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(yùn)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(yùn)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(zhǔn)則之一，本文分析了桂林電網(wǎng)主變正常運(yùn)行和N-1等不同運(yùn)行方式對(duì)運(yùn)行安全、電網(wǎng)接線和負(fù)荷分配的影響，為生產(chǎn)運(yùn)行和電網(wǎng)建設(shè)提供了參考依據(jù)。

主變N-1；N-1-1；負(fù)載率

1 概述

伴隨著經(jīng)濟(jì)和負(fù)荷的增長(zhǎng)，桂林電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也在不斷增強(qiáng)，但尚未形成能夠抵御各種風(fēng)險(xiǎn)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。當(dāng)桂林電網(wǎng)任一元件因故障退出運(yùn)行時(shí)，或此時(shí)再發(fā)生又一元件的故障停運(yùn)，對(duì)桂林這座國(guó)際聞名的旅游城市而言無(wú)疑是巨大的威脅。因此，需要各個(gè)電壓等級(jí)接線的相互配合，才能確保網(wǎng)區(qū)內(nèi)主變?cè)谡＿\(yùn)行、N-1乃至N-1-1運(yùn)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(zhǔn)則。又稱(chēng)為單一故障安全準(zhǔn)則。按照這一準(zhǔn)則，可知：N-1運(yùn)行方式，指電力系統(tǒng)的N個(gè)元件中的任一獨(dú)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(guò)負(fù)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(yùn)行方式，指電力系統(tǒng)的N個(gè)元件中的任一個(gè)獨(dú)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(gè)元件因故障而被切除的事件，此時(shí)應(yīng)不造成因其他設(shè)備過(guò)負(fù)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(jiàn)，N-1準(zhǔn)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(yùn)行方式安排

2.1 220kV網(wǎng)絡(luò)及主變正常運(yùn)行方式

220kV系統(tǒng)全接線方式運(yùn)行。正常方式下，220kV變電站雙母線接線的220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)，220kV主變?cè)跐M足主變N-1運(yùn)行要求下并列運(yùn)行，110kV母線運(yùn)行方式以流過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)電流最小且下級(jí)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(yùn)行方式。

如果220kV變電站主變?nèi)萘坎蛔悖瑸榱吮苊猱?dāng)一臺(tái)主變故障跳閘造成另一臺(tái)主變過(guò)載倍數(shù)1.3倍以上，采用中壓側(cè)母線分列運(yùn)行方式。220kV侯寨站、220kV擋村站均有三臺(tái)主變運(yùn)行，在負(fù)荷輕的情況下，三臺(tái)主變高中壓側(cè)并列運(yùn)行；在負(fù)荷重的情況下或當(dāng)任一臺(tái)主變退出運(yùn)行時(shí)，為避免剩余主變N-1故障造成過(guò)載，需根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況決定剩余兩臺(tái)主變的并、分列運(yùn)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(tái)主變運(yùn)行，采用高中壓側(cè)母聯(lián)并列運(yùn)行，低壓側(cè)母聯(lián)分列運(yùn)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(tái)主變運(yùn)行，采用高壓側(cè)母聯(lián)并列運(yùn)行，中壓側(cè)母聯(lián)分列運(yùn)行，低壓側(cè)并、分列方式視實(shí)際情況而定。桂林電網(wǎng)220kV系統(tǒng)接線圖見(jiàn)圖1。

2.2 10kV網(wǎng)絡(luò)及主變正常運(yùn)行方式

110kV系統(tǒng)實(shí)行開(kāi)環(huán)方式運(yùn)行。正常方式下，城網(wǎng)110kV系統(tǒng)“手拉手”網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，開(kāi)環(huán)點(diǎn)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)萘俊３菂^(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(tái)主變低壓側(cè)故障跳閘，通過(guò)備自投可以將故障主變的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至另一臺(tái)主變，應(yīng)能確保運(yùn)行主變不過(guò)負(fù)荷。若主變?nèi)萘坎蛔?，視?dāng)時(shí)主變?cè)试S的過(guò)負(fù)荷情況，轉(zhuǎn)移負(fù)荷或錯(cuò)峰用電，以確保運(yùn)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(shí)，為防范全站停電事故，通常會(huì)通過(guò)35kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供部分負(fù)荷或水電送出出力至相鄰變電站，此時(shí)需根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況決定轉(zhuǎn)供負(fù)荷的數(shù)量，以確保線路及被轉(zhuǎn)供的主變不過(guò)負(fù)荷。

圖1 桂林電網(wǎng)220kV潮流圖

2.3 220kV、110kV變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)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(xiǎn)繼電保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)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(diǎn)絕緣等級(jí)為35kV時(shí)，220kV、110kV側(cè)中性點(diǎn)應(yīng)直接接地運(yùn)行。

