黃玲玲

(廣西電網(wǎng)有限責任公司崇左供電局，廣西 崇左 532200)

220kV/110kV桂林中南區(qū)電網(wǎng)的開環(huán)研究

黃玲玲

(廣西電網(wǎng)有限責任公司崇左供電局，廣西 崇左 532200)

電磁環(huán)網(wǎng)是威脅電網(wǎng)安全運行的一個重要方面，因此在電網(wǎng)結構堅強、條件成熟時應盡量規(guī)避或者解開電磁環(huán)網(wǎng)運行。依據(jù)桂林電網(wǎng)的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)。對兩種開環(huán)方式，分別進行了N-1靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、短路計算以及系統(tǒng)網(wǎng)損計算，最后綜合判別這兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法的可行性。

電磁環(huán)網(wǎng)；開環(huán)運行；220kV；110kV

1 引言

電磁環(huán)網(wǎng)的存在給現(xiàn)代電網(wǎng)的運行管理帶來了很大的麻煩，也給電網(wǎng)的發(fā)展帶來了很多不確定的因素。當電磁環(huán)網(wǎng)運行時，高一級電壓線路斷開后必然會造成潮流的轉(zhuǎn)移，低電壓等級線路承受更多輸電壓力，極易超過安全穩(wěn)定極限而造成事故的擴大。因此在電網(wǎng)結構堅強，條件成熟時應盡量規(guī)避或解開電磁環(huán)網(wǎng)運行。

本文依據(jù)桂林電網(wǎng)的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)。對兩種開環(huán)方式，分別進行了N-1靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、短路計算以及系統(tǒng)網(wǎng)損計算，最后綜合判別這兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法的可行性。

2 電磁環(huán)網(wǎng)研究現(xiàn)狀

很多學者和專家已經(jīng)對電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)中的技術問題做了大量的研究與實踐工作。主要是從電網(wǎng)是否具備解環(huán)條件，以及解環(huán)前后的技術指標變化情況來分析某電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的合理性。在電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)問題中，首先受到關注的是解環(huán)的時機和方式問題。其中，王加慶、吳迪、葉彬等提出了電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的主要技術原則，并結合電網(wǎng)遠景規(guī)劃，對安徽省電網(wǎng)的電磁環(huán)網(wǎng)進行了分析論證，說明了其解環(huán)的必要性。王剛、王海林、鄭衛(wèi)洪、陳玉濤針對天津電網(wǎng)目前的特點及短路電流超標日益突出的問題，闡述了天津電網(wǎng)解環(huán)的必要性，并提出了解環(huán)需分步進行及可實施的解環(huán)初步方案。張祖平、范明天、周莉梅文章提出了采取積極方式處理城市電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)問題的指導理念及相應的技術原則，提供了電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)選擇解環(huán)時機和解環(huán)點的理論依據(jù)。程海輝通過理論分析和實例計算，從影響電力網(wǎng)絡傳輸?shù)膸讉€因素入手來研究500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)，得出了無論從安全性能，還是從經(jīng)濟性等方面考慮，電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)都是必要的。成濤、成連生在文章中提出由于湖南電網(wǎng)500kV線路正在建設中，還未足夠完善，為保證供電需求和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，現(xiàn)有的500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)不能打開，目前，必須限制某些220kV網(wǎng)線上的傳輸功率，只能通過控制電網(wǎng)的負荷切換來保證其暫態(tài)穩(wěn)定。

而對SCI，EI，IEL等數(shù)據(jù)庫，以及對國外較大的PJM、CAISO等電力市場網(wǎng)站進行檢索的過程中發(fā)現(xiàn)，國外對電磁環(huán)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行研究不多見，尤其是針對解環(huán)運行的研究并不多，研究重點更多是集中于抑制電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)可能出現(xiàn)的功率環(huán)流(loop flow或parallel flow)這一課題上。國外的幾次大停電事故，由于涉及的范圍較廣，波及的人口眾多，造成了巨大的經(jīng)濟損失而引起國外的廣泛關注。很多學者和專業(yè)人士也從多個方面分析了造成事故的可能因素以及電網(wǎng)運行中存在的薄弱環(huán)節(jié)或不穩(wěn)定隱患，提出了繼電保護及自動安全裝置等方面的改進措施。但是，他們并沒有把電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)作為主要解決方式。究其原因在于：發(fā)達國家的配電網(wǎng)絡結構大都比較堅強，所使用電氣設備不僅熱穩(wěn)定性能好而且容量大，且開關遮斷容量大，其網(wǎng)架結構布局也相對較為合理。所以，因電磁環(huán)網(wǎng)故障導致的潮流轉(zhuǎn)移所造成的結果并不嚴重，且其合環(huán)的運行方式尚具有一定的經(jīng)濟性，因此，在電磁環(huán)網(wǎng)問題上他們的研究重點在于將統(tǒng)一潮流控制器 UPFC(Unified Power Flow Controller)、移相器(Phase-shifter)、相間功率控制器 IPC(Interphase Power Controller)、可控串補 TCSC(Thyristor Controlled Series Compensation)等裝置應用于環(huán)網(wǎng)中，這些電力電子設備可以通過調(diào)整電壓相角，以消除環(huán)流、限制短路電流，實現(xiàn)高、低壓網(wǎng)絡間的經(jīng)濟功率分布，實現(xiàn)提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟性的目的。

