浙江電網網架結構及分層分區方式研究

孫維真，葉 琳，王 超，吳一峰

（浙江電力調度通信中心，杭州 310007）

隨著浙江電網大量電源的投產和500 kV主網架的迅速擴張，短路電流超標現象日益嚴重[1-2]，電網被動進行分層分區[3]，導致局部220 kV電網可靠性有所降低，還造成局部220 kV電網穩定運行和檢修方式安排困難、供區間缺乏轉供能力、相當數量的變電站在單一元件檢修時存在停電可能等一系列問題。

結合浙江電網的運行實際，并借鑒國內外電網建設與運行經驗[4-5]，筆者認為，在電網的規劃與運行當中，需要統一安全穩定標準，明確分層分區思路，并重點考慮以下4條基本原則：

（1）正常（含計劃檢修）方式下滿足N-1方式校驗。

（2）既要降低短路電流水平，又要保證供電可靠性。

（3）考慮分區間具備50%的轉供能力。

（4）便于安全穩定第三道防線的實施。

基于以上原則要求，本文根據 《電力系統安全穩定導則》的相關規定，對浙江電網220 kV網架架構及分層分區進行了研究探討。

1 浙江電網分層分區方式

1.1 220 kV母線分裂運行方案

500 kV變電站220 kV母線分裂運行是控制短路電流必需而又有效的措施。隨著浙江電網的不斷發展，500 kV短路電流持續上升是必然的趨勢，尤其是特高壓電網的建設進一步增加了500 kV的短路電流水平。仿真分析表明，全國特高壓聯網后浙江電網大部分500 kV變電站的短路電流將升至60 kA左右。

以4臺1 000 MVA主變并列運行的獨立供電區域進行研究計算，計算中考慮500 kV母線短路電流水平接近設備遮斷容量 （63 kA），供區內僅1臺600 MW機組接入，220 kV變電所考慮適量的地區小電源接入。當500 kV主變Uk（高-中）為16%時，各臺主變提供的220 kV短路電流達到12 kA，220 kV母線短路電流超過設備遮斷容量 （50 kA）；若供區內接入機組容量大于600 MW或500 kV主變的Uk（高-中）小于16%，則短路電流水平進一步升高。根據上述短路電流計算結果，4臺1 000 MVA主變不宜并列運行，需考慮220 kV母線分裂運行 （即4臺主變兩兩分裂運行）的方案，具體討論如下。

方案1：500 kV變電站220 kV母線分裂運行，且通過遠端220 kV網架實現220 kV I段母線和II段母線供區之間的聯合運行，220 kV聯絡通道按3個雙回線路通道配置，則220 kV母線短路電流降低約9 kA。

方案2：500 kV變電站220 kV母線分裂運行且通過220 kV網絡實現與另一500 kV變電所的部分供區之間的聯合運行，220 kV聯絡通道按3個雙回線通道、聯合供區按4臺1 000 MVA主變配置，則220 kV母線短路電流可降低約8 kA。

因此，若500 kV以及220 kV網絡結構強度、500 kV主變參數、供區內機組接入以及地區小電源均按同等條件考慮，則上述兩種方案在抑制短路電流水平方面效果基本相當，即均可將220 kV母線短路電流限制在合適的范圍。

1.2 對2種方案的討論

方案1是500 kV變電站單獨分區，同一個500 kV變電站的220 kV兩段母線分裂運行，布置若干局部樞紐變，并在遠端合環以提高分段母線的供電可靠性，其示意圖如圖1（a）所示。該方式也可稱為 “獨立2+2”分區模式。

方案2是兩個500 kV變電站聯合分區，其中一個500 kV變電站的220 kV兩段母線分裂運行，并在遠端與另一個500 kV變電站的220 kV分裂運行母線分別合環，中間設置若干局部樞紐變電站。這種方式既保證了220 kV分段母線運行的可靠性，又同時具有兩個不同的500 kV變電站，供電可靠性高，其示意圖如圖2（a）所示。該方式也可稱為“聯合2+2”分區模式。

圖1 “獨立2＋2”分區模式（方案 1）

圖2 “聯合2＋2”分區模式（方案2）

對方案2而言，存在同一供區內的電磁環網問題，為避免對電網安全穩定運行造成影響，建議供區至少保留4回對外的220 kV聯絡線。這樣，一般情況下500 kV設備檢修時，方案2的分區220 kV接線方式也無需進行調整。

