春季大負(fù)荷期間電網(wǎng)存在的問題及應(yīng)對措施

張 磊，王一峰，何亞坤，王 維，閆 麗

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.石家莊供電公司,石家莊 050051)

為迎接夏季電網(wǎng)大負(fù)荷時期的到來，確保迎峰度夏工作的順利完成，春季往往是電網(wǎng)集中安排設(shè)備檢修、消缺的階段，通常被稱為“春檢預(yù)試”時期。近年來，河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)負(fù)荷迅猛增加，給正常檢修預(yù)試工作的安排帶來很大困難，也給電網(wǎng)正常運(yùn)行調(diào)整帶來許多新的課題。以下結(jié)合河北南網(wǎng)近幾年春季負(fù)荷特性，分析春季大負(fù)荷對電網(wǎng)的影響。

1 河北南網(wǎng)春季負(fù)荷特性

河北南網(wǎng)自3月份開始，季節(jié)性負(fù)荷由冬季的采暖負(fù)荷過渡到春季的灌溉負(fù)荷，各地區(qū)灌溉負(fù)荷陸續(xù)啟動，電網(wǎng)負(fù)荷也開始逐步增加。

1.1 電網(wǎng)負(fù)荷快速增加

近幾年，河北南網(wǎng)春季負(fù)荷增長迅猛，尤其是2011年，電網(wǎng)春季負(fù)荷增長尤為明顯。

以3月份為例，表1列出了2007-2011年河北南網(wǎng)全網(wǎng)3月最大負(fù)荷及同比增長情況。通過表1可以看出，除2008年3月份電網(wǎng)負(fù)荷增速較慢外，其余年份3月份最大負(fù)荷均高速增長，2011年3月份全網(wǎng)最大負(fù)荷同比增長達(dá)到20.5%。

表1 2007-2011年3月份河北南網(wǎng)最大負(fù)荷及同比增長情況

年份20072008200920102011最大負(fù)荷/MW13 71516 19816 73318 28922 035同比增長/%18.13.39.320.5

2011年3月份春灌負(fù)荷高峰期間，各地區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷均達(dá)到了較高水平，其中邢臺、衡水、滄州3個地區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)歷史新高。2011年4月是河北南部地區(qū)小麥、果樹和棉花灌溉的高峰期，電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)在高位運(yùn)行，電力供應(yīng)偏緊，大部分高峰時段供應(yīng)不足；上旬最大缺口900 MW，平均缺口700 MW，張河灣抽水蓄能電廠開機(jī)3～4臺后，電力供需基本平衡。5月時值春夏之交，河北南部地區(qū)陸續(xù)迎來小麥孕穗、灌漿期，灌溉需求未減；隨著氣溫的升高，中旬以后部分制冷負(fù)荷出現(xiàn)，電網(wǎng)負(fù)荷水平繼續(xù)保持高位運(yùn)行。4月全月電力供應(yīng)偏緊，大部分高峰時段供應(yīng)不足；上旬最大缺口1.2 GW，平均缺口500 MW，張河灣開機(jī)及增加外購電力后，電力供需基本平衡，中下旬尤其23-31日，外網(wǎng)送電及增購已達(dá)極限，張河灣也已用滿，但電力供應(yīng)仍存在一定缺口。23-31日，實施需求側(cè)管理9天，期間最大調(diào)控消減了高峰用電負(fù)荷1.016 GW，累計調(diào)整電量2 088萬kWh。

1.2 農(nóng)灌負(fù)荷比重大

春季負(fù)荷最大特點是春灌負(fù)荷所占比重較大，且春灌負(fù)荷大多集中在白天。由于2011年河北南部各市普遍干旱，因此春灌負(fù)荷在全網(wǎng)負(fù)荷中所占比重很大，以2011年4月4日為例，把同年3月17日河北南網(wǎng)全網(wǎng)負(fù)荷為基準(zhǔn)負(fù)荷日(3月17日全網(wǎng)負(fù)荷構(gòu)成中可以看做沒有春灌負(fù)荷的成分)。4月4日和3月17日的低谷負(fù)荷相差不大，考慮到春灌負(fù)荷主要集中在白天，高峰增長的負(fù)荷絕大部分為春灌負(fù)荷；數(shù)據(jù)顯示，4月4日早峰負(fù)荷比3月17日增長了3.03 GW,因此可以認(rèn)為，當(dāng)日春灌負(fù)荷為3.03 GW，比去年春灌負(fù)荷最大值(2.80 GW)增長了230 MW。當(dāng)日局部地區(qū)農(nóng)灌負(fù)荷達(dá)到407 MW。

