摘 要：依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓發(fā)展規(guī)劃和河北南網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架要求，“十三五”期間，河北南部電網(wǎng)肩負(fù)著特高壓落地消納、西電東送等多重任務(wù)。為確?！笆濉逼陂g河北南網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的有序進(jìn)行，文章在對(duì)輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及特征進(jìn)行梳理和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)河北南網(wǎng)500kV、220kV網(wǎng)架規(guī)劃方案提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：河北南網(wǎng)；網(wǎng)架規(guī)劃；220kV分區(qū)

引言

根據(jù)河北南網(wǎng)“十三五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，河北南網(wǎng)長(zhǎng)期依賴區(qū)外受電，與此同時(shí)，河北南部電網(wǎng)承擔(dān)著將山西電力轉(zhuǎn)送至山東和京津唐電網(wǎng)以及北京西和石家莊特高壓交流變電站的落地消納工作。面對(duì)河北南網(wǎng)區(qū)外受電規(guī)模的持續(xù)增加和特高壓電力受入對(duì)500kV電網(wǎng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移能力的苛刻要求等新形勢(shì)和新問題，亟需深化網(wǎng)架規(guī)劃研究，解決河北南部電網(wǎng)與特高壓電網(wǎng)的可靠銜接，網(wǎng)絡(luò)分層分區(qū)供電等問題。

針對(duì)上述問題，文章在對(duì)輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及特征進(jìn)行梳理和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)河北南網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方案進(jìn)行探討，結(jié)合河北南網(wǎng)現(xiàn)狀特征，提出合理的500kV、220kV網(wǎng)架規(guī)劃方案。

1 輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃

1.1 500kV網(wǎng)架規(guī)劃

500kV電網(wǎng)普遍采用環(huán)型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式。

環(huán)型結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的變電站相互支援能力強(qiáng)，可從多個(gè)方向受入電力，便于采取解環(huán)或擴(kuò)大環(huán)網(wǎng)的方式調(diào)整結(jié)構(gòu)。環(huán)型結(jié)構(gòu)可細(xì)分為單環(huán)網(wǎng)、半環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)，逐一對(duì)應(yīng)城市電網(wǎng)發(fā)展的不同階段，最終由單環(huán)網(wǎng)或半環(huán)網(wǎng)過渡到雙環(huán)網(wǎng)。

網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)電氣距離短、相互支援能力強(qiáng)、網(wǎng)架更為堅(jiān)固，可從多點(diǎn)受電，但一般短路電流水平較高且難以控制，當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)事故時(shí)，難以通過解列的措施控制事故范圍。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可細(xì)分為日字型、目字型、田字型和網(wǎng)絡(luò)型，由圍繞城市多個(gè)中心區(qū)或多個(gè)城市的500kV環(huán)網(wǎng)疊加而成。日字型、目字型等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)城市發(fā)展的不同階段，隨著城市發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)最終過渡為網(wǎng)絡(luò)型。

1.2 220kV網(wǎng)架規(guī)劃

220kV電網(wǎng)具有較高的研究?jī)r(jià)值。因?yàn)?20kV電網(wǎng)分區(qū)規(guī)劃和運(yùn)行在分解系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)降低系統(tǒng)短路電流水平、控制潮流流向等方面具有重要的工程實(shí)踐意義。

通常來說，當(dāng)500kV網(wǎng)架為環(huán)網(wǎng)運(yùn)行且網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)時(shí)，為確保電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，220kV電網(wǎng)可分區(qū)規(guī)劃和運(yùn)行，同時(shí)，分區(qū)間應(yīng)保持合理聯(lián)絡(luò)和支援。此時(shí)，城市高壓110kV配電網(wǎng)應(yīng)采用環(huán)網(wǎng)或輻射運(yùn)行，此時(shí)要注意宜優(yōu)先在同一220kV分區(qū)電網(wǎng)內(nèi)形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，盡量減少不同220kV分區(qū)間110kV網(wǎng)架的電氣聯(lián)系。

（1）220kV電網(wǎng)分區(qū)原則。220kV分層分區(qū)是指打開500kV/220kV電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，依據(jù)電壓序列將電網(wǎng)分成若干層次，并考慮供電能力，劃分出若干包含不同層次的供電區(qū)域，在各供電區(qū)域內(nèi)根據(jù)電力負(fù)荷安排相應(yīng)的電廠出力，確保區(qū)域內(nèi)電力供需大致平衡。分區(qū)應(yīng)遵循如下原則：

獨(dú)立原則：合理的分區(qū)應(yīng)當(dāng)盡量使區(qū)內(nèi)的負(fù)荷與裝機(jī)基本平衡。

聯(lián)絡(luò)原則：保持分區(qū)之間保持適度聯(lián)絡(luò)。區(qū)與區(qū)之間界面要清晰。

可靠原則：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化使得熱備用線路減少可能會(huì)導(dǎo)致可靠性降低。

