寧夏電網電磁環網運行的風險分析與應對措施

摘要：本文指出了電力系統電磁環網運行存在的弊端，根據寧夏750kV網架建成初期的運行情況，對寧夏750kV/330kV/220kV電網運行中電磁環網存在的問題進行了分析，提出了相應的穩定控制策略和解決問題的根本方法。

關鍵詞：電磁環網 寧夏電網 聯變過載 穩定控制系統

0 引言

電力系統的電磁環網是指不同電壓等級的輸電線路通過變壓器磁或電磁耦合構成的環形電網。然而，在高一電壓等級的線路投入運行初期，由于其電壓網絡尚未形成或網絡尚不堅強，為保重要負荷或需要保證電網整體輸電能力，而又不得不電磁環網運行。寧夏電網750kV主網架形成初期網架薄弱且存在電磁環網，750kV線路故障跳閘等因素將造成較大的潮流轉移使薄弱環節的線路過載導致寧夏電網頻率下降，而影響到寧夏電網的安全穩定運行。本文結合寧夏現有的電網結構特點和穩定控制裝置的應用，對存在的運行控制問題進行了分析，并提出了解決問題的根本措施。

1 電磁環網對電力系統安全穩定運行的影響

電磁環網雖有利于輸送電力負荷，但安全穩定運行風險大，容易因一條超高壓線路跳閘致使高壓線路過載相繼跳閘引發惡性電網事故，近年國內外都有過類似事故教訓。電磁環網的存在成為影響電網安全穩定運行的重大隱患，主要存在以下弊端。

1.1 易造成系統熱穩定破壞

如果在主要的受端負荷中心，用高低壓電磁環網供電而又帶重負荷時，當高一級電壓線路斷開后，所有原來帶的全部負荷將通過低一級電壓線路送出，容易出現超過導線熱穩定電流的問題。

1.2 易造成系統動穩定破壞

正常情況下，兩側系統間的聯絡阻抗將略小于高壓線路的阻抗。而一旦高壓線路因故障斷開，系統間的聯絡阻抗將突然顯著地增大（突變為兩端變壓器阻抗與低壓線路阻抗之和，而線路阻抗的標么值又與運行電壓的平方成正比），因而極易超過該聯絡線的暫態穩定極限，可能發生系統振蕩。

1.3 繼電保護和安全自動裝置配置比較復雜

環網的繼電保護和穩定措施配置比非環網要復雜得多，配合的難度較大。保護和安全自動裝置的復雜化和不配合，一般是事故直接或擴大的原因。

1.4 潮流控制很不方便

開環運行時，調整送端電源的有功（或功角）和無功（或電壓）即能達到調整潮流的目的。合環運行時，潮流在環網內自然分布，環網元件（變壓器）的通過功率往往發生滿載甚至過載，潮流控制很不方便。

1.5 不利于經濟運行

750kV與330kV、220kV線路的自然功率值相差極大，同時750kV線路的電阻值（多為6*400平方毫米導線）也遠小于220kV線路（多為2*240或1*400平方毫米導線）的電阻值。在750/330kV、750/220kV環網運行情況下，系統潮流分配難于實現最經濟方式運行。

1.6 需要裝設高壓線路因故障停運后聯鎖切機、切負荷等安全自動裝置

實踐說明，若安全自動裝置本身拒動、誤動將影響電網的安全運行。

2 寧夏電網結構的現狀分析

2.1 寧夏電網網架結構特點

在全國電網中，寧夏電網屬于比較復雜的電網結構。幾年的快速發展，寧夏電網750kV網架已初步形成不完善的“Y”字形結構，即以黃河750kV變電站為中心，向西單回線至賀蘭山750kV變電站、

向東雙回線至銀川東換流站，向南雙回線至甘肅電網。在賀蘭山750kV變電站，750kV電網通過2號主變（1*150萬千瓦）與寧夏北部結構比較成熟的220kV電網相連接。在黃河750kV變電站，750kV電網通過2號主變（1*210萬千瓦）與寧夏南部結構比較成熟的330kV電網相連接。南部330kV電網與北部220kV電網通過大壩電廠7號、8號變壓器（2*33萬千瓦）和月牙湖變電站1號、4號變壓器（2*50萬千瓦）聯絡，形成了750kV/220kV、750kV/330～220kV、750kV/330kV電磁環網，如圖1所示。

