古越—舜江雙線停役后運行方式優(yōu)化的研究

李 磊，孫維真，倪秋龍，丁歷威

（1.浙江省電力調(diào)度通信中心，杭州 310007；2.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

為配合高鐵上虞牽引站線路施工，需同時停役500 kV古越—舜江雙線（即古舜5485線、古江5486線）20天。雙線停役后，500 kV全線同桿架設(shè)的古越—句章雙線（即章古5487線、章越5488線）成為古越變唯一的500 kV電源受入點，致使該片電網(wǎng)的供電能力和供電可靠性嚴重下降。為此，詳細分析了古越—舜江雙線同停后對浙江電網(wǎng)的影響[1，2]，提出了多種合環(huán)備選方案，并深入討論了齊賢—蘭亭雙線（蘭齊2456線、亭齊2457線）和太安—中紡雙線（中太2U33線、中安2U34線）的合環(huán)對比效果。

1 古舜5485線、古江5486線同停對浙江電網(wǎng)的影響

根據(jù)浙江電網(wǎng)當時實際運行情況，古舜5485線、古江5486線潮流約300 MW。雙線停役后，1/3潮流轉(zhuǎn)至220 kV舜江—瀝匯（即江瀝4Q75線、江匯4Q76線）斷面，2/3潮流轉(zhuǎn)至500 kV古越—句章斷面，使得上述兩斷面的潮流達300 MW和1 100 MW。由于正常情況下古舜5485、古江5486雙線輕載，故停役后相關(guān)設(shè)備潮流變化不大。

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上分析，古舜5485、古江5486雙線停役后，全線同桿架設(shè)的章古5487、章越5488雙線成為古越變唯一的500 kV電源受入點。若雙線同跳，將出現(xiàn)220 kV舜江—瀝匯雙線帶該片供區(qū)的瀝匯、濱海、甘露、合興、齊賢、義蓬、東梅、太安、長征、曹娥江9個變電站和1個發(fā)電廠（以下簡稱九變一廠），如圖1所示，斷面潮流將達1 600 MW，兩線均超過1 600 A的繼保限額（折合有功潮流為540 MW），將導致江瀝4Q75、江匯4Q76發(fā)生聯(lián)鎖跳閘，繼而致使九變一廠全停。

圖1 古舜5485線、古江5486線同停后供區(qū)網(wǎng)架

從暫態(tài)穩(wěn)定水平分析，古越—舜江雙線同停引起該片500 kV網(wǎng)架嚴重削弱（見圖2），以致暫態(tài)穩(wěn)定水平明顯下降。為保證北侖—河姆變雙線（同桿率30%）同跳的嚴重故障下機組不失穩(wěn)，需控制北侖發(fā)電廠總出力小于3 600 MW。在北侖發(fā)電廠7號機停役的情況下，仍需減少該廠出力400 MW（不計廠用電），進一步致使寧海和烏沙山發(fā)電廠出力受限500 MW，總計影響出力900 MW左右。

圖2 古舜5485線、古江5486線同停后500 kV網(wǎng)架

按照電網(wǎng)風險等級評估標準判斷，章古5487、章越5488同跳后引發(fā)的九變一廠全停事故屬于“一級風險”，給電網(wǎng)的安全運行帶來極大的隱患；同時，暫態(tài)穩(wěn)定極限的下降導致發(fā)電廠出力約束增加900 MW，使得拉閘限電情況進一步惡化。為降低該方式下的電網(wǎng)風險，同時釋放發(fā)電廠出力，需深入研究，優(yōu)化安排運行方式。

2 運行方式調(diào)整的研究

古越、舜江屬于同一220 kV供區(qū)，該供區(qū)與周邊供區(qū)間的220 kV分層分區(qū)線路共有11回，可根據(jù)以下劃分方式選擇一個通道進行合環(huán)：太安—中紡雙線（與蘭亭供區(qū)之間備用通道），太安—鳳凰雙線（與涌潮供區(qū)之間備用通道），九里—青藤雙線（與蘭亭供區(qū)之間備用通道），齊賢—蘭亭雙線（與蘭亭供區(qū)之間備用通道）以及虞北—屯山、上虞—屯山、上虞—溪鳳三線通道（與河姆供區(qū)之間備用通道，以下簡稱河姆供區(qū)通道）。

經(jīng)潮流分析，九里—青藤通道或河姆供區(qū)通道合環(huán)后，若發(fā)生章古5487、章古5488線同跳的故障，江瀝4Q75、江匯4Q76線仍過載。因此，上述2個通道將不再列入候選范圍。

經(jīng)短路電流校核，太安—鳳凰雙線通道合環(huán)后，涌潮變220 kV三相短路電流達51.57 kA，超過開關(guān)遮斷容量。由于涌潮供區(qū)3臺主變長期處于重載狀態(tài)，無法通過陪停主變的措施降低短路電流，所以也排除太安—鳳凰通道。

