周懋文

（中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650051）

0 前言

昆明電網(wǎng)作為云南電網(wǎng)的負(fù)荷中心，擔(dān)負(fù)昆明市所轄14個(gè)縣、市、區(qū)的供電任務(wù)。由于昆明電網(wǎng)電源裝機(jī)容量較小，負(fù)荷供電主要依靠網(wǎng)內(nèi)線路輸送及主變下網(wǎng)，因此主變?nèi)萘考熬€路輸送能力成為電網(wǎng)供電的關(guān)建因素。

截至2018年底，位于昆明北部A～B～C～D環(huán)網(wǎng)片區(qū)及E片區(qū)電網(wǎng)（以下簡稱昆明北部片區(qū)電網(wǎng)）的接入電源達(dá)1042 MW左右（A片區(qū)579 MW、B片區(qū)208 MW，C片區(qū)255 MW），占昆明電網(wǎng)總接入電源的31%，占昆明電網(wǎng)110 kV及以下電源的61%。由于A～B～C供電片區(qū)及E供電片區(qū)負(fù)荷以工業(yè)用戶及居民用戶為主，負(fù)荷體量較小且峰谷負(fù)荷差值較小，因網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷和電源分布不平衡引起的局部片區(qū)送出受阻問題日趨嚴(yán)重。另外，若近區(qū)500 kV變電站投產(chǎn)，昆明北部片區(qū)的電磁環(huán)網(wǎng)形態(tài)將日益復(fù)雜。因此，受主變?nèi)萘俊⒕€路輸送能力以及電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行限制，片區(qū)電力送出存在受阻可能，電網(wǎng)安全運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)[1-6]。

本文以昆明北部片區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對現(xiàn)狀及規(guī)劃電源情況下電網(wǎng)送出受阻情況變化進(jìn)行分析，結(jié)合電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)對規(guī)劃網(wǎng)架進(jìn)行校核，對電磁環(huán)網(wǎng)變化影響進(jìn)行研究，最終提出滿足昆明北部片區(qū)電力送出及安全運(yùn)行的網(wǎng)架優(yōu)化方案，為解決昆明北部片區(qū)電網(wǎng)送出問題及潛在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)提供決策參考。

1 電力送出受阻分析

本文以現(xiàn)狀電網(wǎng)及負(fù)荷為基礎(chǔ)，按以下兩個(gè)場景進(jìn)行分析：

1）現(xiàn)狀電源量下豐期大小方式；

2）規(guī)劃電源量下豐期大小方式。對昆明北部片區(qū)電網(wǎng)的兩個(gè)片區(qū)進(jìn)行電力平衡分析，得到現(xiàn)狀受阻情況及極限方式下的規(guī)劃受阻情況：

1.1 現(xiàn)狀電網(wǎng)相關(guān)斷面極限

目前調(diào)度按以下斷面極限對昆明北部片區(qū)電網(wǎng)控制送出：

1）“220 kV AD線 +220 kV AB線 ”、“220 kV AD線+220 kV BC線”、“220 kV AD線+220 kV CD線線”的斷面極限均按熱穩(wěn)控制，為500 MW。

2）220 kV E變按單主變?nèi)萘?50 MW控制。近區(qū)220 kV電網(wǎng)接線示意圖如圖1所示。

圖1 昆明北部片區(qū)220 kV電網(wǎng)接線示意圖

1.2 現(xiàn)狀電源下受阻分析

經(jīng)計(jì)算分析，1）A～B～C～D環(huán)網(wǎng)：豐大方式下不存在主變受阻，送出斷面“220 kV AD線+220 kV AB線”、“220 kV AD線+220 kV BC線”斷面基本能滿足送出需求，“220 kV AD線+220 kV CD線線”斷面豐大方式下受阻98 MW左右。豐小方式下不存在主變受阻，受阻主要發(fā)生在以上三個(gè)送出斷面：其中“220 kV AD線+220 kV CD線線”受阻量最大，達(dá)255 MW。2）E片區(qū)：豐大方式下，E主變基本滿足送出需求；豐小方式下，E主變受阻131 MW。

