基于特高壓骨干電網的500 kV省際聯絡線調整研究

毛雪雁，孫黎瀅

（浙江省電力公司，杭州 310007）

1978年以來，浙江經濟保持了較高的發展速度，電力負荷同步快速增長。據預測，遠景浙江省全社會最高負荷將達到10萬MW以上。然而，浙江省地域面積小、一次能源缺乏，僅靠本省能源發電遠遠不夠，需要有大容量的區外電力輸入，以滿足浙江省的電力需求。根據電網規劃,“十二五”末需從省外受入的電力約為2萬MW，除了通過500 kV輸電線路外，通過特高壓交、直流輸電是較好的方式。

交流特高壓電網在加強電網結構的同時，會帶來系統短路電流增大、形成特高壓與超高壓的電磁環網、潮流不易控制等不利影響。因此，深入分析這些影響，對交流特高壓骨干電網投產后的超高壓電網進行適當的電磁解環研究，對于保證電網安全穩定運行具有重要意義。

1 特高壓交流電網對超高壓電網的影響

覆蓋華中、華北、華東電網的“三華”特高壓交流電網建成投產后，原來彼此獨立的3個大型電網便聯結在一起，形成了以特高壓電網為骨干網架的超大規模交流同步電網。由此，送、受端之間的大容量輸電任務可以從超高壓電網轉移到特高壓電網，能更有效地利用整個電網中的各種發電資源，提高互聯電網的可靠性和穩定性[1]。

但超大規模的交流聯網在實現遠距離、大容量輸電的同時，也會帶來一些問題[2]，主要是：短路電流水平升高；有可能發生聯絡線功率低頻振蕩；可能使某個系統中的故障傳遞到另一個系統，引起連鎖反應等。

根據電網規劃，浙江省將在“十二五”期間建設3座特高壓交流變電站、4個特高壓交流省際聯絡通道，同時還將有溪洛渡和寧東2個特高壓直流落點。加上目前浙江電網與上海、江蘇、安徽和福建電網相連的9回500 kV省際聯絡線，“十二五”末浙江省與省外電網的聯絡通道共有11個，各通道分布見圖1。

圖1 特高壓骨干網建成后浙江電網省際聯絡線示意圖

本文將以浙江電網2015年為計算水平年展開分析。在該水平年的峰荷典型潮流方式下，浙江電網各省際聯絡線的潮流分布如表1所示。

表1 2015年浙江電網省際斷面潮流分布

在特高壓骨干電網的支撐下，浙江電網的受電能力大大增強。仿真分析的結果表明，當失去任一特高壓省際通道時，電力受入仍然能夠得到保障。

對浙江電網而言，首先要解決的是短路電流過大問題，這是電網規劃、設計、運行中必須重點研究與解決的主要問題之一。以浙北電網為例，由于處于華東電網的中心區域，結構緊密，500 kV上網的電源較多，因而電網短路電流水平很高，多個變電站因短路電流接近63 kA而不得不采取各種措施，新增變電站或電源的接入系統方案則總是受到短路電流的掣肘而困難重重。

特高壓交流站的建設加劇了短路電流與輸電能力的矛盾。對特高壓浙北站幾種不同出線方案的研究分析顯示，特高壓浙北站接入后，浙北500 kV電網的短路電流明顯上升。特高壓站500 kV出線達到6回后，與特高壓站直接相連的500 kV變電站母線三相短路電流上升3.6～17.4 kA，不與特高壓站直接相連的變電站如喬司變電站，短路電流上升10.7 kA；浙南的涌潮變電站短路電流上升4.5 kA，蘭亭變電站短路電流上升2.8 kA。即使重新調整電網結構，全省仍有多個500 kV變電站的短路電流接近60 kA。

2 500 kV電網省際聯絡線調整方式研究

2.1 500 kV電網省際聯絡線作用分析

交流特高壓電網建設初期，超高壓電網仍需維持強聯系，完成省際電力交換的輸電任務，并提供事故情況下的緊急支援。但特高壓骨干電網形成后，華東各省電網之間建立了交流特高壓輸電通道，事故情況下可以提供的緊急支援更為有力。同時，直流特高壓輸電系統建成后，承擔了大容量功率的遠距離傳輸任務，超高壓電網的省際聯絡線地位將有所下降，因此可以考慮逐步與特高壓電網解環運行，從而降低短路電流，為超高壓電網的運行留出更大空間。

