淺析電網分區間負荷的快速轉移

　　摘 要： 隨著電網規模的不斷完善和發展，500kV環網方式逐漸成為大網架結構，220kV系統以分層分區方式運行。這種方式下，分區間的功率互補是緩解功率缺額的重要手段。本文概述了220kV電網分層分區的格局下在發生緊急情況時各分區負荷快速轉移的手段，以及分區間備用聯絡線的構建，確保能將負荷損失降低至最小。
　　關鍵詞：分區 負荷 轉移 備用聯絡線
　　中圖法分類號: TM71文獻標識碼 ：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　隨著電網規模不斷擴大，一般地說，電網承受單一故障的能力將越來越強，但是發生災難性大停電事故的危險性也越來越嚴重，因此應將如何防止發生系統崩潰作為大電網規劃的首要目標.。再者，隨著500kV電網的不斷發展和完善，當前電網已經逐步形成了以500kV環網為主網架，同時也伴隨著電網短路容量超標的尖銳矛盾，這一問題嚴重影響電網的安全穩定運行。因此不可避免的，在220kV電網降為地區電網的同時，逐步實行以500kV變電站為核心的電網分層分區運行。這種方式不但有效降低了短路電流，而且解決了電磁環網的不穩定問題，降低了輸電損耗，極大地提高了輸電能力，對電網的安全穩定運行起到了極其重要的作用。電網分層分區運行后，當某一分區因事故產生緊急功率缺額時，通過分區之間備用聯絡線提供緊急功率支援和快速的負荷轉移是除拉限電之外降低功率缺額的重要措施，這對于落實優質供電服務承諾有著尤為重要的意義。
　　
　　1． 電網分區概述
　　1.1 分區定義
　　《電力系統安全穩定導則》提出了明確要求：“在規劃電網結構時，應實現合理的分層分區原則，運行中的電力系統必須在適當地點設置解列點并裝設自動解列裝置，當主系統發生穩定破壞時，能夠有計劃地將系統迅速而合理地解列為供需盡可能平衡而各自保持同步運行的兩個或幾個部分。”
　　電力系統的分區是一個電的概念，是以受端系統為核心，將外部電源連接到受端系統，形成一個供需基本平衡的區域，并經聯絡線與相鄰區域相連。按照分區的概念，在一個受端系統的內部，實際上是以最高等級線路（500kV）為骨干網絡組成區域系統，并以樞紐變電所或大型發電廠電源為中心，用次一級輸配電壓線路(220kV 等)將附近的負荷和地區電源連接在一起，成為一個獨立的供電子系統。如此而下，形成若干個由上而下的輻射狀的，相對獨立，又能相互支援的供電分區結構。
　　現階段分區劃分主要以一個或若干個500kV變電站作為主要供電電源，經一個或多個220kV樞紐變，配合本地區內部的大容量發電廠，將220kV電網劃分為若干個相對獨立的供電分區，如下圖1所示。
　　
　　圖1 電網分區構架
　　1.2 分區間聯絡線
　　電網分區不能簡單地按照行政轄區分割電網，合理的分區應當盡量使區內的負荷與裝機基本平衡，這樣當系統正常運行時可以減少分區之間的功率交換，當系統一旦發生穩定破壞，分區解列后能夠保持獨立穩定運行。其次，還應兼顧己經建成的網絡結構，最大限度地發揮其作用，盡量避免浪費。分區內的電網結構要滿足即使在比較嚴重事故的沖擊下，同一分區內的所有發電機組應能保持同步運行，區和區之間界面要清晰，聯絡線回路數和并列點不宜太多，一旦系統發生穩定破壞，應保證在預定地點迅速而準確地解列。
　　
　　
　　圖2 分區聯絡圖
　　分區間聯絡線主要承擔以下功能：
　　（1）作為系統聯絡通道，在500kV主變檢修或其它重大檢修時，將兩個相鄰分區合環運行。
