李燕杰

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局，廣西桂林541002）

桂林電網(wǎng)主變N-1運行分析

李燕杰

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局，廣西桂林541002）

主變N-1運行是涉及電網(wǎng)穩(wěn)定、確保用戶是否得到連續(xù)供電的安全準則之一，本文分析了桂林電網(wǎng)主變正常運行和N-1等不同運行方式對運行安全、電網(wǎng)接線和負荷分配的影響，為生產(chǎn)運行和電網(wǎng)建設(shè)提供了參考依據(jù)。

主變N-1；N-1-1；負載率

1 概述

伴隨著經(jīng)濟和負荷的增長，桂林電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也在不斷增強，但尚未形成能夠抵御各種風(fēng)險的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。當桂林電網(wǎng)任一元件因故障退出運行時，或此時再發(fā)生又一元件的故障停運，對桂林這座國際聞名的旅游城市而言無疑是巨大的威脅。因此，需要各個電壓等級接線的相互配合，才能確保網(wǎng)區(qū)內(nèi)主變在正常運行、N-1乃至N-1-1運行條件下滿足用戶的有效供電。

N-1原則是判定電力系統(tǒng)安全性的一種準則。又稱為單一故障安全準則。按照這一準則，可知：N-1運行方式，指電力系統(tǒng)的N個元件中的任一獨立元件發(fā)生故障而被切除后，應(yīng)不造成因其他設(shè)備過負荷跳閘而導(dǎo)致用戶停電；不破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)電壓崩潰等事故。

N-1-1運行方式，指電力系統(tǒng)的N個元件中的任一個獨立元件發(fā)生故障而被切除后，再次發(fā)生系統(tǒng)中又一個元件因故障而被切除的事件，此時應(yīng)不造成因其他設(shè)備過負荷跳閘而導(dǎo)致用戶停電；不破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)電壓崩潰等事故。

由此可見，N-1準則包含兩層含義：一是保證電網(wǎng)穩(wěn)定；二是保證用戶得到符合質(zhì)量要求的連續(xù)供電。

2 桂林電網(wǎng)主變正常運行方式安排

2.1 220kV網(wǎng)絡(luò)及主變正常運行方式

220kV系統(tǒng)全接線方式運行。正常方式下，220kV變電站雙母線接線的220kV母聯(lián)開關(guān)在運行狀態(tài)，220kV主變在滿足主變N-1運行要求下并列運行，110kV母線運行方式以流過母聯(lián)開關(guān)電流最小且下級變電站電源取自不同母線段的原則安排，變電站低壓側(cè)采用分列運行方式。

如果220kV變電站主變?nèi)萘坎蛔悖瑸榱吮苊猱斠慌_主變故障跳閘造成另一臺主變過載倍數(shù)1.3倍以上，采用中壓側(cè)母線分列運行方式。220kV侯寨站、220kV擋村站均有三臺主變運行，在負荷輕的情況下，三臺主變高中壓側(cè)并列運行；在負荷重的情況下或當任一臺主變退出運行時，為避免剩余主變N-1故障造成過載，需根據(jù)實際負荷情況決定剩余兩臺主變的并、分列運行方式。220kV大豐站、220kV木棉站、220kV湘山站、220kV南塘站、220kV蘇橋站、220kV田嶺站均為兩臺主變運行，采用高中壓側(cè)母聯(lián)并列運行，低壓側(cè)母聯(lián)分列運行方式。220kV和平站、220kV凱歌站、220kV飛虎站、220kV瑤鄉(xiāng)站、220kV茶江站，均為一臺主變運行，采用高壓側(cè)母聯(lián)并列運行，中壓側(cè)母聯(lián)分列運行，低壓側(cè)并、分列方式視實際情況而定。桂林電網(wǎng)220kV系統(tǒng)接線圖見圖1。

2.2 10kV網(wǎng)絡(luò)及主變正常運行方式

110kV系統(tǒng)實行開環(huán)方式運行。正常方式下，城網(wǎng)110kV系統(tǒng)“手拉手”網(wǎng)絡(luò)開環(huán)運行，開環(huán)點選擇原則在于備自投裝置的功能利用，且能充分合理利用各220kV變電站的主變?nèi)萘?。城區(qū)110kV變電站主變主要為兩卷變。母線高壓側(cè)接線方式主要采用110kV單母線接線的方式，低壓側(cè)采用單母分段、10kV備自投投入的接線方式。若一臺主變低壓側(cè)故障跳閘，通過備自投可以將故障主變的負荷轉(zhuǎn)移至另一臺主變，應(yīng)能確保運行主變不過負荷。若主變?nèi)萘坎蛔?，視當時主變允許的過負荷情況，轉(zhuǎn)移負荷或錯峰用電，以確保運行主變的安全。

