董紅，馬冠雄，翟世濤

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510610)

?

廣州220 kV電網(wǎng)典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選擇初步探討

董紅，馬冠雄，翟世濤

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510610)

為提升廣州電網(wǎng)區(qū)域間電力互供能力和抵御風(fēng)險能力，結(jié)合廣州220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，提出2座500 kV變電站拉手運(yùn)行模式下的220 kV環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)。從供電能力、供電可靠性、短路電流水平、運(yùn)行簡便性等方面對自愈式環(huán)網(wǎng)、雙端鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，給出3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的適用環(huán)境，并對未來廣州220 kV電網(wǎng)典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選擇提出初步建議。

220 kV電網(wǎng)；典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；自愈式環(huán)網(wǎng)；雙端鏈?zhǔn)?；環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)?/p>

近年來，中國一些主要城市相繼發(fā)生了因故障引起500 kV變電站重要設(shè)備跳閘或全站失壓，從而導(dǎo)致停電的事件。基于對該類事件的相關(guān)研究，廣州供電局有限公司調(diào)整主網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)思路，在具備條件的區(qū)域，調(diào)整原來以單個500 kV變電站獨立分區(qū)供電的模式，研究2座500 kV變電站為一個供電片區(qū)的拉手供電運(yùn)行模式，以提升區(qū)域間的電力互供能力和抵御風(fēng)險能力。

目前，廣州220 kV電網(wǎng)以自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為主，基于上述構(gòu)網(wǎng)調(diào)整思路，本文提出環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)降木W(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并與原來的2種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多角度比較，以達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的目的。

1　廣州220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

1.1現(xiàn)行相關(guān)規(guī)劃原則

根據(jù)Q/GZJ 00153—2013《廣州電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)原則》，廣州220 kV電網(wǎng)的設(shè)計原則是：

a)采用以500 kV變電站為核心、以骨干電源為支撐的分片供電模式，正常方式下各分區(qū)間相對獨立運(yùn)行，在設(shè)備檢修及事故情況下應(yīng)具備一定的相互支援能力。

b)一般采用以500 kV變電站為中心的雙回路閉式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，或2座500 kV變電站為兩端電源的雙回路鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每一環(huán)網(wǎng)或鏈中串接220 kV變電站數(shù)量不超過4座。

c)環(huán)網(wǎng)與外部電網(wǎng)應(yīng)至少有2回聯(lián)絡(luò)線，以保障嚴(yán)重故障下重要負(fù)荷的供電。

1.2電網(wǎng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

廣州220 kV電網(wǎng)目前已基本形成了以500 kV變電站為中心，以環(huán)網(wǎng)(如圖1所示)和雙回鏈?zhǔn)?如圖2所示)結(jié)構(gòu)為主的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在實際運(yùn)行中，根據(jù)運(yùn)行需要部分雙回鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)及分區(qū)間的聯(lián)絡(luò)線斷開運(yùn)行，即實際運(yùn)行環(huán)境主要為以各500 kV變電站為核心的分區(qū)分片供電模式。

圖1　220 kV自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2　220 kV雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

該構(gòu)網(wǎng)模式下形成的電網(wǎng)供電分區(qū)明確，結(jié)構(gòu)較為清晰，運(yùn)行控制相對便利，可滿足DL 755—2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》的要求。但在發(fā)生500 kV變電站220 kV側(cè)全部失壓的重大故障下，供電安全將在一定程度上受到威脅[1]。

2　環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖3為以500 kV變電站為中心的雙回環(huán)網(wǎng)+至另一500 kV變電站的雙回鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每一環(huán)網(wǎng)中串接220 kV變電站數(shù)量不超過4座，每一鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中串接220 kV變電站不超過2座，環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中接入220 kV變電站數(shù)量不超過6座，與外區(qū)有聯(lián)絡(luò)的取高值。

圖3　220 kV環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

3　3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的比較

3.1供電能力

以首段導(dǎo)線截面選取為2×630 mm2的導(dǎo)線(以下導(dǎo)線截面選取均同)為例，對自愈式環(huán)網(wǎng)、雙端鏈?zhǔn)胶铜h(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)降墓╇娔芰M(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表13種220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)供電能力比較MW

網(wǎng)架形式結(jié)構(gòu)特點供電能力平均單通道供電效力自愈式環(huán)網(wǎng)2個電源通道,1個聯(lián)絡(luò)通道1352676雙端鏈?zhǔn)?個電源通道,1個聯(lián)絡(luò)通道1352676環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)?個電源通道,1個聯(lián)絡(luò)通道2704900