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

2.3.3有一臺(tái)主變壓器運(yùn)行的220kV變電站安排變壓器中性點(diǎn)直接接地。

2.3.4有兩臺(tái)及以上主變壓器運(yùn)行的220kV變電站安排兩臺(tái)主變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)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(tái)主變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。

2.3.5自耦變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。

3 桂林電網(wǎng)主變正常方式下N-1運(yùn)行分析

3.1 主變“N-1”處理原則

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

3.1.2當(dāng)主變跳閘時(shí)，立即檢查本站另一臺(tái)主變的負(fù)荷電流。若過(guò)載1.4倍以上,立即按照轉(zhuǎn)移負(fù)荷順序快速實(shí)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(dòng)作情況，檢查轉(zhuǎn)移負(fù)荷后相關(guān)變電站的負(fù)荷情況，采取相應(yīng)措施。

3.1.4加強(qiáng)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(yùn)行參數(shù)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。

3.2 220kV主變N-1運(yùn)行分析

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

3.2.1220kV變電站主變負(fù)載率情況

在枯水方式下，2015年桂林電網(wǎng)220kV變電站主變負(fù)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(fù)載率（取2015年數(shù)據(jù)）

從表1可知，桂林網(wǎng)區(qū)負(fù)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(yùn)行N-1分析（以下內(nèi)容按照2015年數(shù)據(jù)分析）

對(duì)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(fù)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(yùn)行，均無(wú)法滿足N-1運(yùn)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(xiǎn)。

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(gè)出線對(duì)側(cè)的小水電站停電。主變N-1故障后可能損失最大負(fù)荷5MW，35kV側(cè)損失的5MW負(fù)荷可通過(guò)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(fù)荷30MW,部分變電站可通過(guò)備投至相鄰的茶江站不致?lián)p失負(fù)荷。損失的30MW負(fù)荷，可通過(guò)調(diào)整運(yùn)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(fù)荷60.9MW，部分變電站可通過(guò)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(fù)載率居高不下，從茶江站轉(zhuǎn)移的負(fù)荷無(wú)疑增加了田嶺站主變的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響到田嶺站主變的安全運(yùn)行。

220kV飛虎站，主變跳閘后損失負(fù)荷10MW，部分110kV變電站可通過(guò)備投轉(zhuǎn)移供電。損失的10MW負(fù)荷可通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式，通過(guò)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(wú)負(fù)荷損失。

3.2.3220kV二臺(tái)主變運(yùn)行的N-1分析

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

①兩臺(tái)運(yùn)行主變?nèi)萘坎坏?/p>

以南塘站220kV1號(hào)主變?nèi)萘?20MW，2號(hào)主變?nèi)萘?50MW為例，當(dāng)南塘站220kV1號(hào)主變停電時(shí)：根據(jù)表1，枯水期南塘站此時(shí)全站負(fù)荷為162.6MW，剩余的2號(hào)主變?nèi)萘?50MW，負(fù)載率為108%，2號(hào)主變過(guò)負(fù)荷1.08倍。由于南塘站負(fù)荷特性的多樣化，既有風(fēng)電、水電負(fù)荷，也有工業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷，特別是風(fēng)電負(fù)荷的突變性和難以控制性，為防止剩余的2號(hào)主變?cè)斐啥虝r(shí)的倒送負(fù)荷過(guò)多，特別是短時(shí)性的過(guò)負(fù)荷超過(guò)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(hào)主變的安全運(yùn)行。

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

②兩臺(tái)運(yùn)行主變?nèi)萘肯嗟?/p>

以田嶺站1號(hào)、2號(hào)主變?nèi)萘烤鶠?20MW為例，田嶺站220kV1號(hào)（或2號(hào)）主變停電：根據(jù)表1，枯水期，一臺(tái)主變停電時(shí)，此時(shí)全站負(fù)荷234.1MW，負(fù)載率為195%。因此，在枯水期，田嶺站的運(yùn)行方式應(yīng)調(diào)整為兩臺(tái)主變分列運(yùn)行，當(dāng)田嶺站1號(hào)（或2號(hào)）主變停電時(shí)不致使另一臺(tái)主變嚴(yán)重過(guò)載。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整110kV接線方式，降低田嶺站負(fù)荷。若主變?nèi)萘坎蛔銜r(shí)，將110kV部分負(fù)荷轉(zhuǎn)由相鄰220kV變電站供電。

3.2.4220kV三臺(tái)主變運(yùn)行的N-1分析

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

①三臺(tái)運(yùn)行主變?nèi)萘坎坏?/p>

無(wú)論是哪臺(tái)主變停運(yùn)，若剩余的主變?cè)俅伟l(fā)生故障停運(yùn)，需考慮將110kV側(cè)的負(fù)荷重新分配，并將110kV母聯(lián)開(kāi)環(huán)運(yùn)行。若仍無(wú)法滿足負(fù)荷需要，則轉(zhuǎn)移110kV負(fù)荷至相鄰的220kV變電站供電。