3 電磁環(huán)網(wǎng)產(chǎn)生的機理

不同電壓等級的供電線路通過變壓器電磁回路的聯(lián)結并列運行所形成的環(huán)形網(wǎng)絡被稱為電磁環(huán)網(wǎng)。它通常在兩個相鄰電壓等級的電氣設備間形成，而兩個以上電壓等級的電氣設備間形成電磁環(huán)網(wǎng)的情況一般僅在事故處理等過渡時期才暫時出現(xiàn)。典型電磁環(huán)網(wǎng)圖1所示。

圖1 典型電磁環(huán)網(wǎng)示意圖

4 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的條件及其必要性

4.1 解環(huán)運行條件

在供電網(wǎng)絡中，當高電壓等級電網(wǎng)較為成熟時，就可以考慮電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行，實現(xiàn)電網(wǎng)的分層、分區(qū)運行。要順利的解開電磁環(huán)網(wǎng)，需進行潮流、短路電流、穩(wěn)定性、N-1、網(wǎng)損等指標的多方面的分析比較，綜合判斷解環(huán)前后的電網(wǎng)狀態(tài)做出決定。

4.2 解環(huán)運行的必要性

解環(huán)運行的好處有以下幾點：

(1)易于安全穩(wěn)定控制；

(2)便于潮流控制；

通過非連續(xù)性文本這個點，帶動了現(xiàn)代文閱讀的一片文，就好比將現(xiàn)代文閱讀主觀題的應對關節(jié)打通了——找到了能動起來、施展開來的思維常法。我順勢提醒學生——既然“點動成線”的有文章可做，那么“線動成面”呢——這里的“面”可以是古詩文閱讀、連貫銜接邏輯推斷、作文審題立意完篇……各個板塊，它們共同構成了語文備考這個“面”。

(3)有利于限制短路容量；

(4)簡化繼電保護和安全自動裝置；

(5)降低網(wǎng)損，提高輸電效率。

5 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方法

從蘇州電網(wǎng)的分區(qū)、鎮(zhèn)江電網(wǎng)的分區(qū)來看，電網(wǎng)結構的分區(qū)根據(jù)各相關因素，具有多種不同的分區(qū)方式。

方案一：要分區(qū)的節(jié)點完全劃到一個區(qū)域內(nèi)。這種分區(qū)的原因很多，可能是由于某個分區(qū)電源不足，另一個分區(qū)電源比較充足。這種情況下通常是斷開聯(lián)絡節(jié)點的另一供電路徑，完全由電源充足的區(qū)域供電。如圖2所示。這種情況下，要分區(qū)的變電站有可能是雙主變，也有可能是單主變。圖中電網(wǎng)分區(qū)運行后，線路DE在斷開，作為備用。

圖2 解環(huán)方案一

方案二：要分區(qū)的節(jié)點帶有雙主變，解開母聯(lián)，由不同的供電分區(qū)進行供電,如圖3所示。這種情況下，要分區(qū)的變電站一定是雙主變運行。

圖3 解環(huán)方案二

6 實例研究

桂林電網(wǎng)的地理接線圖如圖4所示。

圖4 桂林電網(wǎng)地理接線圖

根據(jù)上面的解環(huán)方法結合青島電網(wǎng)、棗莊電網(wǎng)的解環(huán)案例，分析桂林中南區(qū)侯寨-檔村-東江-大化-侯寨線構成的220kV/110kV電磁環(huán)網(wǎng)。電源的中心在大化側(cè)，負荷的中心在檔村側(cè)。因而解環(huán)的方案有2種，方案一是在負荷的中心處解環(huán)(解開大化-東江110kV線)，可參考青島電網(wǎng)與外界電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)；方案二是在電源中心處解環(huán)(解開東江-檔村110kV線)，可參考棗莊電網(wǎng)與外界電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)。下面分別對這兩種開環(huán)方式進行電壓水平分析、N-1靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、短路計算以及系統(tǒng)網(wǎng)損計算，最后綜合判別這兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法的可行性。

(1)系統(tǒng)電壓水平

正常運行方式下如圖5所示。

圖5 正常運行方式下系統(tǒng)電壓圖

解開大化-東江110kV線方式下如圖6所示。

圖6 方案一運行方式下系統(tǒng)電壓圖

解開東江-檔村110kV線方式下如圖7所示。

由上可知，方案1、2的解環(huán)使得系統(tǒng)的電壓pu均維持在0.9～1.1之間，合格率為100%。

(2)N-1靜態(tài)安全分析

在電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行方式和各開環(huán)方案下，經(jīng)校驗，按照方案一、方案二的分區(qū)解環(huán)方案對桂林中南區(qū)電網(wǎng)進行解環(huán)后，桂林電網(wǎng)的樞紐站能夠滿足N-1校驗，即在樞紐站的母線或變壓器分別檢修的情況下，斷開電網(wǎng)中的一個線路或變壓器，高壓輸電線路和主變壓器均能正常運行，而不會滿載或過載現(xiàn)象。