注：a)測試條件為環(huán)境溫度35 ℃、最高允許溫度+80 ℃、日照0.1 W/cm2、風(fēng)速0.5 m/s、海拔1 000 m、導(dǎo)線表面黑度0.9；b)通道供電能力校核條件為同塔雙回“N-2”故障；c)雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)針對可合環(huán)運(yùn)行方式；d)電源通道指500 kV站點220 kV出線通道。

由表1可知：在導(dǎo)線截面選取相同的情況下，自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的供電能力相當(dāng)，而環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的供電能力最優(yōu)。

3.2供電可靠性

在抵御電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險、保障電網(wǎng)供電可靠性方面，相鄰地區(qū)的220 kV站點上級電源宜來自不同的500 kV變電站，有利于避免500 kV變電站220 kV母線全部失壓導(dǎo)致的較大電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險[2-4]。

在合環(huán)運(yùn)行的情況下，在自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，4個220 kV站點的上級電源來自同一座500 kV變電站；在雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，220 kV站點的上級電源來自2座500 kV變電站，或同一座500 kV變電站的不同母線；在環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，6座220 kV站點的上級電源來自2座500 kV變電站，或500 kV變電站的2～3段不同母線。因此，3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電可靠性由高至低依次為：環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)→雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)→自愈式雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3.3短路電流水平

可通過加裝中性點小電抗來有效降低500 kV變電站220 kV母線的單相短路電流，而限制三相短路電流的原理和思路與限制單相短路電流類似，故本文分析主要針對三相短路電流，并結(jié)合廣州電網(wǎng)的情況進(jìn)行情景假定，采用轉(zhuǎn)移阻抗法進(jìn)行模擬比較[5]。

3.3.1計算基準(zhǔn)

基準(zhǔn)電壓為525 kV和230 kV，基準(zhǔn)容量取190.288 GVA(該基準(zhǔn)容量下，長1 km的220 kV架空線阻抗標(biāo)幺值為1)。

忽略各元件額定電壓和平均額定電壓的差別；忽略發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的電阻，輸電線路的電容，變壓器勵磁支路，電動機(jī)負(fù)荷注入220 kV電網(wǎng)的短路電流；所有變壓器的變比標(biāo)幺值均為1，系統(tǒng)電壓標(biāo)幺值為1[6-7]。

3.3.2模型假定

變電站主變壓器參數(shù)與廣州500 kV花都變電站主變壓器參數(shù)相同，額定容量為1 000 MVA，額定阻抗標(biāo)幺值為14%，基準(zhǔn)容量下阻抗標(biāo)幺值為26.6。供電區(qū)內(nèi)均無220 kV電廠接入，220 kV線路的導(dǎo)線型號為2×LGJ630，線路阻抗參數(shù)見表2。

表2220 kV架空輸電線路單位長度阻抗

參數(shù)類型電阻電抗基準(zhǔn)容量下標(biāo)幺值/km-18.12×10-21.00有名值/(Ω·km-1)2.26×10-22.78×10-1

按上述3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分別假定不同方式：方式1，500 kV變電站4臺主變壓器并列運(yùn)行，下級220 kV電網(wǎng)為自愈式環(huán)網(wǎng)接線，環(huán)網(wǎng)路徑長度30 km；方式2，500 kV變電站A、B各有2臺主變壓器并列運(yùn)行，A、B站通過220 kV雙回鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)拉手運(yùn)行，鏈?zhǔn)铰窂介L度30 km；方式3，500 kV變電站A、B各有2臺主變壓器并列運(yùn)行，A站下級220 kV電網(wǎng)為自愈式環(huán)網(wǎng)接線，并在環(huán)網(wǎng)中段通過雙回鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)與B站拉手運(yùn)行，環(huán)網(wǎng)和鏈?zhǔn)铰窂介L度均為30 km。3種方式的模型如圖4所示，其中方式2和方式3的等效示意圖相同，差別為聯(lián)絡(luò)線長度等效值不同。

圖4　3種方式的等效模型

3.3.3計算思路

對于供電區(qū)內(nèi)無電廠接入的500 kV變電站，其220 kV母線短路電流主要由本站500 kV系統(tǒng)和對側(cè)變電站500 kV系統(tǒng)通過220 kV聯(lián)絡(luò)線提供[8]。

假定以500 kV變電站變高側(cè)的開關(guān)設(shè)備限流值63 kA作為變電站變高側(cè)母線短路電流，則采用轉(zhuǎn)移阻抗法可計算出3種方式下變電站220 kV母線的短路電流水平。計算公式為：

式中：Z1、Z2、Z3分別為自愈式環(huán)網(wǎng)、雙端鏈?zhǔn)胶铜h(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)下系統(tǒng)至500kV變電站220kV側(cè)母線短路點的阻抗標(biāo)幺值，Z500-sys為系統(tǒng)至500kV母線的等值阻抗標(biāo)幺值，Ztra為單臺主變壓器阻抗標(biāo)幺值，ZL1、ZL2分別為方式2、方式3下A、B站間聯(lián)絡(luò)線的線路阻抗標(biāo)幺值。