110kV農(nóng)網(wǎng)站主變均為三卷變（升壓站除外）。由于農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，在一次設(shè)備檢修時，為防范全站停電事故，通常會通過35kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供部分負荷或水電送出出力至相鄰變電站，此時需根據(jù)實際負荷情況決定轉(zhuǎn)供負荷的數(shù)量，以確保線路及被轉(zhuǎn)供的主變不過負荷。

圖1 桂林電網(wǎng)220kV潮流圖

2.3 220kV、110kV變壓器中性點接地方式

根據(jù)廣西電網(wǎng)公司《關(guān)于調(diào)整220kV及以上主變壓器中性點接地方式的通知》，及南方電網(wǎng)公司《關(guān)于印發(fā)〈防范地區(qū)電網(wǎng)較大面積停電風(fēng)險繼電保護專項核查工作要求〉的通知》的要求，桂林網(wǎng)區(qū)220kV、110kV主變壓器接地方式，具體安排原則如下：

2.3.1220kV主變壓器110kV側(cè)中性點絕緣等級為35kV時，220kV、110kV側(cè)中性點應(yīng)直接接地運行。

2.3.2220kV主變壓器的220kV、110kV側(cè)中性點接地方式應(yīng)相同。

2.3.3有一臺主變壓器運行的220kV變電站安排變壓器中性點直接接地。

2.3.4有兩臺及以上主變壓器運行的220kV變電站安排兩臺主變壓器中性點直接接地，并分別接于不同母線，其他主變壓器各側(cè)中性點不直接接地。如果主變壓器容量不同，宜安排容量較大的兩臺主變壓器中性點直接接地運行。

2.3.5自耦變壓器中性點直接接地運行。

3 桂林電網(wǎng)主變正常方式下N-1運行分析

3.1 主變“N-1”處理原則

3.1.1將部分負荷快速轉(zhuǎn)移至另一個220kV變電站（或通過備投），直至將運行中的另一臺主變電流控制其過載倍數(shù)在1.3倍以下。同時，注意控制其他220kV變電站的主變負荷電流；

3.1.2當主變跳閘時，立即檢查本站另一臺主變的負荷電流。若過載1.4倍以上,立即按照轉(zhuǎn)移負荷順序快速實施拉閘，直至主變電流被控制在1.3倍以下。

3.1.3主變故障后，立即檢查相應(yīng)變電站的備自投裝置動作情況，檢查轉(zhuǎn)移負荷后相關(guān)變電站的負荷情況，采取相應(yīng)措施。

3.1.4加強變電設(shè)備的監(jiān)視巡視工作，掌握關(guān)鍵設(shè)備（含備自投裝置）的運行參數(shù)變化，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。

3.2 220kV主變N-1運行分析

正常大、小方式下，桂林電網(wǎng)220kV系統(tǒng)合環(huán)運行，電網(wǎng)任一臺220kV主變跳閘，系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定。

3.2.1220kV變電站主變負載率情況

在枯水方式下，2015年桂林電網(wǎng)220kV變電站主變負載率情況如表1所示。

表1 枯水期桂林電網(wǎng)220kV變電站主變負載率（取2015年數(shù)據(jù)）

從表1可知，桂林網(wǎng)區(qū)負載率高的變電站有田嶺站、擋村站、侯寨站、南塘站。

3.2.2220kV單主變運行N-1分析（以下內(nèi)容按照2015年數(shù)據(jù)分析）

對于220kV單主變供電的變電站，若主變跳閘將造成該站中低壓側(cè)損失負荷。220kV和平站、220kV瑤鄉(xiāng)站、220kV茶江站、220kV飛虎站、220kV凱歌站均為單主變運行，均無法滿足N-1運行要求，如果出現(xiàn)主變跳閘故障，存在相關(guān)變電站失壓的風(fēng)險。

220kV和平站，由于存在220kV與110kV電磁環(huán)網(wǎng)，若主變跳閘將造成低壓側(cè)及低壓側(cè)的1個出線對側(cè)的小水電站停電。主變N-1故障后可能損失最大負荷5MW，35kV側(cè)損失的5MW負荷可通過35kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)由縣網(wǎng)恢復(fù)供電。

220kV瑤鄉(xiāng)站，主變跳閘后損失負荷30MW,部分變電站可通過備投至相鄰的茶江站不致?lián)p失負荷。損失的30MW負荷，可通過調(diào)整運行方式轉(zhuǎn)由相鄰的220kV變電站供電。

220kV茶江站，主變跳閘后損失負荷60.9MW，部分變電站可通過備投至相鄰的田嶺站、瑤鄉(xiāng)站。從表1可知，枯水期田嶺站的負載率居高不下，從茶江站轉(zhuǎn)移的負荷無疑增加了田嶺站主變的負擔，嚴重時可能會影響到田嶺站主變的安全運行。