圖7 方案二運行方式下系統(tǒng)電壓圖

(3)暫態(tài)穩(wěn)定性分析

校驗采用的故障類型是三相接地短路，220kV侯寨-檔村線發(fā)生故障的時刻為第0個周波，在第10個周波時故障切除。分別討論并比較正常運行方式下、方案一下、方案二下暫態(tài)穩(wěn)定性水平。

正常運行方式下如圖8、圖9所示。

圖8 正常方式下系統(tǒng)發(fā)電機功角

圖9 正常方式下系統(tǒng)監(jiān)視曲線

方案一下，如圖10、圖11所示。

圖10 方案一下系統(tǒng)發(fā)電機功角

圖11 方案一下系統(tǒng)監(jiān)視曲線

方案二下，如圖12，圖13所示。

圖12 方案二下發(fā)電機功角

由上可知，正常運行方式下最大發(fā)電機功角差(永福電廠-桂林)為19.0771，最低母線-雉山電壓(pu)為0.94406，最低母線(日新)頻率為49.915424；方案一下，最大發(fā)電機功角差(永福電廠-桂林)為18.7247，最低母線-雉山電壓(pu)為0.937994，最低母線(日新)頻率為49.915321；方案二下，最大發(fā)電機功角差(永福電廠-桂林)為18.8232，最低母線-雉山電壓(pu)為0.941550，最低母線(日新)頻率為49.912006；比較開環(huán)前后系統(tǒng)在功率輸出端發(fā)生短路故障時系統(tǒng)的穩(wěn)定性結果是開環(huán)前后系統(tǒng)都可以保持穩(wěn)定。

圖13 方案二下系統(tǒng)監(jiān)視曲線

(4)短路計算分析

由BPA仿真計算可知，此地區(qū)系統(tǒng)短路電流遠小于斷路器的額定開斷電流。并且正常運行方式、方案一、方案二的短路電流均變化不大，如表1所示。

表1 系統(tǒng)短路電流結果表/pu

(5)系統(tǒng)網(wǎng)損計算分析

在正常運行方式下，開環(huán)前系統(tǒng)的有功網(wǎng)損為9.19MW，系統(tǒng)的無功損耗為236.21MVAR；在方案一下，開環(huán)后系統(tǒng)的有功網(wǎng)損為11.61MW，系統(tǒng)的無功損耗為233.60MVAR；在方案二下，開環(huán)后系統(tǒng)的有功網(wǎng)損為10.08MW，系統(tǒng)的無功損耗為235.74MVAR。

綜上考慮，高壓線路斷開的功率轉(zhuǎn)移對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性幾乎沒有影響，可以不開環(huán)，但考慮到管理方便，開環(huán)操作也是可取的。而且選擇方案二解開東江-檔村110kV線，可使得系統(tǒng)網(wǎng)損更小。

7 結論

電磁環(huán)網(wǎng)的存在給現(xiàn)代電網(wǎng)的運行管理帶來了很大的麻煩，也給電網(wǎng)的發(fā)展帶來了很多不確定的因素，因此在電網(wǎng)結構堅強，條件成熟時應盡量規(guī)避或解開電磁環(huán)網(wǎng)運行。本文依據(jù)桂林電網(wǎng)的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環(huán)網(wǎng)的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)。通過對兩種開環(huán)方式的討論，最后綜合判別選擇解開東江-檔村110kV線，可使得系統(tǒng)安全、穩(wěn)定而且經(jīng)濟。本文的研究對電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)具有一定的參考意義。

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Research on 220kV/110kV Open Loop Power Grid on Guilin South Central

HUANGLing-ling

(Chongzuo Bureau of Guangxi Power Grid Co.Ltd.,Chongzuo 532200,China)

It should try to avoid or solve electromagnetic loop network operation when the grid structure is strong and the conditions are ripe because electromagnetic loop network is a threat to the safety of power grid.According to the practical operation in Guilin power grid,this paper discusses the two kinds of the open methods of electromagnetic loop network in the load center and the power center,and applies to the 220 kV / 110 kV electromagnetic loop network in GuiLin.For two types of open loop mode,respectively for N - 1 static security analysis,transient stability analysis,short-circuit calculation and system network loss calculation,finally comprehensive judging the two open of electromagnetic loop network methods are feasible.

electromagnetic loop network;open loop operation;220kV;110kV

1004-289X(2015)03-0067-05

TM72

B

2015-01-30

黃玲玲(1987-)，女，廣西陸川人，助理工程師，主要從事變電站運行。