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

當(dāng)侯寨站220kV2號(hào)主變停電時(shí)：當(dāng)2號(hào)主變發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù)，（枯水期）此時(shí)侯寨站兩臺(tái)主變的負(fù)載率為89.36%，通過(guò)平衡侯寨站110kV1號(hào)、2號(hào)母線負(fù)荷分配，保持侯寨站110kV母線分列運(yùn)行，不需轉(zhuǎn)移110kV負(fù)荷。

②三臺(tái)運(yùn)行主變?nèi)萘肯嗟?/p>

任意一臺(tái)主變故障停運(yùn)，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況，確定是否需要將110kV母聯(lián)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，或是否需要轉(zhuǎn)移110kV負(fù)荷至相鄰220kV變電站。

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

3.3 110kV主變N-1運(yùn)行分析

3.3.1110kV變電站主變負(fù)載率情況

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

3.3.2110kV單主變N-1運(yùn)行分析

目前，桂林網(wǎng)區(qū)的110kV溶江站、磨盤(pán)站、花江站、普陀站、栗塘站均為單主變運(yùn)行，無(wú)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(xiǎn)，有的站還會(huì)損失部分農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷，影響水電的送出。

3.3.3110kV兩臺(tái)主變N-1運(yùn)行分析

①配置了兩臺(tái)主變?nèi)萘坎坏鹊淖冸娬荆蠖嗲闆r下負(fù)荷較高時(shí)，如果大容量主變跳閘，將導(dǎo)致小容量變壓器過(guò)載，無(wú)法滿足N-1運(yùn)行要求。

目前，桂林網(wǎng)區(qū)內(nèi)兩臺(tái)主變?nèi)萘坎坏鹊淖冸娬居?10kV同樂(lè)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(mén)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(mén)站、百壽站、日新站由于負(fù)荷不高，可以滿足主變N-1運(yùn)行要求。

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

而同樂(lè)站、旺田站、巖塘站、西河站、七星站、南洲站、良豐站的負(fù)載率都超過(guò)了50%，當(dāng)大容量主變發(fā)生N-1故障時(shí)將導(dǎo)致小容量變壓器過(guò)載。當(dāng)過(guò)載倍數(shù)超過(guò)1.5倍時(shí)，采用主變中低壓側(cè)分列運(yùn)行方式。特別是110kV巖塘站，由于設(shè)備原因，1號(hào)主變低壓側(cè)901開(kāi)關(guān)容量不得超過(guò)15MVA，而2015年巖塘站低壓側(cè)年平均負(fù)荷達(dá)23MW，無(wú)法滿足2號(hào)主變停電的要求。

②配置了兩臺(tái)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(fù)荷較重，從表2中可以看出，負(fù)荷高峰期主變N-1故障將造成另一臺(tái)主變過(guò)載超過(guò)1.4倍，也無(wú)法滿足運(yùn)行要求。

3.3.4110kV三臺(tái)主變N-1運(yùn)行分析

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

4 結(jié)語(yǔ)

4.1完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，是解決主變N-1問(wèn)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(tái)主變運(yùn)行不滿足N-1的要求，雖然南塘站可以將部分110kV負(fù)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(fù)荷仍然較重，2號(hào)主變（150MVA）跳閘將導(dǎo)致1號(hào)主變（120MVA）過(guò)載1.3倍以上。這樣，可以通過(guò)新建220kV變電站及配套工程，加快投產(chǎn)進(jìn)度，即可滿足高峰負(fù)荷時(shí)的供電需求。田嶺站兩臺(tái)主變?cè)诖蠓绞较陆咏鼭M載（枯大方式下最大負(fù)荷約234.1MW），需110kV母聯(lián)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，這樣調(diào)整雖然能解決當(dāng)前的問(wèn)題，但畢竟以降低供電可靠性為代價(jià)。所以，加快片區(qū)220kV變電站的投產(chǎn)進(jìn)度，轉(zhuǎn)移田嶺站部分110kV負(fù)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(yùn)行方式或轉(zhuǎn)移負(fù)荷，是降低主變負(fù)載率的直接方法。市區(qū)負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，但市區(qū)內(nèi)110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的擴(kuò)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(wèn)題，可以有針對(duì)性的、分時(shí)段的通過(guò)10kV聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移負(fù)荷，或調(diào)整配電網(wǎng)運(yùn)行方式，解決主變高峰時(shí)段不滿足N-1的問(wèn)題。

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

4.4做好設(shè)備維護(hù)及巡視,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和缺陷，確保主變?cè)谡７绞较潞蚇-1方式下的安全運(yùn)行。

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