3.3.4計算結(jié)果

對3種方式下的500kV變電站220kV側(cè)母線短路電流水平進(jìn)行計算，結(jié)果見表3。

表3各方式下500 kV變電站220 kV側(cè)母線短路電流水平

方式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)母線短路電流/kA方式1自愈式雙環(huán)網(wǎng)A站220kV母線47.90方式2雙端鏈?zhǔn)紸、B站220kV母線43.80方式3環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)紸、B站220kV母線40.95

由表3可知，各方式短路電流水平由高至低依次為：方式1→方式2→方式3。

進(jìn)一步分析可知，A、B站間聯(lián)絡(luò)線參數(shù)對短路電流水平有一定的影響。在主變壓器參數(shù)與花都變電站主變壓器參數(shù)相同的情況下，A、B站間聯(lián)絡(luò)線存在臨界阻抗(標(biāo)幺值為8.3)，即在方式2中，若A、B站間聯(lián)絡(luò)線路徑長度小于2×16.6km，則方式1的短路電流水平低于方式2的短路電流水平。同理可推論方式3的臨界線路長度。

考慮到廣州電網(wǎng)的實際情況，500kV變電站間聯(lián)絡(luò)線均在20km以上，可得出3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對短路電流的影響情況：在同等邊界條件下，各方式短路電流水平由低至高依次為：環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)→雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)→自愈式雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3.4運(yùn)行簡便性

自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行相對較獨立，運(yùn)行方式安排簡便，易得到調(diào)度運(yùn)行部門的認(rèn)可。雙回鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)在調(diào)度運(yùn)行上需考慮的因素較多，如避免出現(xiàn)500kV線路“N-1”后造成下級220kV電網(wǎng)因潮流轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致線路過載、電網(wǎng)穩(wěn)定性受到破壞等嚴(yán)重后果，當(dāng)雙鏈兩端500kV變電站電氣參數(shù)相當(dāng)時供電效力更好。

4　3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的適用環(huán)境

4.1自愈式環(huán)網(wǎng)

500kV變電站之間距離較遠(yuǎn)，與對側(cè)500kV變電站間建設(shè)220kV線路難度較大；2座500kV變電站之間220kV電網(wǎng)互聯(lián)后，當(dāng)上級500kV線路“N-1”后，會導(dǎo)致下級220kV電網(wǎng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移或兩端500kV變電站下送潮流嚴(yán)重不平衡，調(diào)度運(yùn)行難以控制；500kV變電站供電片區(qū)內(nèi)有大型電源作為支撐。

4.2雙回鏈?zhǔn)?/p>

兩端500kV變電站之間距離較近，變電站之間220kV線路建設(shè)難度較小，容易形成同一個獨立供電分區(qū)；兩端500kV變電站之間500kV電網(wǎng)聯(lián)系緊密，500kV線路“N-1”后不會造成下級220kV電網(wǎng)因潮流轉(zhuǎn)移導(dǎo)致線路過載、電網(wǎng)穩(wěn)定性受到破壞等嚴(yán)重后果；兩端500kV變電站電氣參數(shù)及220kV線路參數(shù)基本相當(dāng)，不會造成兩端500kV變電站下送潮流嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)象。

4.3環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)?/p>

在已有自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的500kV站點附近有新增的500kV變電站，且2個500kV變電站之間的220kV線路建設(shè)難度相對較??；供電片區(qū)負(fù)荷較為重要，對供電可靠性要求較高，且現(xiàn)狀的自愈式環(huán)網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)線不足，存在500kV變電站全站失壓后導(dǎo)致電力事故的風(fēng)險。

5　結(jié)論

a)隨著城市的密集化發(fā)展，電網(wǎng)事故造成的社會影響日益嚴(yán)重，對重要地區(qū)電網(wǎng)供電可靠性的要求也日益提高，應(yīng)通過合理的優(yōu)化來構(gòu)建一次系統(tǒng)網(wǎng)架，以盡量減少事故引起的停電后果。

b)3種220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)各有利弊，選用何種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)需結(jié)合已有網(wǎng)架特點及上級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)情況等綜合考慮。自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和雙端鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)供電能力相當(dāng)，環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)供電能力最優(yōu)；從上級電源來看，環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)供電可靠性優(yōu)于雙端鏈?zhǔn)胶妥杂诫p環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；在短路電流水平方面，各結(jié)構(gòu)由低至高依次為環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)健p端鏈?zhǔn)健杂诫p環(huán)網(wǎng)；在運(yùn)行簡便性方面，則自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)較優(yōu)。

c)在自愈式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的500kV站點附近若有新增的500kV變電站，2個500kV變電站之間220kV線路的建設(shè)難度相對較小，但供電片區(qū)負(fù)荷較為重要，對供電可靠性要求較高，且現(xiàn)狀的自愈式環(huán)網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)線不足，存在500kV變電站全站失壓后導(dǎo)致電力事故的風(fēng)險。經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后，可合理采用環(huán)網(wǎng)+鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)。

[1]張琪祁，馮煜堯，歐陽帆，等. 考慮N-1-1停運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)的城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[J]. 華東電力，2014，42(5)：0893-0897.