因此，重點分析齊賢—蘭亭雙線（蘭齊2456線、亭齊2457線）和太安—中紡雙線（中太2U33線、中安2U34線）合環(huán)效果。

3 齊賢—蘭亭雙線與太安—中紡雙線合環(huán)效果的對比分析

3.1 潮流、電壓分析

3.1.1 齊賢—蘭亭雙線合環(huán)

雙線合環(huán)后，蘭亭主變下送潮流增加250 MW左右，達1 030 MW，古越和舜江主變潮流減少100 MW和150 MW，分別為965 MW和910 MW，潮流分布較均勻。

考慮章古5487、章古5488線雙線同跳的故障，事故后古越片電網(wǎng)將由蘭亭—齊賢雙線、舜江—瀝匯雙線2個220 kV通道供電。其中，蘭齊2456、亭齊2457線潮流為742 MW，未超繼保限額（兩線均為1 600 A）和熱穩(wěn)限額（兩線均為1 476 A）；江瀝 4Q75、江匯 4Q76線潮流為 582 MW，亦未超繼保限額（兩線均為1 600 A）和熱穩(wěn)限額[1]（兩線均為1 476 A）。該供區(qū)內(nèi)的九變一廠電壓跌落值在9～11 kV不等（其中事故后電壓最低點為太安變），均可滿足事故后電壓高于198 kV的要求。

3.1.2 太安—中紡雙線合環(huán)

雙線合環(huán)后，蘭亭主變下送潮流增加200 MW左右，達980 MW，古越和舜江主變潮流分別減少85 MW和115 MW，分別為980 MW和945 MW，潮流分布合理。

考慮章古5487、章古5488線雙線同跳的故障，事故后該供區(qū)將由太安—中紡雙線、舜江—瀝匯雙線2個220 kV通道供電。其中，中太2U33、中安2U34線潮流為654 MW，江瀝4Q75、江匯4Q76線潮流為668 MW，均未超繼保限額和熱穩(wěn)限額。該供區(qū)內(nèi)的九變一廠事故后電壓跌落值在11 kV左右（其中事故后電壓最低點為甘露變），均可滿足事故后電壓高于198 kV的要求。

經(jīng)上述分析可得，齊賢—蘭亭雙線或太安—中紡雙線合環(huán)均可滿足潮流和電壓要求。

3.2 短路電流校核

短路電流校核采取不基于潮流的方法，在全接線、全開機的基礎(chǔ)上適當考慮如下影響較大的網(wǎng)架變化：500 kV古越—舜江雙線同停，北侖發(fā)電廠7號機檢修。故障形式為三相和單相金屬性接地短路，基本計算公式如下[3]：

式中：Ik3為三相短路電流；Ik1為單相接地短路電流；U0為短路點正常運行電壓，應取運行的最高電壓；分別為短路點的正序、負序和零序等值阻抗。

仿真計算使用PSS/E程序（31版），容量和電壓的基準值分別取100 MVA和230 kV。對古越、舜江和蘭亭變的220 kV單相和三相短路電流進行校核，結(jié)果如表1所示。

古越變、舜江變、蘭亭變220 kV站內(nèi)最小開關(guān)遮斷容量均為50 kA。

由短路校核結(jié)果可見，太安—中紡雙線合環(huán)后，各項短路電流均能滿足小于站內(nèi)最小開關(guān)遮斷容量的要求。齊賢—蘭亭雙線合環(huán)后，蘭亭變220 kV三相短路電流將達51.34 kA，超過站內(nèi)開關(guān)遮斷容量；采取陪停蘭亭3號主變的措施后，可將超標的短路電流控制在42.99 kA。另外，蘭亭變3號主變停役后，主變下送潮流由1 030 MW下降至950 MW，滿足熱穩(wěn)定限額要求（蘭亭2臺主變限額為1 150 MW）；古越和舜江主變潮流增加100 MW和150 MW，分別達到1 015 MW和940 MW，潮流分布均勻。

3.3 暫態(tài)穩(wěn)定分析

由如下發(fā)電機電磁功率表達式可定性判斷[4-5]，分區(qū)通道合環(huán)可增強網(wǎng)絡聯(lián)系，使得機組與大系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗減少，輸出電磁功率增加，進而提高暫態(tài)穩(wěn)定極限[6]。

式中：PE′為發(fā)電機輸出的電磁功率；E′為發(fā)電機暫態(tài)電勢；U為無窮大母線電壓；為發(fā)電機與無窮大母線之間的直軸暫態(tài)電抗；δ′為功角。

根據(jù)故障發(fā)生的概率[7]、嚴重程度以及保護動作情況[8]，選擇500 kV北侖發(fā)電廠—河姆雙線同桿異名相故障作為暫態(tài)穩(wěn)定校核的故障形式，對齊賢—蘭亭雙線合環(huán)同時陪停蘭亭3號主變（以下稱“方式調(diào)整1”）、以及太安—中紡雙線合環(huán)（以下稱“方式調(diào)整2”）前后的暫態(tài)穩(wěn)定水平進行校核，具體結(jié)果見表2。