　　（2）作為分區間調整負荷的備用線路，當某一分區出現大機組跳閘等原因造成分區供電能力不足時，由相鄰分區通過聯絡線轉供負荷。
　　1.3 分區間聯絡的一、二次設備狀態
　　設備一次狀態：
　　原則上一般一側開關充電運行，一側開關熱備用（如圖3）；而雷雨季節對于兩側未安裝避雷器的線路應按照雷季運行方式的要求將線路改為冷備用狀態。充電端的選擇也有一定的原則，盡量避免由電廠、饋供變、樞紐變側充電；盡量安排熱備用側變電站有人值班。
　　
　　
　　圖3 備用聯絡線一次狀態
　　設備二次狀態：
　　充電側：兩套距離、方向零序保護啟用聯絡線定值，但應將其中一套距離、方向零序保護按饋供方式進行定值更改(做好聯絡線定值備用區)、綜合重合閘停用、兩套快速保護投跳。
　　熱備用側：兩套距離、方向零序啟用聯絡線定值(一套距離、方向零序保護做好饋供方式定值備用區）、綜合重合閘停用、兩套快速保護投跳。
　　雷雨季節需改為冷備用時，線路兩側開關保護不做調整。
　　
　　2． 各分區負荷轉移方向
　　在電網某一分區進行重大計劃檢修時，因有功率缺額就需要進行適當的運行方式調整以實現與該區電源、負荷的功率平衡，若不能滿足，則須進行錯峰、限電等措施。
　　因此，各分區間備用聯絡線的存在對電網的穩定運行、用戶的可靠供電有著重要的意義。而如何實現緊急事故情況下分區負荷的快速轉移、相鄰分區的緊急支援，成為解決該問題的關鍵所在。
　　目前電網某一分區出現功率缺額時主要考慮將負荷向相鄰分區轉移，一般手段是啟用備用聯絡線，由相鄰分區供變電站一臺220kV主變，該變電站220kV母線分排運行。在220kV手段用盡時也可以考慮配網方式的調整，盡量將功率缺額分區的負荷往充裕分區切割，當然這種手段效果不是很明顯。
　　負荷轉移方向的選擇應充分考慮可靠性、快速性等因素：
　　可靠性是指盡量避免一線帶兩變、線路兩級饋供等薄弱方式的出現；
　　快速性是指能用最少的操作實現一次方式的調整和二次方式的配合，使轉移的負荷立即能滿足功率缺額要求。
　　
　　3． 負荷的快速轉移
　　在電網發生緊急事故的情況下，為了滿足電網安全穩定的要求，必須在較短的時間內實現負荷轉移，否則可能導致對用戶拉限電這樣極端措施的發生。分區負荷的快速轉移主要分為兩個層面，一是220kV主網層面的負荷轉移，二是110kV及以下配網層面的負荷轉移。
　　3.1220kV負荷快速轉移
　　220kV負荷轉移就是利用分區間220kV備用聯絡線實現出現功率缺額的A分區一條220kV母線或主變由B分區供電，操作上與220kV聯絡線和變電站正常一、二次方式有直接的關系。
　　下面以A分區由于事故引起一臺主力機組跳機時，造成該分區功率嚴重缺額，必須將可轉移的負荷相應劃至相鄰B分區供，以避免大規模的拉限電。以處于分界點的220kV變電站方式變化為例，正常方式如圖4所示，該站T1、T2均由A分區供電，備用聯絡線1（連接B分區）熱備用。正常方式下將環網線1熱倒至副母后，合上備用聯絡線1開關（合環），拉開母聯2510開關（解環），即可將T1快速劃至相鄰B分區供，緩解了A分區一臺220kV主變負荷的缺額，調整后的方式如圖5所示。
　　
　　圖4 分界變電站正常方式 圖5 分界變電站調整后方式
　　
　　3.2 110kV及以下負荷快速轉移