綜上，現(xiàn)狀電源下昆明北部片區(qū)電網(wǎng)送出受負(fù)荷峰谷差較大的影響，受阻主要發(fā)生在豐水期出力較大而負(fù)荷低谷時(shí)段。

表1 現(xiàn)狀電源下各斷面受阻情況 單位：MW

1.3 規(guī)劃電源下受阻分析

經(jīng)計(jì)算分析，1）A～B～C～D環(huán)網(wǎng)：豐大及豐小方式下，“220 kV AD線+220 kV AB線”、“220 kV AD線+220 kV BC線”及“220 kV AD線+220 kV CD線線”斷面均存在不同程度的受阻，其中“220 kV AD線+220 kV CD線線”受阻量最大，豐大、豐小方式下分別達(dá)320 MW、477 MW。2）E片區(qū)：豐大及豐小方式下，E主變均存在不同程度的受阻，受阻量分別達(dá)94 MW、239 MW。

綜上，規(guī)劃電源下昆明北部片區(qū)電網(wǎng)豐期大小方式送出均存在嚴(yán)重受阻。由不同斷面的受阻增量值可知，A～B～C～D環(huán)網(wǎng)中受阻量主要出現(xiàn)在A及C片區(qū)。

表2 規(guī)劃電源下各斷面受阻情況 單位：MW

2 E片區(qū)近區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)分析

E變處于昆明東北部電網(wǎng)及N北部電網(wǎng)形成的多個(gè)電磁環(huán)網(wǎng)上：根據(jù)近區(qū)500 kV變電站目前規(guī)劃接入方案，該變投產(chǎn)后將斷開原D至F的電氣聯(lián)絡(luò)，形成 D～G、D～H、H～G、D～I(xiàn)的多個(gè)電磁環(huán)網(wǎng)。由于幾個(gè)電磁環(huán)網(wǎng)中大部分線路導(dǎo)線截面較?。?20 kV D～E～Y1電站線路、220 kVY2 電站 ～K～L～I(xiàn)線路為 400 mm2（極限輸送容量272 MW），Y2電站～Y1電站線路導(dǎo)線截面為300 mm2（極限輸送容量238 MW）。因此以上幾個(gè)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)均為弱聯(lián)系，如表3及圖1所示。

表3 E近區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)情況（白邑投產(chǎn)后）

圖2 E近區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)示意圖（無D～F線路后）

考慮未來昭通水電鋁大用戶投產(chǎn)，云貴互聯(lián)對貴州送電3000 MW，豐期滇西北水電大發(fā)的極限方式，會形成滇西北至滇中、滇東北主網(wǎng)架的大量潮流穿越。由于500 kV DG雙回線及GN雙回線存在部分同塔，一旦發(fā)生500 kV線路同塔N-1或500 kV線路N-2故障，會造成以上幾個(gè)弱聯(lián)系電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移，引起線路嚴(yán)重過載[7-11]。

對以上電磁環(huán)網(wǎng)形成后的豐大極限方式進(jìn)行潮流計(jì)算及500 kV線路N-2（或同塔N-1）故障分析。各種故障情況下線路的潮流轉(zhuǎn)移情況如表4所示：

1）500 kV DG雙回N-2故障會造成4.8%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kV D～E單回線，造成線路過載；

2）500 kV GN雙回N-2故障會造成5.5%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路過載；以及5.4%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kVY2～J單回線，造成線路滿載；

3）500 kV HI雙回N-2故障會造成7.3%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路過載；7.2%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kV Y2～J單回線，造成線路滿載；

4）500 kV HO雙回N-2故障會造成3.7%的潮流轉(zhuǎn)移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路滿載。