1.3 日調(diào)峰緊張的局面有所緩解

電網(wǎng)峰谷差是電網(wǎng)運(yùn)行中的一項重要指標(biāo)，某日負(fù)荷的峰谷差是指當(dāng)日最大負(fù)荷與最小負(fù)荷的算術(shù)差值。通常，由于春季灌溉負(fù)荷較大，且灌溉作業(yè)一般都集中在白天進(jìn)行，因此春季負(fù)荷峰谷差往往較大。但是，由于2011年春季河北南網(wǎng)負(fù)荷整體水平較高，電網(wǎng)負(fù)荷相對比較平穩(wěn)，以2011年3月為例，最小低谷負(fù)荷出現(xiàn)在14日，為12.727 GW，同比增長25.2%，而當(dāng)日電網(wǎng)最小技術(shù)出力在1.23 GW左右；整個3月份平均峰谷差為6.728 GW，同比增長24.8%，全月負(fù)荷低谷時段電網(wǎng)基本都有400 MW以上降備用儲備。加之河北南網(wǎng)由張河灣抽水蓄能電廠4臺250 MW機(jī)組作為調(diào)峰備用，因此，以往春季電網(wǎng)低谷時段經(jīng)常出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)組深度降出力調(diào)峰，甚至兩班制啟停調(diào)峰的情況在2011年春季沒有出現(xiàn)，調(diào)峰困難的局面在一定程度上得到了緩解。

2 春季大負(fù)荷期間電網(wǎng)存在的問題

2.1 檢修預(yù)試工作安排困難

春檢預(yù)試工作的目的是消除電網(wǎng)缺陷，把電網(wǎng)設(shè)備調(diào)整到一個良好的狀態(tài)來迎接夏季大負(fù)荷情況的到來。設(shè)備檢修預(yù)試工作的安排前提是盡量保證電力的持續(xù)、可靠供應(yīng)以及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。但是，隨著春季電網(wǎng)負(fù)荷的快速增長，春季電網(wǎng)檢修方式的安排也開始面臨困難局面。以2011年為例，由于3月份有“兩會”保電任務(wù)，保電期間電網(wǎng)基本保持全方式運(yùn)行，保電工作完成后電網(wǎng)進(jìn)入全面春檢預(yù)試階段，但同時電網(wǎng)還要配合如“南水北調(diào)”、“邯黃鐵路施工”等大型遷改工程的施工進(jìn)度進(jìn)行停電改造，再加上農(nóng)灌負(fù)荷的迅速增長，一般春檢預(yù)試工作安排起來就會出現(xiàn)變壓器負(fù)載率高、供電負(fù)荷無處倒供或電網(wǎng)設(shè)備在檢修方式下N-1過載。如，2011年5月19日，根據(jù)檢修計劃安排220 kV和張線停電檢修，但由于邢臺地區(qū)戶營、寧晉、隆堯等變電站農(nóng)灌負(fù)荷較大，邢臺東部幾條220 kV線路負(fù)載率較重，和張線停電后，出現(xiàn)了負(fù)荷高峰時段，如果220 kV彭戶線掉閘，220 kV柏寧線超過熱穩(wěn)定極限6%。

2.2 500 kV主變壓器負(fù)載重

500 kV主變壓器負(fù)載較重是2011年河北南網(wǎng)在春檢預(yù)試期間面臨的最主要安全隱患之一。以2011年4月份為例，4月份大負(fù)荷期間，全網(wǎng)25臺500 kV主變壓器平均負(fù)載率61.4%；剔除慈云變電站外，平均負(fù)載率為63.9%。N-1情況下，主變壓器過載一般會超過10%。彭村主變壓器過載達(dá)22%，其次依次為辛安、滄西和藺河變電站，分別達(dá)15%、14%和8%。其中，因為設(shè)備自身設(shè)計及絕緣老化等原因，辛安2號主變壓器、滄西2號主變壓器、藺河2號主變壓器為限制運(yùn)行變壓器，正常運(yùn)行負(fù)載率不得超過90%，故障情況下過載不能超過20%。按照限制運(yùn)行變壓器負(fù)載的實際允許運(yùn)行值僅為設(shè)計值的90%計算，辛安變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運(yùn)行值達(dá)到25%，滄西變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運(yùn)行值24%，藺河變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運(yùn)行值18%。而一旦在電網(wǎng)大負(fù)荷時發(fā)生500 kV主變壓器掉閘情況，這對主變壓器的安全運(yùn)行將帶來極大威脅。