　　110kV及以下負荷是分區負荷快速轉移的延伸與再調整，其意圖是，如當A分區某一220kV主變（#1主變）由B分區通過兩分區之間備用聯絡線供電（即一個變電站內兩主變分別由兩分區供電）時，在不致該主變過載及盡量滿足供電可靠性的前提下，A分區內與該主變相鄰的負荷（例如Y站負荷或#2主變中低壓側負荷）盡量轉由該主變供電，以緩解A分區的功率缺額，最大限度的降低A分區可能的拉限電負荷數量，如圖6所示。在500kV系統環網方式下，其中#2主變中低壓側負荷可以由倒排實現負荷切割，必要時可以通過啟用解列保護實現合解環操作；而相鄰變電站的負荷一般可以通過110kV及一下聯絡線切換。
　　
　　
　　圖6 110kV及以下負荷快速轉移
　　4 對策與建議
　　4.1備用聯絡線的建設
　　在構建220kV分區時，首先需要平衡各分區的電源，一般以1至2個500kV變電站為核心展開，從而考慮220kV備用聯絡線的建設與選擇，使得電網突發事故時能有多條路徑選擇。而備用聯絡線的最佳狀態即為一側充電另一側熱備用，從而合上熱備用側開關即可帶上負荷，因此該備用聯絡線兩側應安裝線路避雷器，防止雷季方式的調整影響設備操作時間；線路本身應考慮大功率導線，防止由于限額的原因限制負荷轉移。
　　從110kV角度來所，110kV及以下聯絡線的建設也是至關重要，由于110kV線路占地小，走線經濟，并且聯絡方便，若能權衡經濟性和可靠性，適當在兩分區間建設聯絡線，并且盡量切割多于一臺的主變至該聯絡線，以作為重大檢修方式下負荷轉移的手段。而本身線路的選擇也應參照220kV聯絡線，盡量選擇大功率導線以及兩側按照線路避雷器。
　　4.2方式安排
　　從正常運行方式安排來說，為實現快速轉移，將備用聯絡線一次狀態放在充電狀態是不二選擇。而二次方面，由于多數情況是由備用線路饋供主變，應盡量安排一套線路保護放在饋供線定值。對于分區交接點的220kV主變，在保證可靠性和平衡性前提下，盡可能多將負荷劃至與備用聯絡線同一母線的主變。
　　從設備二次狀態來說，隨著設備保護配置越來越完善，220kV線路一般運用光纖保護較為普遍，由于光纖保護原理簡單，不受單側電源運行方式的影響，對于備用線路發生故障時，都能正確動作，因此在啟用備用聯絡線后只需將該線重合閘停用即可（而充電線路重合閘本身停用）。這樣可大大節省操作時間，達到負荷快速轉移的目的。
　　4.3操作
　　操作方面，若能在上述方式安排條件下，由于有相關保護配合，可以盡可能安排監控遙控操作，先進行一次方式的調整，以實現負荷快速轉移，后進行二次配合調整；或者在分界點變電站安排操作隊等，能夠快速實現設備的操作和檢查。
　　針對上文中如圖4所示分界變電站的方式下安排的操作，由于需要經過倒排這個較慢且需要值班員現場操作的過程，大大影響負荷轉移時間，在緊急情況且網絡結構及潮流允許條件下，可通過短時拉開該母線上其它出線開關的方式來實現快速轉供負荷，待與母聯開關合解環結束后將短時拉開的開關冷倒至另一條母線后改為合環運行。即：合上備用聯絡線1開關（合環），拉開環網線1開關（解環），拉開母聯2510開關（解環），這些操作均可由監控遙控操作，此操作過后已實現將T1主變負荷快速轉至相鄰分區的目的。而待值班員至現場后可將環網線1開關冷倒至另一母線改為運行后與系統合環，實現如圖5所示方式。
　　
　　5 結束語
　　由于電網是在不斷發展的，往往近期的需要與遠期目標存在一定矛盾，應當在解決電網近期存在問題，加強網架結構的同時，結合中、遠期目標網架，做到統籌安排，合理布局。本文淺述了電網分區的基本情況及分區間的負荷轉移，希望能夠起到拋磚引玉的作用，與各位同行進行粗淺的探討、交流。
　　
　　參考文獻
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