表4 N-2（或同塔N-1）故障下潮流轉(zhuǎn)移 單位：MW

綜上，若因近期變電站投產(chǎn)造成D～F線路電氣聯(lián)絡(luò)斷開，E變所處的昆明東北部、N變北部500/220 kV弱聯(lián)系電磁環(huán)網(wǎng)存在因潮流轉(zhuǎn)移引起的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，需采取措施解環(huán)相關(guān)電磁環(huán)網(wǎng)。

3 昆明北部電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化方案

針對昆明北部電網(wǎng)存在以上問題，分別從解決送出受阻及解決電磁環(huán)網(wǎng)問題角度提出下列網(wǎng)架優(yōu)化方案：

3.1 解決送出受阻方案研究

經(jīng)上文分析，昆明北部片區(qū)電網(wǎng)受阻主要有兩個(gè)制約因素：

1）A～B～C～D環(huán)網(wǎng)受阻制約因素為線路斷面輸送能力；

2）E片區(qū)受阻制約因素為主變?nèi)萘俊?/p>

以下針對兩個(gè)片區(qū)分別提出解決方案。

3.1.1 A～C～D環(huán)網(wǎng)片區(qū)

方案1：新建220 kV A～C～D單回線路，導(dǎo)線截面按2×300 mm2。如圖3所示。

方案2：新建220 kV C～D單回線路，導(dǎo)線截面按2×300 mm2。另將A片區(qū)部分小水電調(diào)整接入方案，改接至220 kV DZL～D送出線路。如圖4所示。

方案分析：方案1加強(qiáng)A～C～D線路后，原規(guī)劃電源下受限的三個(gè)斷面均加強(qiáng)為三回線，按線路N-1熱穩(wěn)極限控制，可滿足較大規(guī)劃電源量下送出需求。方案2中目前DZL～F送出線路還有161 MW的送出裕度。若能通過協(xié)調(diào)A片區(qū)各電源業(yè)主匯集130 MW左右的電源從該線路送出，則可解決A出口斷面受阻。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)DZL～F送出線路基本滿送時(shí)無明顯動穩(wěn)問題。另通過加強(qiáng)C～D線路可基本解決C出口斷面受阻。但方案2可行性受協(xié)調(diào)難易程度影響較大。

圖3 A～C～D解決受阻方案1

圖4 A～C～D解決受阻方案2

3.1.2 E片區(qū)

220 kV E變?nèi)诘谌_主變投產(chǎn)后，即在現(xiàn)狀容量2×150MVA基礎(chǔ)上新增1臺180MVA主變，可解決E主變現(xiàn)狀乃至規(guī)劃電源下受阻的問題：此時(shí)三臺主變N-1情況下主變上網(wǎng)能力為411 MW左右，規(guī)劃電源下最大送出需求389 MW。

3.2 解決電磁環(huán)網(wǎng)方案研究

3.2.1 通過調(diào)整E變運(yùn)行方式解決

從減少投資，調(diào)整現(xiàn)狀電網(wǎng)運(yùn)行方式的角度來看，考慮通過E變分列運(yùn)行將電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)。但經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該方案存在以下幾點(diǎn)問題：

1）E變220 kV側(cè)電氣主接線為單母分段帶旁路，如圖5所示。E變至M變和D變線路間隔均在II段母線上，至以禮河線路間隔在I段母線上，虛線部分為E三期尚未建成部分。

圖5 E220 kV側(cè)主接線形式

由于E變至M變和D變線路間隔均在同一段母線上，因此無法僅通過分段斷路器來斷開D～G弱電磁環(huán)網(wǎng)，需同時(shí)將D～E或M～E其中一回線路斷開才滿足要求。此分列方式，E擴(kuò)建后三臺主變分別由兩回220 kV線路接入系統(tǒng)：正常運(yùn)行方式下，由于Y2電站-J線路導(dǎo)線截面僅為400mm2，Y1、Y2電站送出電力已使線路滿載，會造成由Y1-E線路接入系統(tǒng)的E兩臺主變沒有上網(wǎng)裕度。另線路N-1及主變N-1故障均會造成分列后各供電片區(qū)失電。