圖1 寧夏電網電磁環網示意圖（220kV受電方式下）

2.2 寧夏現存電磁環網及運行控制問題

750kV線路和330/220kV線路的輸送容量相去甚遠，在解環之前，一旦750kV系統跳閘，其負荷會瞬間轉移至330/220kV電網，330/220kV電網將面臨“難以承受之重”，大停電就可能發生。

2.2.1 750kV/220kV電磁環網及運行控制問題。賀蘭山750kV變電站2號主變（750/220kV）及配套工程的投運，形成了750kV/220kV電磁環網。目前，賀蘭山750kV變電站共投運6回220kV出線，至青銅峽變兩回，至西夏變兩回，至平吉堡變一回，至大壩三期一回（供廠用電），其中青銅峽變與大壩電廠通過兩回線相連。在220kV電網及大壩電廠三期大開機方式下，由于電源點單一，750kV黃賀Ⅰ線故障斷開后，大壩電廠三期及220kV電網富裕電力將通過月牙湖站和大壩電廠聯變向330kV電網送出，易造成大壩電廠220/330kV聯變過載，以及賀青甲、乙雙回線過載。

2.2.2 750kV/330～220kV電磁環網及運行控制問題。220kV電網受電方式下，若賀蘭山變750kV聯變故障斷開，220kV受電電力將轉移至大壩電廠7號、8號聯變和月牙湖變1號、4號聯變。此時若220kV負荷較大，220kV電網受電較多時，將導致大壩電廠330/220kV聯變過載，需切除北部電網一定負荷消除聯變過載現象。

2.2.3 750kV/330kV電磁環網及運行控制問題。銀川東變是西北水火電打捆外送的窗口，直流Ⅰ、Ⅱ極投運成功后，川黃Ⅰ、Ⅱ線和川靈Ⅰ、Ⅱ線等4回750線路都幾乎滿負荷運行，銀川東直流外送額定負荷達到400萬千瓦而寧夏本地平均負荷為500-650萬千瓦，一部分經銀川東變輸入330kV電網，另一部分經銀川東直流外送，假如銀川東直流突然出現故障甩負荷，將使侯水雙回、蔣州雙回及月徐雙回潮流加重許多，倘若這些線路此時發生故障，則將造成部分330kV線路過載。

3 電磁環網運行控制問題的應對措施

實行雙環網或打開電磁環網是保證系統安全運行的重要手段。但目前超高壓750kV電網在建設初期網架結構還比較薄弱，為了充分利用資源、提高輸電可靠性和降低輸電損失，在采取安全控制措施到位的情況下，電磁環網運行會比開環運行更為有利。裝設過載聯鎖切機、切負荷等安全自動裝置是現階段普遍采用的解決辦法。

3.1 實施大壩三期-賀蘭山變安全穩定控制系統

黃賀Ⅰ線檢修時，考慮賀蘭山～青銅峽一回線故障，則另一回線超過熱穩極限70%。考慮黃賀Ⅰ線故障停運，則大壩三期發電出力全部經賀蘭山750/220kV主變送往220kV電網，可能造成賀蘭山～青銅峽雙回線超過熱穩。因此在現電網運行方式下，在賀蘭山750kV變電站和大壩三期雙重化配置具有切機功能的安全穩定控制裝置。

賀蘭山750kV變電站內穩控裝置檢測該站出線、主變的運行工況，并把設備狀態送往大壩電廠站。當系統故障時，能判斷出本站出線、主變的故障類型，根據判斷出的故障類型、事故前電網的運行方式及主要送電斷面的潮流，把控制命令、控制量等直接發送到大壩電廠執行，經當地判別確認后執行遠方控制命令。

3.1.1 當750kV黃賀Ⅰ線跳閘后，檢測220kV賀青雙回線的潮流，當任何一回線路過載時，根據過載嚴重程度執行壓機組出力或切除機組策略（至少保留一臺運行機組）。

3.1.2 檢測賀蘭山站2號主變的運行情況，當2號主變過載時，根據過載嚴重程度執行壓機組出力或切除機組策略（至少保留一臺運行機組）。

大壩三期-賀蘭山變安全穩定控制系統根據賀青雙回線過載和2號主變過載情況，大壩三期執行過載告警、過載壓出力、過載切機措施，從而解決750/220kV電磁環網運行控制難題。