方案1與方案2的分區結構在一定條件下通過內部樞紐變電站能夠相互轉換，或組合成其它形式的分區方式，以滿足電網發展不同階段、不同檢修及事故后運行方式的需要。考慮到特高壓電網投運后將圍繞特高壓落點形成較為集中的500 kV變電所供區[6]，不同特高壓供電區域之間的500 kV變電所供區不宜采用方案2。對500 kV弱聯系的電網而言，建議優先考慮采用方案1的接線方式。

2 電網供電能力

各分區500 kV變電容量應滿足以下要求：

（1）各分區500 kV主變臺數應不少于3臺。應當注意500 kV主變數量受短路電流的制約。電網分層分區運行后，各分區內發電廠提供的短路電流相對固定，分區電網的短路電流增長主要與500/220 kV系統的等值阻抗有關，該等值阻抗與主變數量成反比。

（2）應保證各分區與主網的500 kV聯絡線數量。對2種模式的接線方式而言，各分區與主網的500 kV聯絡線數量都不應少于3條。

（3）500 kV主變N-1故障后，各分區剩余主變的事故后過負荷能力之和，應不小于各分區的最大受進電力需求。

（4）各分區500 kV主變的供電能力，應能滿足最大高峰負荷下分區內最大容量機組跳閘后的供電需求。

（5）各分區500 kV主變的變電容量應考慮一定的容載比。

電網分層分區運行后，由于各分區的負荷水平、負荷特性、裝機容量和增長速度不同，應根據各分區的情況分別確定500 kV變電容量的容載比。

3 分區轉供能力與供電可靠性

電網結構應滿足以下要求：

（1）各分區之間應有足夠容量的4條以上220 kV備用聯絡線 （因為4條220 kV線路的輸送能力與1臺1 000 MVA容量的主變供電能力相當），在500 kV主變檢修或N-1方式下投入運行以轉供部分220 kV變電站。如果因條件所限，備用聯絡線條數不足4條，建議采用線徑較粗的導線以提高輸送能力。

（2）應結合220 kV分層分區統一規劃110 kV電網建設。加強分區內220 kV變電站之間110 kV備用聯絡線的建設，但各500 kV分區之間不宜再建設110 kV備用聯絡線，各分區之間現有的110 kV備用聯絡線也應通過規劃和技術改造逐步退出運行，以避免220 kV主變、線路等元件檢修時倒110 kV負荷還需要短時500 kV/220 kV電磁環網。

（3）各分區之間的220 kV備用聯絡線兩側應安裝避雷器，正常方式下處于充電運行狀態，便于調度運行的解合環操作。

4 大容量機組接入220 kV電網方案

當前浙江電網220 kV的電氣聯系較為緊密，600 MW機組接入220 kV電網的穩定問題不是特別突出，但存在檢修方式下的局部電網小系統問題。600 MW機組接入電網的模式主要考慮以下兩種：

方案1：通過2回220 kV線路接入220 kV電網。

方案2：通過4回220 kV線路分別接入2個220 kV樞紐變電站。

具體選擇哪種接入形式，要視電網的實際結構而定。但在有條件的情況下，在電網規劃時，應盡可能考慮600 MW機組通過4回220 kV線路接入220 kV電網，以提高電源接入的可靠性。

600 MW機組接入220 kV系統的優點是就地平衡負荷，降低了供區內500 kV主變的下送潮流。但對接入500 kV系統和220 kV系統的電源比例要做統一規劃和全局考慮，特別要在電網規劃階段加強對這方面的研究。另外，要著重考慮區域內500 kV主變和機組的N-1問題，對于方案1的接入方式，特別要考慮在線路檢修方式下，一旦電源送出線跳閘導致機組全部失去時，要保證500 kV主變下送潮流不超主變短時過負荷能力。

5 無功電壓配置與運行控制策略

為確保分區的電壓穩定水平，在增加系統無功補償的同時，還應研究在缺乏必要電源支撐的重負荷地區裝設動態無功補償裝置的必要性和最優配置方案，且每個分區都應配置足夠容量的低壓減載裝置。

當分區內部電壓支撐能力不足時，如再發生大機組因過激磁保護動作過早跳機，可能導致分區電網的崩潰。因此，需要合理設計機組過勵限制和過勵磁保護邏輯及定值，分區低壓減載定值也應與機組過勵限制和過勵磁保護定值相配合。