2）若考慮裝設(shè)備自投裝置以解決故障下失電風(fēng)險(xiǎn)：由于E片區(qū)接入電源較多，還需設(shè)置連切裝置，相關(guān)裝置配置較為復(fù)雜，發(fā)生拒動誤動的風(fēng)險(xiǎn)較大。

3）若考慮調(diào)整E變現(xiàn)有220 kV出線間隔以滿足斷環(huán)：從實(shí)施條件來看，由于E至M和D的線路在出線段存在同塔雙回，調(diào)整間隔會造成E變?nèi)就ｋ?。而E變110 kV出線以輻射供電為至，負(fù)荷難以轉(zhuǎn)移，全站停電將導(dǎo)致昆明東部片區(qū)大面積停電，工程實(shí)施難度較大。

綜上，采用調(diào)整E變運(yùn)行方式來解決電磁環(huán)網(wǎng)問題可行性較差。

3.2.2 通過網(wǎng)架優(yōu)化方案解決

表5 E近區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)情況（網(wǎng)架優(yōu)化后）

以減少電磁環(huán)網(wǎng)中弱線路為目標(biāo)對近區(qū)網(wǎng)架進(jìn)行優(yōu)化，提出如下方案：擴(kuò)建500 kV P開關(guān)站一臺主變，同時(shí)新建P至周邊變電站220 kV出線，即E～P單回，J～P單回，K～P單回線路，導(dǎo)線截面均按2×400mm2考慮。

此網(wǎng)架形成新電磁環(huán)網(wǎng)，如表5及圖6所示。為降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，建議斷環(huán)點(diǎn)設(shè)在D～E、L～K線路。

方案分析：對新電磁環(huán)網(wǎng)形成后的豐大極限方式進(jìn)行潮流計(jì)算及500 kV線路N-2（或同塔N-1）故障分析。各種故障情況下線路的潮流轉(zhuǎn)移情況如表6所示：經(jīng)計(jì)算，近區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)生500 kV雙回線N-2（或同塔N-1）故障，不會造成相關(guān)220 kV線路過載。

圖6 E片區(qū)網(wǎng)架優(yōu)化方案

4 結(jié)束語

本文對昆明北部片區(qū)電網(wǎng)送出受阻問題及電磁環(huán)網(wǎng)問題進(jìn)行分析，提出了針對性的網(wǎng)架優(yōu)化方案。得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

1）A～B～C片區(qū)所提出的兩個(gè)解決受阻方案：方案1可以解決較大規(guī)劃電源量下各斷面受阻。方案2需協(xié)調(diào)A片區(qū)不同電源業(yè)主以實(shí)現(xiàn)電源改接，但對電網(wǎng)新增建設(shè)內(nèi)容較少。建議關(guān)注該片區(qū)規(guī)劃電源投產(chǎn)進(jìn)度，以及相關(guān)電源業(yè)主改接電源以減輕受阻的意愿。當(dāng)規(guī)劃投產(chǎn)量較小時(shí)建議選擇方案2，規(guī)劃投產(chǎn)量較大時(shí)建議選擇方案1。E片區(qū)主變上網(wǎng)受阻可通過建成E三期解決。

2）若因近期變電站投產(chǎn)造成D～F線路電氣聯(lián)絡(luò)斷開，E變所在昆明東北部及N北部電網(wǎng)將形成多個(gè)弱電磁環(huán)網(wǎng)，該電磁環(huán)網(wǎng)問題難以通過E變調(diào)整運(yùn)行方式分列運(yùn)行解決。建議采用網(wǎng)架優(yōu)化方案，即擴(kuò)建P一臺主變并新增相應(yīng)的220 kV線路。經(jīng)計(jì)算分析，該方案實(shí)施后，在合理的運(yùn)行方式下該片區(qū)弱電磁環(huán)網(wǎng)得到改善，因500 kV線路N-2（或同塔N-1）引起潮流轉(zhuǎn)移過載問題消除。