在浙江的幾個省際超高壓聯絡通道中，安徽、江蘇方向的聯絡線功率通常為浙江受入，上海方向的聯絡線功率通常為浙江送出，福建方向的聯絡線功率有不確定性。隨著特高壓工程在上海及其周邊電網的建設，上海電網對浙江500 kV聯絡線輸電的依賴也明顯降低。此外，由于江蘇電網的短路電流水平過高，根據華東電網有關部門的運行方式安排，2010年正常方式下已將瓶窯—武南的雙回500 kV線路開斷一回，保持一回聯絡線運行。

因此，省際500 kV聯絡線逐步調整、解環，選擇合適的運行方式，既有必要也有可能。

為控制浙北電網的短路電流水平并保持浙江電網有足夠的受電能力，結合特高壓骨干電網形成后浙江周邊電網的發展情況，本文主要研究兩種聯絡線調整方式，即：

方式一：開斷全部省際500 kV聯絡線，浙江電網僅通過特高壓聯絡線與華東、華中電網相連。

方式二：開斷浙江—江蘇、浙江—上海兩個方向的500 kV聯絡線，浙江電網與華東500 kV電網部分分區。

2.2 聯絡線調整對短路電流的影響

對2015年省際聯絡線多種調整方式下短路電流變化情況的計算表明，開斷江蘇、上海方向的省際聯絡線可以使浙北電網的短路電流大幅度降低，在特高壓浙北站4回線送出的方式下，浙北電網各500 kV變電站的三相短路電流可以下降1.0～14.5 kA，對短路電流水平踞高不下的瓶窯變電站來說效果尤其明顯。除喬司變電站為55.6 kA以外，其他變電站的短路電流均為50 kA左右或更低。考慮特高壓站有6回或8回線路送出的方案，開斷兩個方向的省際聯絡線對降低短路電流的好處是顯而易見的，不同變電站的短路電流下降幅度在1.7～14.7 kA。

如果開斷全部省際500 kV聯絡線，短路電流的控制效果更優，各種系統接線方案下，短路電流降低幅度達1.6～21.2 kA。

兩種聯絡線調整方式對短路電流的影響結果見表2、表3。

2.3 聯絡線調整對電網潮流的影響

聯絡線調整前后，浙江電網與鄰省電網之間的潮流方向并未發生變化，向上海、福建電網仍為送出，從其他電網仍為受入。考慮直流線路為定功率控制，聯絡線開斷前后直流通道上的潮流無變化。

調整方式一的潮流計算結果表明，各特高壓省際通道上的潮流均有不同程度的變化，其中浙江—福建通道的潮流增加了34%，達到3 350 MW；而輸送潮流最大的浙北—安徽通道，只增加了4%，達到7 836 MW。所有特高壓線路均未超過熱穩定限額。

表2 開斷全部省際聯絡線的短路電流下降值 kA

表3 開斷兩個方向省際聯絡線的短路電流下降值 kA

調整方式二的潮流計算結果表明，原來的浙江—江蘇、浙江—上海兩個通道上的潮流差額基本上都轉移到特高壓浙江—上海通道上，潮流增大約400 MW，其他通道上的潮流變化不大。沒有熱穩定問題。

2.4 聯絡線調整對電網穩定性的影響

2.4.1 特高壓直流單極或雙極閉鎖的穩定性分析

省際500 kV聯絡線調整前，在寧東直流發生單極或雙極閉鎖、溪洛渡直流發生單極閉鎖的故障方式下，系統能保持穩定運行；溪洛渡直流雙極閉鎖時，系統不穩定。如果在溪洛渡直流雙極閉鎖后0.2 s切除溪洛渡5臺700 MW機組，系統能夠保持穩定。若寧東直流和溪洛渡直流同時發生雙極閉鎖，需切除溪洛渡6臺700 MW機組后，系統才能逐步恢復穩定。浙江省內任一特高壓直流發生單極或雙極閉鎖，不會引起另一個直流閉鎖。