國家電網公司 《電力系統電壓質量和無功電力管理規定》[7]對電網電壓合格率提出了更高的要求（尤其是電壓波動合格率），雖然目前尚未明確使用新規定對同業對標和業績考核電壓合格率進行統計考核，但應當及早研究確定對策，做好管理與技術等方面的準備。為此，還應重點考慮以下內容：

（1）在規劃設計和技術改造中重視無功配置，保證在負荷高峰和低谷運行方式下分層和分區的無功平衡，為電網的電壓調節預留一定的控制手段，尤其要重視感性無功補償設備的配置和運行，實現500 kV主變有載調壓。對各級電網的無功電壓補償和調節設備，在基建和技改時應盡量選擇高質量產品，在生產運行中對損壞的設備應及時修復，以提高無功電壓調節設備的可用率。

（2）加強水電廠調相、進相運行管理。考慮到部分水電廠與主網的聯系相對薄弱，在水電機組運行時可以利用機組的無功調節維持電廠高壓母線電壓的相對穩定，當水電機組退出運行時則電廠沒有任何調節能力，其電壓波動較大，特別是機組突然退出運行時可能產生較大的電壓波動。所以，水電機組在不發有功時可采用調相、進相等運行方式以維持電壓的平穩。

（3）加快省地（縣）自動電壓控制（AVC）系統建設，加強省地AVC系統的在線協調控制，加快電廠AVC子站和地區電網AVC系統建設，并加強與華東網調無功電壓管理的協調，爭取在浙江AVC系統對500 kV變電站的自動電壓控制上得到華東網調的支持。

（4）積極研究和應用新技術和新設備。主動開展日電壓波動預測研究，積極研究和應用SVC，SVG及可控電容/電抗器等新技術和新設備。

6 正常頻率運行策略

6.1 低頻減載配置

（1）低頻減載分配方案既要滿足大電網運行的要求，還應滿足分區后各分區電網運行的要求，應合理分配低頻減載各輪次的切負荷量。

（2）考慮到大電網分區解列時頻率下降速度很快，需要縮短低頻減載裝置的動作時限以抑制頻率的快速下降，并采取其他措施來加速負荷的切除。

（3）低頻減載方案中的動作頻率必須與大機組的低頻保護定值密切配合，防止大機組在低頻運行時過早跳機。

6.2 高頻切機配置

對于存在功率過剩問題的分區，為避免分區解列后的高頻問題，除安排一定的低頻減載容量外，還需要在分區內選擇部分機組實施高頻切機功能，根據最大可能過剩功率確定高頻切機容量并分配到各輪次。此外，還要根據過剩功率與分區機組容量的比例合理選擇各輪次的間隔時間，并適當采取其他措施來加速機組的切除。

7 結語

對浙江電網220 kV網架結構及分層分區原則進行了探討，對兩種不同的分區模式進行了比較，并指出“獨立2+2”分區模式更適于特高壓電網投產后采用；對電網分區轉供能力與供電可靠性、電網供電能力進行了研究，對各分區500 kV變電容量提出了要求；此外，還討論了大容量機組接入220 kV電網方案、無功電壓配置與運行控制策略、正常頻率運行策略等問題，并提出相關建議，有助于浙江電網的規劃與運行。

[1]李繼紅，黃良寶，徐 謙，等.一種降低短路電流水平的措施——母線分裂運行[J].電力系統自動化,2001,（14）:62-63,71.

[2]梁紹斌，李繼紅，毛雪雁.浙江電網控制系統短路電流的探索與實踐[J].華東電力，2006，34（8）:26-30.

[3]戴 彥，李繼紅.分層分區在浙江電網的應用[G].第二十八屆中國電網調度運行會收錄論文集.北京:中國電力出版社，2003.

[4]North American Electric Reliability Council(NERC)[S].Planning Standard，1997.

[5]滕 林，王 剛，仇玉萍，等.安徽500 kV/220 kV電網分層分區的初步設想[J].華東電力，2006，34（11）:56-59.

[6]王 超，陳為化，艾 琳.浙江電網開展特高壓建設的研究[J].浙江電力， 2009，28（1）:28-30， 56.

[7]國家電網公司.國家電網公司電力系統電壓質量和無功電力管理規定[S].2009.

[8]中華人民共和國國家經濟貿易委員會.DL755-2001中華人民共和國電力行業標準電力系統安全穩定導則[S].北京：中國電力版社，2001.