220kV飛虎站，主變跳閘后損失負荷10MW，部分110kV變電站可通過備投轉(zhuǎn)移供電。損失的10MW負荷可通過調(diào)整運行方式，通過110kV聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)供電。

220kV凱歌站由于110kV各出線均有備自投，主變跳閘后無負荷損失。

3.2.3220kV二臺主變運行的N-1分析

任意一臺主變故障停運，主要考慮剩余主變?nèi)萘渴欠駶M足當前負荷運行需要，是否滿足當前電網(wǎng)運行的安全性和供電可靠性。

①兩臺運行主變?nèi)萘坎坏?/p>

以南塘站220kV1號主變?nèi)萘?20MW，2號主變?nèi)萘?50MW為例，當南塘站220kV1號主變停電時：根據(jù)表1，枯水期南塘站此時全站負荷為162.6MW，剩余的2號主變?nèi)萘?50MW，負載率為108%，2號主變過負荷1.08倍。由于南塘站負荷特性的多樣化，既有風(fēng)電、水電負荷，也有工業(yè)負荷、居民負荷，特別是風(fēng)電負荷的突變性和難以控制性，為防止剩余的2號主變造成短時的倒送負荷過多，特別是短時性的過負荷超過1.3倍，需要調(diào)整南塘站110kV接線方式，才能確保剩余的2號主變的安全運行。

當南塘站220kV2號主變停電：根據(jù)表1，此時南塘站剩余的1號主變負載率為135.5%，過負荷倍數(shù)1.355倍，必須盡快降低1號主變的負載率?？梢酝ㄟ^減風(fēng)電、水電出力，或者轉(zhuǎn)移110kV負荷至相鄰的220kV變電站，以此降低南塘站的負荷。

②兩臺運行主變?nèi)萘肯嗟?/p>

以田嶺站1號、2號主變?nèi)萘烤鶠?20MW為例，田嶺站220kV1號（或2號）主變停電：根據(jù)表1，枯水期，一臺主變停電時，此時全站負荷234.1MW，負載率為195%。因此，在枯水期，田嶺站的運行方式應(yīng)調(diào)整為兩臺主變分列運行，當田嶺站1號（或2號）主變停電時不致使另一臺主變嚴重過載。同時，通過調(diào)整110kV接線方式，降低田嶺站負荷。若主變?nèi)萘坎蛔銜r，將110kV部分負荷轉(zhuǎn)由相鄰220kV變電站供電。

3.2.4220kV三臺主變運行的N-1分析

任意一臺主變故障停運，需考慮剩余兩臺主變?nèi)萘渴欠窕灸軡M足主變N-1-1的運行要求。

①三臺運行主變?nèi)萘坎坏?/p>

無論是哪臺主變停運，若剩余的主變再次發(fā)生故障停運，需考慮將110kV側(cè)的負荷重新分配，并將110kV母聯(lián)開環(huán)運行。若仍無法滿足負荷需要，則轉(zhuǎn)移110kV負荷至相鄰的220kV變電站供電。

以侯寨站220kV1號、3號主變?nèi)萘繛?80MVA主變，220kV2號主變?nèi)萘繛?20MVA為例：當侯寨站220kV1號（或3號）主變停電時，從表1可以看出，枯水期侯寨站全站負荷為321.7MW，剩余兩臺主變?nèi)萘繛?00MW，此時主變負載率為107%。即使通過調(diào)整侯寨站110kV1號、2號母線負荷分配，使110kV母線分列運行，3號（或1號）主變、2號主變分列運行，至少仍有一臺主變過載，無法滿足運行要求。只能再將部分負荷轉(zhuǎn)由相鄰220kV變電站或110kV聯(lián)絡(luò)線供電。

當侯寨站220kV2號主變停電時：當2號主變發(fā)生故障時，根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù)，（枯水期）此時侯寨站兩臺主變的負載率為89.36%，通過平衡侯寨站110kV1號、2號母線負荷分配，保持侯寨站110kV母線分列運行，不需轉(zhuǎn)移110kV負荷。

②三臺運行主變?nèi)萘肯嗟?/p>

任意一臺主變故障停運，根據(jù)實際負荷情況，確定是否需要將110kV母聯(lián)開環(huán)運行，或是否需要轉(zhuǎn)移110kV負荷至相鄰220kV變電站。

以擋村站220kV1號（或2號、3號）主變?nèi)萘烤鶠?50MVA為例：擋村站220kV1號（或2號、3號）主變停電，根據(jù)表1，枯水期，一臺主變停電時，此時全站負荷282.4MW，負載率為94.13%，剩余兩臺主變?nèi)萘坎荒軡M足主變N-1-1的運行要求，因此，保持擋村站110kV母線并列運行，并密切關(guān)注負荷變化情況，必要時轉(zhuǎn)移110kV負荷。

