“疆電入川”工程對四川電網的影響研究

，，，， ，

(1.四川大學電氣信息學院，四川 成都 610065；2．四川省智能電網重點實驗室，四川 成都 610065； 3．國網四川省電力公司，四川 成都 610041)

0 引 言

“疆電外送”[1，2]作為既已實現，且未來發展潛力巨大的能源優化配置工作已視為國家戰略發展規劃。而與之相鄰的四川電網作為國家樞紐電網[3]，“西電東輸”工程的大量投運保證了其有能力成為中轉站，實現電力資源的“接力外送”；加之以水電為主的四川電網，豐枯期電量存在較大落差，部分時段有一定電量缺額，“豐余枯缺”結構性矛盾凸出。“疆電入川”孕育而生。

然而，伴隨“疆電入川”特高壓直流項目投運，勢必將會對四川電網造成較大影響，特別是成都電網。主要問題包括有：①電力電量平衡問題[4]，如電力建設規劃、電量的消納與結算；②電磁環網問題[5-8]，如已處較高短路電流水平的電網現狀，原有開關設備的遮斷容量能否滿足系統的要求；③電網經濟與安全問題，如電網運管費用的增加，故障影響與損失加重，通信線路的電磁感應危害加大，及鐵塔接觸電壓、跨步電壓增大帶來的安全問題等。因此，解析“疆電入川”特高壓直流輸電工程[9]對四川電網的影響，特別是電力電量平衡問題與短路電流水平分析[10]顯得尤為重要。

1 “疆電外送”工程與四川電網現狀分析

1.1 “疆電外送”工程

隨著750 kV新疆與西北聯網工程的成功投運，新疆電網正式并入全國電網，實現了“煤從空中走、電送全中國”的大跨越。當前，哈密—河南±800 kV和淮東—重慶±1 100 kV 兩條特高壓直流工程的投建，預計每年可向外送電17 500 MW，進而緩解內地用電緊張局面。其中，淮東—重慶±1 100 kV直流工程還將成為全球電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長的直流輸電工程。“疆電外送”意義重大。首先，近年來火電連年虧損使電力企業失去投資火電的動力和能力。火電投資下降過快可能導致今后幾年火電裝機不足，造成“硬缺電”。作為發電主力軍的火電增速下降，無疑將對整體供電形勢造成影響。而中國電力消費主要集中在東、中部地區，中、東部地區占全國用電比重達近70%，未來這一特點也不會根本改變。因此，特高壓“疆電外送”無疑是保障國家能源安全的重要手段；其次，對于新疆自身的發展而言，建設能源大通道，集約開發新疆各類能源，就地轉化為電力，有利于新疆資源優勢轉化，事關國家能源安全、產業布局和新疆跨越式發展。

1.2 四川電網現狀分析

近年來，四川電源與電網建設初具規模，跨區聯網交換能力大幅提升。然而，“豐余枯缺”結構性問題仍然明顯，以2010年四川電網實際情況為例，外送電量20 050 GWh(含二灘送重慶電網3 730 GWh)，外購電量3 580 GWh。造成上述“既賣電又買電”現象的問題在于以下3點。

(1)電力供需受季節與氣候影響較大，對電網吞吐能力和聯網要求較高。

受到電源結構和水火電源空間分布的影響，豐水期都有大量的電力自西向東送往負荷中心并向區外輸送，枯水期則更多是依靠煤電和外來電源，以水電為主的電力供需形勢受季節與氣候影響較大，對電網吞吐能力和與外區聯網要求較高。近年來枯水期供電能力不足，電煤和外購電成為影響冬季電力電量平衡的關鍵因素。

(2)四川500 kV、220 kV電網已具規模，但電網高低兩端網架發展有所滯后。

一方面與外區大量電力交換能力受到限制，電網穩定水平較低，豐水期水電存在棄水調峰、經濟性差，更高等級電網(交直流特高壓電網)亟待早日建成投產；另一方面110 kV以下配電網建設有所滯后，配電網網架和供電能力有待進一步加強。