2.3 局部地區(qū)電壓較低

2011年3月，邢臺東南部地區(qū)賈莊、清河、南宮變電站，在負(fù)荷高峰時段電壓水平較低，主要原因是春灌期間上述3站有功功率及無功功率均比較重(春灌負(fù)荷多為異步電動機(jī)負(fù)荷，無功功率需求較大)，而且均處于電網(wǎng)末端，供電距離較遠(yuǎn)，僅靠電容器難以支撐220 kV母線電壓，屬于典型的順調(diào)壓。上述3座變電站高峰時段的最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓最低至211 kV。到4月份，隨著電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)一步變大，無功功率需求持續(xù)增加。石家莊、保定、邯鄲、邢臺地區(qū)高峰時段無功功率儲備都較少，其中辛安變電站由于電容器配置較少，峰段220 kV母線電壓較低，徘徊在229 kV左右，接近電壓曲線下限。邢臺東南部地區(qū)的清河、南宮等變電站由于地處電網(wǎng)末端，無功功率支撐較少，在高峰時段無功功率需求較大時，電壓水平較低，最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓低于215 kV。

3 采取的措施

3.1 調(diào)度預(yù)警與應(yīng)急演練

河北省電力調(diào)度通信中心(簡稱“調(diào)通中心”)針對電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，配合電網(wǎng)設(shè)備檢修，每周進(jìn)行至少一次反事故演習(xí)，通過反事故演習(xí)，強(qiáng)化了廣大調(diào)度運(yùn)行人員對電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的認(rèn)知，為可能發(fā)生的電網(wǎng)事故做好應(yīng)急處置的準(zhǔn)備工作。

2011年11月，調(diào)通中心 “互聯(lián)電網(wǎng)在線動態(tài)安全預(yù)警與決策系統(tǒng)”通過驗收，該系統(tǒng)在電網(wǎng)在線整合潮流計算方法、調(diào)度輔助決策計算方法等方面均有突破性創(chuàng)新，并首次使用適用于多種應(yīng)用軟件計算環(huán)境、考慮自動故障設(shè)置的穩(wěn)定極限切除時間并行求取的方法，可實現(xiàn)基于預(yù)警平臺的WAMS、故障錄波系統(tǒng)三態(tài)數(shù)據(jù)整合。該系統(tǒng)的應(yīng)用可全面提升河北南部電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，對河北南網(wǎng)迎接2012年的春季大負(fù)荷提供了重要的技術(shù)支撐。

3.2 合理安排檢修計劃

為確保春檢預(yù)試工作的順利完成，調(diào)通中心在保證電網(wǎng)安全前提下，充分利用電網(wǎng)現(xiàn)有設(shè)備條件，力求合理、科學(xué)的安排電網(wǎng)設(shè)備檢修，盡量減小因設(shè)備停電檢修給電網(wǎng)帶來的安全壓力。在做好檢修計劃安排的同時，大力推行“檢修操作標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程”，推廣檢修操作預(yù)令和預(yù)報竣工等發(fā)明成果，使設(shè)備檢修操作中預(yù)令發(fā)布、措施落實、倒閘操作、現(xiàn)場作業(yè)、竣工送電各個環(huán)節(jié)緊密銜接，大大縮短了設(shè)備停電時間，保證了設(shè)備檢修操作的優(yōu)質(zhì)、安全、高效。通過這些措施的落實，在春檢預(yù)試期間，河北南網(wǎng)未出現(xiàn)大面積停電、運(yùn)行設(shè)備過載等惡性電網(wǎng)事故，未出現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行重大安全隱患。

由于春季電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)高位運(yùn)行，為做好負(fù)荷預(yù)測工作，4月份以來，調(diào)通中心與省氣象部門密切合作，創(chuàng)新發(fā)布“春季灌溉用電負(fù)荷指數(shù)”，用于輔助負(fù)荷預(yù)測和電力平衡。該指標(biāo)綜合考慮了降水、氣溫、風(fēng)力及土壤墑情等因素，分為“-3級”至“3級”共7個等級，用于預(yù)報次日灌溉用電負(fù)荷較前一日的變化情況。該指標(biāo)的發(fā)布，為提高負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率，做好電力平衡工作提供了更直接的依據(jù)。

2011年12月，河北南網(wǎng)省地一體智能化調(diào)度計劃管理系統(tǒng)在全網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)了正式上線運(yùn)行。該系統(tǒng)通過進(jìn)行省地兩級電網(wǎng)調(diào)度計劃全過程一體化管理，可實現(xiàn)調(diào)度計劃的省地兩級聯(lián)合安全校核，還可實現(xiàn)調(diào)度停電計劃信息與基建、生產(chǎn)、安全、營銷等部門的共享和互動。這一系統(tǒng)的上線運(yùn)行，對于省調(diào)在2012年春季大負(fù)荷期間安排計劃檢修，將帶來很大幫助，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供了更全面的技術(shù)保障。