（2）220kV電網(wǎng)分區(qū)類型。根據(jù)供區(qū)內(nèi)500kV變電站個(gè)數(shù)和運(yùn)行方式的不同，220kV電網(wǎng)可分為獨(dú)立分區(qū)和互聯(lián)分區(qū)兩種模式。

獨(dú)立分區(qū)以一座500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)只有一座500kV變電站與大網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，一般呈圍繞500kV變電站220kV母線的放射網(wǎng)或自環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

互聯(lián)分區(qū)以兩座及以上500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點(diǎn)。運(yùn)行時(shí)有兩座及以上500kV變電站作為與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，一般呈日字形、目字型、田字形或網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如圖2所示。各分區(qū)之間在正常方式下相對(duì)獨(dú)立，事故情況相互支援。

2 區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)方案研究

網(wǎng)架和方案是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的核心。電網(wǎng)經(jīng)過簡(jiǎn)化分析可分為8種網(wǎng)絡(luò)形式。

（1）容量有余額的系統(tǒng)與大容量系統(tǒng)相連。需避免系統(tǒng)功角穩(wěn)定事故的發(fā)生。其原因通常是由于：當(dāng)重載聯(lián)絡(luò)線故障跳開后，易引發(fā)其他聯(lián)絡(luò)線過載，此時(shí)送端輸出受阻，進(jìn)而引起送端系統(tǒng)頻率升高，此時(shí)，由于受端系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量大，可有效降低頻率波動(dòng)，從而造成聯(lián)絡(luò)線兩端系統(tǒng)的功角和功率振蕩，嚴(yán)重時(shí)將破壞系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。針對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定事故的產(chǎn)生原因，可在受端切負(fù)荷，在送端切機(jī)以平衡兩端系統(tǒng)功率，或采取措施將聯(lián)絡(luò)線解列，以平息振蕩。

（2）大容量系統(tǒng)向功率缺額系統(tǒng)輸送功率。上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易引起功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定事故。其原因是由于：當(dāng)有功功率不足的系統(tǒng)發(fā)生故障引起頻率急劇降低后，由于大容量系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)從而維持頻率保持不變，導(dǎo)致受端與送端的功角穩(wěn)定失步。也可能是由于受端系統(tǒng)內(nèi)無功功率的嚴(yán)重缺額造成受端電網(wǎng)電壓崩潰。上述情況，應(yīng)迅速切斷聯(lián)絡(luò)線，并在受端電網(wǎng)中采取切除不重要的負(fù)荷的措施。此時(shí)，須在受端系統(tǒng)內(nèi)加裝低頻減負(fù)荷、低壓減負(fù)荷裝置，并可考慮加裝發(fā)電機(jī)組自起動(dòng)裝置。

（3）容量相當(dāng)?shù)膬蓚€(gè)系統(tǒng)經(jīng)較強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線相連。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行水平高，網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)，不容易發(fā)生穩(wěn)定破壞事故。在發(fā)生嚴(yán)重的聯(lián)鎖故障時(shí)，可能引起聯(lián)絡(luò)線過載或功角失步，此時(shí)可采取電廠減出力、切負(fù)荷等策略。

（4）兩個(gè)系統(tǒng)由弱聯(lián)絡(luò)線相連。該種結(jié)構(gòu)多存在于互聯(lián)系統(tǒng)的初期階段。由于兩個(gè)系統(tǒng)間的電氣聯(lián)系較弱易發(fā)生動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性失步。此時(shí)，系統(tǒng)由于負(fù)阻尼或弱阻尼的影響而發(fā)生長(zhǎng)過程的振蕩不衰減和發(fā)散。針對(duì)以上問題，應(yīng)盡快加強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)，降低聯(lián)絡(luò)線阻抗值，通過加裝設(shè)備，如PSS，以提高系統(tǒng)正阻尼，同時(shí)可考慮故障時(shí)采取切機(jī)切負(fù)荷措施以減少聯(lián)絡(luò)線功率。

（5）鏈形接線。此種接線結(jié)構(gòu)部分聯(lián)絡(luò)線功率傳輸方向總是一致的，而其他聯(lián)絡(luò)線的輸送功率隨時(shí)間周期變化。

其特點(diǎn)是：故障時(shí)聯(lián)絡(luò)線功角、功率波動(dòng)受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較大，可能發(fā)生功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定問題，也可能由于鏈形結(jié)構(gòu)中個(gè)別環(huán)節(jié)危險(xiǎn)過載，引發(fā)電網(wǎng)事故擴(kuò)大。

（6）放射型結(jié)構(gòu)。對(duì)于放射型結(jié)構(gòu)，中心系統(tǒng)容量通常較大，可根據(jù)外側(cè)系統(tǒng)功率盈缺情況，中心系統(tǒng)選擇外送或接收功率。當(dāng)某一子系統(tǒng)與中心系統(tǒng)失步時(shí)，可解列聯(lián)絡(luò)線，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。但由于子系統(tǒng)間缺乏聯(lián)絡(luò)，系統(tǒng)可靠性較低。