ZHANGQiqi，F(xiàn)ENGYuyao，OUYANGFan，etal.UrbanPowerGridStructureConsideringtheN-1-1OutageStandard[J].EastChinaElectricPower，2014，42(5)：0893-0897.

[2]劉兆林，殷敏莉. 華東500kV電網(wǎng)短路電流情況的調(diào)查[J]. 高壓電器，2008，44(3)：221-224.

LIUZhaolin，YINMinli.AnalysisofShort-currentFailuresofthe500kVPowerSysteminEastChinaGrid[J].HighVoltageApparatus，2008，44(3)：221-224.

[3]阮前途. 上海電網(wǎng)短路電流控制的現(xiàn)狀與對策[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(2)：78-83.

RUANQiantu.PresentSituationofShortCircuitCurrentControlinShanghaiPowerGridandCountermeasures[J].PowerSystemTechnology，2005，29(2)：78-83.

[4]余曉丹，周樹棠，余國平，等. 兩種實用短路計算方法分析[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2006，18(4)：108-112.

YUXiaodan，ZHOUShutang，YUGuoping,etal.DiscussiononTwoPracticalMethodsforFaultCurrentCalculatio[J].ProceedingsoftheCSU-EPSA，2006，18(4)：108-112.

[5]程曉磊，鄧?yán)チ?，郭厚靜. 220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理引發(fā)的減負(fù)荷問題分析及解決措施[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2013，31(3)：12-14.

CHENGXiaolei，DENGKunling，GUOHoujing，AnalysisofLoadReductionProblemCausedbyUnreasonableStructureof220kVNetworkandItsSolvingMeasures[J].InnerMongoliaElectricPower，2013，31(3)：12-14.

[6]謝文，朱永強(qiáng)，崔文進(jìn).IEC60909短路電流計算標(biāo)準(zhǔn)分析[J]. 電力建設(shè)，2006，33(4)：23-26.

XIEWen，ZHUYongqiang，CUIWenjin.AnalysisonShort-circuitCurrentCalculationStandardIEC60909[J].ElectricPowerConstruction，2006，33(4)：23-26.

[8]劉有為，弓艷朋. 基于受端供電可靠性的檢修策略分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2012,36(7)：139-143.

LIU Youwei，GONG Yanpeng. Maintenance Strategy Analysis Based on Power Supply Reliability of Demand Side[J]. Power System Technology，2012,36(7)：139-143.

[7]范明天，張祖平，劉思革. 城市電網(wǎng)電壓等級的合理配置[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(10)：64-68.

FAN Mingtian，ZHANG Zuping，LIU Sige. Rational Schering of Voltage Levels in Urban Electric Networks[J]. Power System Technology，2006，30(10)：64-68.

(編輯李麗娟)

Discussion on Selection for Typical Grid Structure of Guangzhou 220 kV Power Grid

DONG Hong, MA Guanxiong, ZHAI Shitao

(Guangzhou Power Supply Bureau Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510610, China)

In order to promote inter-regional electric power exchange capacity of Guangzhou power grid and ability to resist risks, this paper presents a kind of 220 kV ring network and chain structure for the power grid under the shaking hand running mode of two 550 kV substations by combining status quo of Guangzhou 220 kV power grid structure. In aspects of power supply capacity, power supply reliability, short-circuit current level and simplicity of operation, it compares structures of self-healing ring network, double end chain network and ring network with chain structure. It suggests applicable environment for structures of these three power grid and proposes initial suggestions to select typical grid structure for the future Guangzhou 220 kV power grid.

220 kV power grid; typical grid structure; self-healing ring network; double end chain structure; ring network and chain structure

2016-02-03

2016-05-09

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.002

TM715.3

B

1007-290X(2016)08-0007-04

董紅(1982)，女，湖北黃石人。高級工程師，工學(xué)碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作。

馬冠雄(1981)，男，廣東佛山人。高級工程師，工學(xué)碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作。

翟世濤(1984)，男，湖北襄陽人。高級工程師，工學(xué)碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作。