浙江省內直流發生閉鎖時需從省外輸入更多的潮流，連接上海、福建的通道上輸出潮流有所減小，從安徽、江西受入的潮流有所增大，有些工況下潮流會發生反向：當寧東直流發生單極或雙極閉鎖時，浙江—江蘇線路上的潮流從輸出轉為受入；當兩個直流同時發生雙極閉鎖時，浙江—上海特高壓線路的潮流也由輸出轉為受入。此外，浙江省內直流發生閉鎖時，還將影響浙江電網的受電能力。特別是兩個直流系統同時發生閉鎖時，潮流大量轉移到特高壓交流線路上，特高壓的下送潮流將顯著增大。

無論采取何種聯絡線調整方案，特高壓直流閉鎖都不會引起新的系統失穩問題（聯絡線調整前后，溪洛渡直流雙極閉鎖時均需送端切機）。

與聯絡線調整前相比，聯絡線調整后直流系統閉鎖造成的線路潮流變化更大，特別是按照方式一調整聯絡線，兩個直流系統同時雙極閉鎖時，浙江—安徽特高壓通道潮流超過12 000 MW，主變壓器超載倍數接近1.5。調整方式二的情況要好于方式一。

2.4.2 特高壓交流通道（雙回線）故障時的穩定性分析

調整方式一時，若浙江—安徽特高壓通道雙回線路故障，系統將失穩，其他通道故障時系統能保持穩定。

采用調整方式二時，特高壓通道故障不會引起系統失穩。浙江—江西通道故障時，浙江—安徽通道的潮流最大，約為8 500 MW，但未超過熱穩定限額。

2.4.3 特高壓交流線路單一故障時的系統穩定性分析

特高壓交流線路單回線故障時，對500 kV省際聯絡線調整前、后的浙江電網系統穩定性進行分析?？紤]的故障方式為單回特高壓線路發生三相接地短路故障后0.1 s切除故障線路。

仿真結果顯示，省際聯絡線調整前后，特高壓交流線路單一故障導致直流系統換相失敗的可能性差別不大。無論采用哪種聯絡線調整方案，浙江電網任一特高壓交流線路發生三相短路都會導致寧東直流和溪洛渡直流逆變站同時換相失敗。故障切除后直流即可恢復，不會導致直流閉鎖，系統保持穩定運行。

2.4.4 500 kV交流線路單一故障時的系統穩定性分析

全網掃描仿真結果表明，500 kV省際聯絡線調整前后，省內單回500 kV交流線路在發生三相短路后0.1 s內切除故障線路，系統均能保持穩定。

與聯絡線調整前相比，調整后500 kV交流線路單一故障引起直流系統換相失敗的情況有所增加，但不會導致直流閉鎖。

3 結論

（1）特高壓電網投產后，將使500 kV電網的短路電流進一步上升。浙北電網中與特高壓站直接相連的500 kV變電站母線三相短路電流上升3.6～17.4 kA。

（2）開斷江蘇、上海方向的省際聯絡線，可以使浙北電網的短路電流大幅度降低，同時開斷安徽方向的聯絡線時效果更好，可以為電網規劃、設計、運行留出空間。

（3）在本文考慮的特高壓交流電網規模下，如果開斷全部省際500 kV聯絡線，系統穩定水平明顯下降；如果僅開斷江蘇、上海兩個方向的省際500 kV聯絡線，保留安徽、福建方向的500 kV省際通道，系統穩定水平與保持全部聯絡線時相比沒有明顯變化。

（4）在特高壓電網投運初期，不能實施500 kV電網解環運行，需要調整500 kV的電網結構和運行方式以適應特高壓接入。待特高壓骨干電網建成后，可以將500 kV電網有序、部分解環運行，從而有效控制500 kV電網短路電流和潮流分布。

[1]劉振亞.特高壓電網[M].北京：中國經濟出版社.2005.

[2]徐政.交直流電力系統動態行為分析[M].北京：機械工業出版社.2004.