（7）環(huán)形接線。環(huán)形接線的優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)運(yùn)行方式多樣。任一節(jié)點(diǎn)斷開，會(huì)引起環(huán)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間輸送功率的大小和方向發(fā)生變化。此時(shí)，“危險(xiǎn)斷面”將決定整個(gè)環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行方式。必要時(shí)可考慮加裝備自投裝置。

（8）多回路系統(tǒng)。多回路系統(tǒng)屬于較為理想的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式。此結(jié)構(gòu)可抵御多種類型故障，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

上面所說的網(wǎng)架認(rèn)識(shí)，是制定電力系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)。實(shí)際工程中方案的制定，既要考慮技術(shù)性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)性要求工程滿足負(fù)荷需求，電氣計(jì)算滿足條件，具有一定的遠(yuǎn)景適應(yīng)性，更高的要求就是網(wǎng)架美觀；經(jīng)濟(jì)性，就是投資費(fèi)用盡可能低。綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性，然后得出推薦方案。

3 河北南網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方案研究

3.1 河北南網(wǎng)特高壓建設(shè)規(guī)劃

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓發(fā)展規(guī)劃，“十三五”期間，河北南網(wǎng)將建成石家莊和北京西2座交流特高壓變電站，至2020年前形成交流特高壓“兩站三通道”。同時(shí)，規(guī)劃在2020年前建成俄羅斯-霸州±800kV直流送電線路。

3.2 500kV網(wǎng)架研究

（1）“十二五”末河北南網(wǎng)500kV網(wǎng)架特點(diǎn)。500kV電網(wǎng)已形成沿京廣鐵路縱貫?zāi)媳钡碾p回路，中東部形成環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“三橫兩縱”布局，達(dá)到“一區(qū)兩站”，已基本取代220千伏電網(wǎng)成為地區(qū)間功率交換的主通道。

（2）“十三五”末河北南網(wǎng)500kV網(wǎng)架規(guī)劃。到“十三五”末，河北南部500kV電網(wǎng)將進(jìn)一步得到完善和加強(qiáng)，在適應(yīng)包括特高壓在內(nèi)的區(qū)外電力受入需要的同時(shí)，具備較強(qiáng)的東西向、南北向電力交換能力，獨(dú)立擔(dān)負(fù)河北南網(wǎng)內(nèi)跨地市輸送電力的功能，真正成為全網(wǎng)范圍內(nèi)的骨干輸電網(wǎng)。

3.3 220kV網(wǎng)架研究

（1）“十二五”末河北南網(wǎng)220kV網(wǎng)架特點(diǎn)。2015年，河北南網(wǎng)220kV網(wǎng)架大體形成4個(gè)供電分區(qū)：慈云分區(qū)、石保分區(qū)、衡滄分區(qū)、邯邢分區(qū)，基本達(dá)到“一縣至少一站”，其功能向?yàn)楦鞯厥泄╇姷墓╇娋W(wǎng)方向轉(zhuǎn)化。

（2）“十三五”末河北南網(wǎng)220kV網(wǎng)架規(guī)劃?！笆濉蹦?，需進(jìn)一步完成地區(qū)之間和地區(qū)內(nèi)部分區(qū)供電。在實(shí)現(xiàn)河北南網(wǎng)六地市分區(qū)供電的基礎(chǔ)上，對(duì)負(fù)荷較為集中的石家莊和保定地區(qū)進(jìn)行南北分區(qū)，通過打開500kV/220kV電磁環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的分層分區(qū)供電，有效降低河北南網(wǎng)短路電流水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

“十三五”期間，河北南網(wǎng)輸電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。文章在對(duì)輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及特征進(jìn)行梳理和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)河北南網(wǎng)500kV和220kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓發(fā)展規(guī)劃和河北南網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架要求，對(duì)“十三五”期間河北南網(wǎng)500kV、220kV網(wǎng)架規(guī)劃方案提出合理化建議。

（1）做好特高壓落點(diǎn)與河北南網(wǎng)500kV電網(wǎng)的銜接，確保特高壓電力落地，滿足地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要；（2）完善和加強(qiáng)500kV電網(wǎng)，促進(jìn)河北南網(wǎng)主網(wǎng)架的提升，使500kV網(wǎng)絡(luò)能獨(dú)立擔(dān)負(fù)河北南網(wǎng)內(nèi)跨地市輸送電力的功能，真正成為全網(wǎng)范圍內(nèi)的骨干輸電網(wǎng)；（3）以堅(jiān)強(qiáng)的500kV網(wǎng)架為基礎(chǔ)，逐步實(shí)施220kV電網(wǎng)分區(qū)供電，實(shí)現(xiàn)220kV電網(wǎng)與500kV電網(wǎng)的合理分工，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)網(wǎng)河北省電力公司.河北南網(wǎng)“十三五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃總報(bào)告[R].2015.

[2]劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[3]嚴(yán)同.電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨筆[EB/OL].https：//www.zhihu.com/people/yan-tong-70/posts.

作者簡(jiǎn)介：齊曉光（1989，02-），男，籍貫：河北省石家莊市，職稱：助理工程師，研究方向：新能源接入特性分析。