服務(wù)必然導(dǎo)致效率缺乏，政府必須成為公共服務(wù)的供給主體[3]3。政府的政治程序和組織結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了公共服務(wù)的供給質(zhì)量和供給效率[4]15?；竟卜?wù)滿足的是普通社會(huì)群體共同的基本消費(fèi)需求，需要政府通過各種手段來實(shí)現(xiàn)基本公共服務(wù)供給的效率與公平。

南部電網(wǎng)包括吉安供電區(qū)和贛州供電區(qū)，南部電網(wǎng)形成“8”字型500 kV雙環(huán)網(wǎng)，主要通過吉安、贛州兩座特高壓站和金上-吉安直流特高壓受電，區(qū)內(nèi)依靠井岡山二期、瑞金一期二期、吉水電廠、興國電廠等大型電源提供電力支撐，另外，通過500 kV聯(lián)絡(luò)線與南昌電網(wǎng)、東部電網(wǎng)進(jìn)行電力交換。

目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)方案，重點(diǎn)依托“三交兩直”特高壓進(jìn)行區(qū)域供電，弱化了區(qū)域間500千伏聯(lián)絡(luò)線大容量輸送電力的功能；構(gòu)建了南昌電網(wǎng)、東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和南部電網(wǎng)四個(gè)大的分區(qū)受端電網(wǎng)，分區(qū)內(nèi)均以500 kV雙環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，江西電網(wǎng)受電分區(qū)更加明確，大大提升了電網(wǎng)的供電能力和運(yùn)行可靠性，電網(wǎng)運(yùn)行效率也得到顯著提高。

5 電氣計(jì)算

5.1 潮流計(jì)算

為分析目標(biāo)網(wǎng)架的適應(yīng)能力和穩(wěn)定水平，對(duì)2030年江西電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架夏季高峰負(fù)荷方式進(jìn)行潮流計(jì)算。2030年，江西電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)，江西電網(wǎng)總受電規(guī)模為2444萬kW，通過陜北直流受入電力1 000萬kw（通過1000kV、500kV分層接入），通過金上-吉安直流受入1 000萬kW（1 000 kV雙極接入）；另通過南昌等三座交流特高壓變電站以及鄂贛500 kV聯(lián)絡(luò)線受入電力444萬kW。經(jīng)過計(jì)算，南昌特高壓變電站下網(wǎng)功率為780萬kW左右，贛州特高壓變電站下網(wǎng)功率為390萬kW左右，吉安特高壓變電站下網(wǎng)功率為440萬kW左右，均能滿足主變正常以及N-1故障方式下安全運(yùn)行需要。江西500 kV電網(wǎng)潮流、母線電壓均在正常水平內(nèi)，且潮流分布均衡合理；中東部電網(wǎng)整體潮流為西電東送，南電北送；西南部電網(wǎng)整體為南電北送、東電西送，無重載斷面；在直流單極閉鎖、500 kV線路N-1、同桿線路N-2方式下，系統(tǒng)保持穩(wěn)定，均未出現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備重載或過載現(xiàn)象，在保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，能夠滿足江西電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展和大量受入外來電力的需要。

5.2 短路電流計(jì)算

隨著“三交兩直”特高壓的建成投運(yùn)，特高壓規(guī)模的擴(kuò)大、省內(nèi)大批電源的接入以及500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷完善，江西電網(wǎng)500 kV短路電流水平攀升較快，控制短路電流水平成為電網(wǎng)發(fā)展需要解決的重要問題。2030年，由于500 kV目標(biāo)網(wǎng)架還不具備與華中主網(wǎng)以及江西內(nèi)部電磁接環(huán)的條件，為限制500 kV短路電流，同時(shí)避免大幅度消弱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，考慮更換部分電站的老舊開關(guān)設(shè)備，同時(shí)開斷局部聯(lián)絡(luò)線，減少區(qū)間“無效”聯(lián)絡(luò)，具體短路電流限制措施如下：

1）更換南昌、夢(mèng)山、羅坊等老舊開關(guān)設(shè)備（由50 kA更換為63 kA）；

2）南昌、吉安交流特高壓分列運(yùn)行；

3）斷開500 kV南昌東-南昌雙回線路、磁湖-永修單回線路以及錦江-夢(mèng)山單回線路；

4）將500 kV錦江-高安Ⅰ、Ⅱ回線路與羅坊-高安Ⅰ、Ⅱ回線路于高安變站內(nèi)出串。

短路電流計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 2030年500 kV三相短路電流計(jì)算結(jié)果

由表3短路電流計(jì)算結(jié)果可以看出，采取上述短路電流控制措施后，江西電網(wǎng)500 kV三相短路電流不超過60 kA，均能控制在開關(guān)額定遮斷容量63 kA以內(nèi)，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

6 結(jié)語

江西省自身能源資源比較貧乏的特點(diǎn)決定了江西應(yīng)積極吸納外區(qū)電能，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。以促進(jìn)江西能源安全健康發(fā)展為目標(biāo)，國家特高壓電網(wǎng)發(fā)展為契機(jī)，加快與全國特高壓電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)步伐，同時(shí)，加強(qiáng)江西受端網(wǎng)架建設(shè)，構(gòu)建好接受外區(qū)電能的網(wǎng)架基礎(chǔ)，特高壓電網(wǎng)應(yīng)與500 kV電網(wǎng)有效銜接，根據(jù)江西負(fù)荷、電源分布特點(diǎn)，特高壓電力應(yīng)分散注入江西中部、西部、南部等負(fù)荷中心地區(qū)。

根據(jù)江西電力中長期發(fā)展規(guī)劃，以規(guī)劃的2020年目標(biāo)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，提出了2030年500 kV目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)建方案，以特高壓站點(diǎn)為電源支撐，將江西電網(wǎng)劃分為南昌電網(wǎng)、東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和南部電網(wǎng)四個(gè)大的分區(qū)受端電網(wǎng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加完善，層次更加分明，電網(wǎng)供電可靠性、供電能力以及運(yùn)行效率得到顯著提高，能夠滿足江西電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和負(fù)荷發(fā)展需要，2030年目標(biāo)網(wǎng)架與2020年近期目標(biāo)能夠很好銜接。

針對(duì)2030年目標(biāo)網(wǎng)架合環(huán)情況下短路電流超標(biāo)問題，提出了具體的短路電流控制措施，最終江西電網(wǎng)500 kV三相短路電流均能夠控制在開關(guān)額定遮斷容量以內(nèi)，控制效果較好，同時(shí)能夠避免大幅度削弱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并減少區(qū)域間的“無效”連接。

[1]電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2]江西省電力中長期發(fā)展規(guī)劃[R].2014.

[3]江西電網(wǎng)“十三五”電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展報(bào)告[R].2014.

[4]張焰，陳章潮，談偉.不確定性的電網(wǎng)規(guī)劃方法研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(3)：15-18.

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