3.3 調(diào)整電壓調(diào)控策略

針對2011年春季尤其4月份以來河北南網(wǎng)部分地區(qū)電壓偏低的情況，調(diào)通中心采取卓有成效的應(yīng)對措施：優(yōu)化了全網(wǎng)主要電壓控制點自動電壓調(diào)節(jié)裝置(AVC)的調(diào)控策略，使之更好的適應(yīng)了春灌期間無功負(fù)荷多為異步電動機(jī)負(fù)荷，無功功率需求較大的現(xiàn)狀；加強(qiáng)了全網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置的管理力度，確保了春灌期間，低壓補(bǔ)償電容器等無功補(bǔ)償裝置的可用率、投入率；針對500 kV辛安變電站周邊地區(qū)電壓偏低的具體情況，省調(diào)通中心及時采取調(diào)整辛安主變壓器分頭措施，抬升辛安變電站220 kV母線電壓，保證了周邊220 kV變電站的電壓質(zhì)量。

為了保證2012年春季大負(fù)荷期間河北南網(wǎng)電壓控制在正常范圍內(nèi)，2011年，河北南網(wǎng)大力推行AVC系統(tǒng)(即自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng))建設(shè)工作。2011年年底，河北南網(wǎng)6個地區(qū)AVC系統(tǒng)建設(shè)工作全面完成，形成了目前國內(nèi)體系最完備，功能最先進(jìn)，覆蓋110 kV至500 kV電網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)、省、地三級協(xié)調(diào)優(yōu)化的自動電壓控制系統(tǒng)，從而給河北南網(wǎng)在2012年春季大負(fù)荷時保證網(wǎng)內(nèi)電壓正常、穩(wěn)定提供了重要的技術(shù)保證。

4 建議

由于2011年冬季開始一直持續(xù)到2012年春節(jié)前夕，河北南部地區(qū)天氣普遍干旱，如果這種干旱天氣一直持續(xù)到2012年春天，則河北南網(wǎng)2012年春灌負(fù)荷將會出現(xiàn)較大增長。因此，2012年春季，電網(wǎng)負(fù)荷很可能會出現(xiàn)繼續(xù)較快增長的局面。2011年河北南網(wǎng)春季負(fù)荷特性很可能會在2012年春季重現(xiàn)甚至加劇。此外，從2011年秋天開始，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差逐漸變大，在電網(wǎng)基礎(chǔ)負(fù)荷變化不大的情況下，2012年春季的部分時段，很可能出現(xiàn)日調(diào)峰緊張的局面。針對上述分析，提出以下建議。

4.1 盡快消除變壓器設(shè)備缺陷

目前，河北南網(wǎng)有些500 kV變電站主變壓器因為自身設(shè)計及絕緣等方面原因，只能在低于額定容量90%的負(fù)載情況下運(yùn)行；有些220 kV變壓器因抗短路容量不足，只能在低于額定容量90%的負(fù)載情況下運(yùn)行,有的甚至只能在低于額定容量75%的負(fù)載情況下運(yùn)行。以上限制運(yùn)行變壓器的存在，給電網(wǎng)安全運(yùn)行，尤其春季大負(fù)荷條件下電網(wǎng)檢修方式的安排，帶來很大壓力。利用合理時間，盡快消除以上設(shè)備缺陷，以充分利用發(fā)供電

設(shè)備能力，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全裕度。

4.2 加快電源點建設(shè)

2011年，河北省南部電網(wǎng)電力總體供需情況比較緊張，缺電局面時有出現(xiàn)。2012年，河北南網(wǎng)電力總體供需情況對比2011年呈現(xiàn)更加緊張的局面。在這種背景下，加快電源點建設(shè)，提高河北南網(wǎng)發(fā)、供電設(shè)備能力就成了當(dāng)務(wù)之急。

4.3 爭取靈活、主動的購電模式

針對2011年春季的嚴(yán)重缺電局面，調(diào)通中心積極向上級匯報，爭取到最大限度的支援。一是陜西錦界、府谷送河北電力電量達(dá)到了最高能力；二是華北電網(wǎng)在自身平衡也不寬裕的情況下，采取日前交易、臨時增供、實時支援等形式，給予河北南網(wǎng)有力支援。至2011年5月底累計增購電量7 700萬kWh。在此基礎(chǔ)上，2012年春季，如何在2011年基礎(chǔ)上建立更加常態(tài)、靈活的購電模式，充分發(fā)揮區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢，對應(yīng)對目前缺電局面意義重大。

4.4 積極應(yīng)對可能出現(xiàn)的調(diào)峰困難局面

首先對2012年春季可能出現(xiàn)的日調(diào)峰緊張的局面引起足夠的重視，以河北南網(wǎng)已經(jīng)全面推行“兩個細(xì)則”(即“并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理細(xì)則”和“并網(wǎng)發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理細(xì)則”)為契機(jī)，提升現(xiàn)有并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰能力，提高發(fā)電廠調(diào)峰積極性。同時，充分發(fā)揮互聯(lián)電網(wǎng)優(yōu)勢，發(fā)掘潛力，爭取妥善解決可能出現(xiàn)的調(diào)峰緊張情況。