3.2 實施賀蘭山變-大壩電廠區域安全穩定控制系統

根據穩定計算分析，按照分層分區的配置原則和通信通道的條件建立一套完善的安全穩定控制系統，在賀蘭山750kV變電站雙重化配置安全穩定控制裝置，作為穩控系統主站。在大壩電廠雙重化配置安全穩定控制裝置，裝置將7號、8號聯變的跳閘及過載信息（過載量）上送賀蘭山750kV變電站主站。在月牙湖變電站雙重化配置安全穩定控制裝置，裝置將1號、4號聯變的跳閘及過載信息上送主站。在切負荷執行站配置單套安全穩定控制裝置。裝置將本站的可切負荷信息上送至主站，主站實時監測相關廠站聯變與線路的運行狀態，相關元件一旦跳閘并導致大壩電廠或月牙湖變電站聯變過載，裝置根據實時統計的切負荷執行站可切負荷量信息，采取切負荷措施，保障各廠站聯變的安全穩定運行。安全穩控系統的總體配置方案見圖2。

圖2 賀蘭山變——大壩電廠區域穩控系統總體方案示意圖

穩定控制系統根據判斷出的故障類型、事故前電網的運行方式及主要送電斷面的潮流，查找存放在裝置內的控制策略表，確定應采取的控制措施及控制量。

3.2.1 正常方式下的控制策略：賀蘭山750kV變電站2號主變跳閘，如大壩電廠兩臺聯變發生過載（潮流330kV→220kV方向），月牙湖變電站兩臺聯變發生過載（潮流330kV→220kV方向），根據過載量的大小，向需要切負荷的變電站發送切負荷命令。

3.2.2 賀蘭山750kV變電站2號主變檢修控制策略：如大壩電廠在兩臺聯變運行時，一臺聯變故障跳閘，另一臺聯變發生過載（潮流330kV→220kV方向）；月牙湖變電站兩臺聯變運行時，一臺聯變故障跳閘，另一臺聯變發生過載（潮流330kV→220kV方向）。根據過載量的大小，向切負荷站發送切負荷命令。

3.2.3 大壩電廠一臺聯變檢修控制策略：如賀蘭山750kV變電站2號主變故障跳閘，大壩電廠運行主變過載（潮流330kV→220kV方向），根據過載量的大小，向切負荷站發送切負荷命令。

3.2.4 月牙湖一臺聯變檢修控制策略：如賀蘭山變電站主變故障跳閘，月牙湖運行主變過載（潮流330kV→220kV方向），根據過載量的大小，向切負荷站發送切負荷命令。

在220kV電網受入方式下，賀蘭山750kV變電站2號主變壓器故障跳閘后，根據大壩電廠7、8號聯變過載情況，通過相關廠站的切除寧夏北部電網相應負荷，消除聯變過載現象，從而解決寧夏750kV/330～220kV電磁環網及運行控制問題。

3.3 建設雙回聯絡線消弱750kV/330kV電磁環網

加快電網建設步伐，逐步完善和鞏固電網結構是解決電磁環網問題的另一個行之有效的措施。現在黃河750kV變電站至銀川東換流站的第二回線，即黃川Ⅱ線已經投入運行，這大大減輕了黃河變電站電磁環網帶來的威脅。

4 結束語

根據我國《電力系統安全穩定導則》規定：隨著高一級電壓電網的建設，下級電壓應逐步實現分區運行，相鄰分區之間保持互為備用。應避免和消除嚴重影響電網安全穩定的不同電壓等級的電磁環網。文章根據寧夏750kV網架建成初期的運行情況，對寧夏750kV/330kV/220kV電網運行中電磁環網存在的問題進行了分析，提出了相應的穩定控制策略。然而，只有加快建設賀蘭山750kV變電站至黃河750kV變電站的第二回線（750kV黃賀Ⅱ線）和位于寧夏北部的沙湖750kV變電站（750kV/220kV），真正實現750kV電網與低一級電網分層分區運行，才能從根本上消除電磁環網帶來的威脅。

參考文獻：

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[4]寧夏電力公司.2012年度寧夏電網運行方式，2012.