3.3 110kV主變N-1運行分析

3.3.1110kV變電站主變負載率情況

在枯水方式下，2015年桂林電網(wǎng)110kV變電站主變負載率情況如表2所示。

3.3.2110kV單主變N-1運行分析

目前，桂林網(wǎng)區(qū)的110kV溶江站、磨盤站、花江站、普陀站、栗塘站均為單主變運行，無法滿足N-1要求，如果出現(xiàn)主變跳閘，存在該站失壓的風(fēng)險，有的站還會損失部分農(nóng)網(wǎng)負荷，影響水電的送出。

3.3.3110kV兩臺主變N-1運行分析

①配置了兩臺主變?nèi)萘坎坏鹊淖冸娬?，大多情況下負荷較高時，如果大容量主變跳閘，將導(dǎo)致小容量變壓器過載，無法滿足N-1運行要求。

目前，桂林網(wǎng)區(qū)內(nèi)兩臺主變?nèi)萘坎坏鹊淖冸娬居?10kV同樂站（20+50MVA）、110kV七星站（31.5+50MVA）、110kV旺田站（20+40MVA）、110kV巖塘站（31.5+50MVA）、110kV西河站（31.5＋40MVA）、110kV南洲站（50+40MVA）、110kV北門站（40+50MVA）、110kV金山站（40+50MVA）、110kV良豐站（40+50MVA）、110kV日新站（20+50MVA）、110kV百壽站（20+40MVA）。其中，金山站、北門站、百壽站、日新站由于負荷不高，可以滿足主變N-1運行要求。

表3 枯水期桂林電網(wǎng)主要110kV變電站主變負載率（取2015年數(shù)據(jù)）

而同樂站、旺田站、巖塘站、西河站、七星站、南洲站、良豐站的負載率都超過了50%，當大容量主變發(fā)生N-1故障時將導(dǎo)致小容量變壓器過載。當過載倍數(shù)超過1.5倍時，采用主變中低壓側(cè)分列運行方式。特別是110kV巖塘站，由于設(shè)備原因，1號主變低壓側(cè)901開關(guān)容量不得超過15MVA，而2015年巖塘站低壓側(cè)年平均負荷達23MW，無法滿足2號主變停電的要求。

②配置了兩臺等容量主變的變電站，如110kV黑山站、中心站、雉山站、三里店站，由于主變負荷較重，從表2中可以看出，負荷高峰期主變N-1故障將造成另一臺主變過載超過1.4倍，也無法滿足運行要求。

3.3.4110kV三臺主變N-1運行分析

目前，桂林網(wǎng)區(qū)只有城北站配備了三臺110kV主變。根據(jù)表2，由于全年負荷不高，并且該站正常運行方式為高、中、低壓三側(cè)母聯(lián)均開環(huán)運行，因此，城北站可以滿足主變N-1的運行要求。

4 結(jié)語

4.1完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，是解決主變N-1問題的根本所在。以田嶺站、南塘站為例，在大方式下，南塘站兩臺主變運行不滿足N-1的要求，雖然南塘站可以將部分110kV負荷轉(zhuǎn)由相鄰的220kV變電站供電，但在枯大方式下，南塘站受水電、風(fēng)電出力不佳的原因影響負荷仍然較重，2號主變（150MVA）跳閘將導(dǎo)致1號主變（120MVA）過載1.3倍以上。這樣，可以通過新建220kV變電站及配套工程，加快投產(chǎn)進度，即可滿足高峰負荷時的供電需求。田嶺站兩臺主變在大方式下接近滿載（枯大方式下最大負荷約234.1MW），需110kV母聯(lián)開環(huán)運行，這樣調(diào)整雖然能解決當前的問題，但畢竟以降低供電可靠性為代價。所以，加快片區(qū)220kV變電站的投產(chǎn)進度，轉(zhuǎn)移田嶺站部分110kV負荷至新站供電，才能有效緩解田嶺站主變的供電壓力。

4.2調(diào)整運行方式或轉(zhuǎn)移負荷，是降低主變負載率的直接方法。市區(qū)負荷不斷增長，但市區(qū)內(nèi)110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的擴建受各種因素制約已接近飽和，為緩解市區(qū)110kV變電站主變重載問題，可以有針對性的、分時段的通過10kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移負荷，或調(diào)整配電網(wǎng)運行方式，解決主變高峰時段不滿足N-1的問題。

4.3制定主變N-1故障后控制負荷序位表，預(yù)防系統(tǒng)故障。

4.4做好設(shè)備維護及巡視,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和缺陷，確保主變在正常方式下和N-1方式下的安全運行。

[1]DL755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則