計算結(jié)果表明，在古舜5485、古江5486線停役的檢修方式下，根據(jù)既定的故障形式和保護動作情況，若北侖發(fā)電廠總出力為3 350 MW，則系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定；微增其出力至3 400 MW，暫態(tài)失穩(wěn)，由此可知該方式下系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限為3 350 MW。檢修方式下將齊賢—蘭亭雙線通道合環(huán)同時陪停蘭亭3號主變（即“方式調(diào)整1”），則系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限可提高200～3 550 MW（等效于釋放北侖發(fā)電廠出力200 MW）。檢修方式下將太安—中紡雙線合環(huán)（即“方式調(diào)整2”），效果與“方式調(diào)整1”等同，暫態(tài)穩(wěn)定極限同樣可提高至3 550 MW。

表1 短路電流校核結(jié)果 kA

表2 暫態(tài)穩(wěn)定校核結(jié)果

3.4 小干擾穩(wěn)定性分析

由于電力系統(tǒng)的發(fā)展、遠距離重負荷輸電系統(tǒng)的投入運行、互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴大、快速自動勵磁調(diào)節(jié)器和快速勵磁系統(tǒng)的應用，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻功率振蕩問題，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。圍繞華東電網(wǎng)低頻振蕩特性展開分析，著重比較分區(qū)通道合環(huán)前后振蕩模式和阻尼特性變化。仿真采用電科院BPA程序，計算選用隱式重啟動Arnoldi算法[9-10]。

仿真表明，500 kV古越—舜江變雙線及北侖發(fā)電廠7號機停役的方式下，華東電網(wǎng)存在5個典型的區(qū)域間振蕩模式，分別是：

（1）陽城對華東模式：該模式的振蕩頻率為0.286 7 Hz，阻尼比為14.68%，主要表現(xiàn)為陽城機組相對華東主網(wǎng)其他機組的振蕩。

（2）福建對華東模式：該模式的振蕩頻率為0.386 1 Hz，阻尼比為14.66%，主要表現(xiàn)為福建機組相對華東主網(wǎng)其他機組的振蕩。

（3）浙江對華東模式：該模式振蕩頻率為0.612 0 Hz，阻尼比為7.91%，主要表現(xiàn)為浙江機組相對華東主網(wǎng)其他機組的振蕩。浙江玉環(huán)、寧海、北侖、烏沙山、樂清、勝龍等發(fā)電廠的機組，均受到該模式的影響。

（4）安徽對華東模式：該模式振蕩頻率為0.707 0 Hz，阻尼比為3.17%，主要表現(xiàn)為安徽機組相對華東主網(wǎng)其他機組的振蕩。

（5）蘇北對華東模式：該模式振蕩頻率為0.835 8 Hz，阻尼比為6.09%，主要表現(xiàn)為蘇北機組相對華東主網(wǎng)其他機組的振蕩，浙江機組在一定程度上參與了該模式。

將古越—舜江雙線同停的檢修方式與兩種方式調(diào)整后的小干擾分析對比，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，將齊賢—蘭亭通道合環(huán)，同時陪停蘭亭3號主變后，小干擾頻率發(fā)生改變的2種模式為浙江對華東和安徽對華東，增幅分別為0.000 7和-0.000 2，相對于增幅率為0.11%和-0.028%；阻尼比發(fā)生改變的模式為陽城對華東、浙江對華東和蘇北對華東，增幅分別為0.02%，-0.04%和0.01%，相對于增幅率為0.14%，-0.51%和0.16%。采取太安—中紡通道合環(huán)方式調(diào)整后，頻率發(fā)生改變的模式有3種，為陽城對華東、浙江對華東和安徽對華東，增幅分別為-0.000 1，0.000 7和-0.000 1，相對于增幅率為-0.35%，0.11%和-0.014%；阻尼比發(fā)生改變的模式為福建對華東和浙江對華東，增幅分別為-0.01%，-0.05%，相對于增幅率為-0.068%和-0.63%。由上可見，華東電網(wǎng)各振蕩模式的振蕩頻率和阻尼比改變甚微，仍均滿足《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算規(guī)定》的相關(guān)要求。

表3 小干擾仿真結(jié)果

4 結(jié)語

為配合高鐵上虞牽引站線路施工，分析了區(qū)域網(wǎng)架的特點，考慮采取分區(qū)備用通道合環(huán)的措施。經(jīng)對各種合環(huán)方式下的網(wǎng)架進行潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定分析、短路電流校核和小干擾分析，認為采取齊賢—蘭亭雙線合環(huán)（陪停蘭亭3號主變）或太安—中紡雙線合環(huán)的方式，均可以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限近200 MW，同時潮流分布合理，短路電流和小干擾穩(wěn)定也滿足要求。為降低設(shè)備操作的風險，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，在施工期間的實際運行中采取太安—中紡雙線合環(huán)的方式，將齊賢—蘭亭雙線合環(huán)（陪停蘭亭3號主變）作為備用措施，保證了施工期間電網(wǎng)的可靠安全運行。

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