(3)電源和電網的發展有待于進一步加強協調配合、共同有序推進。

隨著電源特別是水電開發建設速度加快，四川電網建設相對滯后，部分送電通道出現瓶頸。隨著廠網分開的電力體制改革已基本完成，電源項目主體多元化的格局已經形成。新形勢下，根據市場和電網條件，正確引導電源項目合理布局、規范有序發展，確保電力系統安全可靠，以及系統整體最優的難度較大。

綜上分析，四川電網受季節與氣候的變化，輸送電通道瓶頸及部分城市負荷中心峰谷差異大等問題影響，決定了未來四川電網需要進一步加強省際電網的互聯發展。

2 “疆電入川”工程對四川電網的影響

2.1 電力電量平衡分析

根據四川省“十二五”能源發展規劃，四川省全社會用電量年均增長12.6%，全省最大負荷年均增長14.4%。參照2011年四川電網電力電量實際情況，現對2012年全網電力電量平衡進行預測，相關計算公式如下。

ΔPD=1.03PDC-(PR+ΔPS)

(1)

其中，ΔPD為電力余缺；PNC為需要裝機容量；PR為綜合可調容量；ΔPS為受阻電力。

PR=PInst-PM-ΔPS-ΔPSur

(2)

其中，PInst為期初統調裝機容量；PM為檢修容量；PSur為空閑容量。

ΔPSur=PIm-PEx

(3)

其中，PIm為輸入電力；PEx為輸出電力。

ΔQS=QC-QG

(4)

其中，ΔQS為電量自然盈虧；QC為全社會用電量；QG為全網發電量。

電力電量預測結果如表1所示。

對表1中的電力預測部分進行分析，見圖1所示。

從圖1中可以看出，全網2012年全年大部分月份(除4、10、11月)都存在一定電力缺額，主要集中在枯水期與負荷高峰期，最大缺額為-3 257MW。

表1 2012年四川電網電力電量平衡預測表(單位：MW、GWh)

表2 2015年四川電網電力電量平衡預測表(單位：MW、GMh)

圖1 2012年電力平衡圖

圖2 2012年電量平衡圖

對表1中的電量預測部分進行分析，見圖2所示。

全網電量自然盈虧3 030 GWh，豐期凈富余16 090 GWh，枯期凈缺電13 070 GWh，凈缺電月份11月至5月。

上述結果表明：除負荷日益增長，造成負荷高峰期電力不足外，四川電力“豐余枯缺”結構性矛盾日益凸顯，加強區域電網互聯強度勢在必行。

根據規劃，對2015年電力電量情況進行預測。

按規劃，到2015年，四川電網全網電力平衡問題已能得到基本解決，且有一定余力。但考慮到四川電網豐、枯水電變化的影響，“豐余枯缺”問題仍然存在的可能，及全國能源結構優化——“西電東輸”的需要，“疆電入川”項目的實施不僅能有效解決四川電力結構性問題，更有利于國家能源大格局的優化。按照“疆電入川”規劃，擬建通道將向成都地區輸送功率約11 000 MW，即能實現：“消納疆電，自身平衡，外送接力”的目的。

2.2 短路電流水平分析

隨著雅安—重慶—皖南交流特高壓的投運，以及四川西部水電資源的大力開發和四川中東部電網500 kV變電站的增加，使得各站點間的電氣距離進一步縮短，導致了已處較高水平的四川電網各站點短路電流水平進一步升高，甚至部分站點水平超過了對應母線開關的最大遮斷容量。現利用BPA程序對2015年四川電網500 kV以上變電站(如圖3所示)短路電流水平進行模擬計算。計算結果如下。

圖3 四川電網500 kV站示意圖

(1)2015年四川電網，在沒有采取任何限制短路電流措施的情況下，四川電網兩個交流特高壓變電站1 000 kV母線最大短路電流僅約26.497 kA，遠小于50 kA的遮斷容量。

(2)500 kV側電網短路電流水平中，東坡變電站的500 kV母線三相短路電流超過了遮斷容量63 kA，其余交流特高壓變電站500 kV母線和500 kV變電站高壓側母線的短路電流均小于63 kA。其中樂山特高壓中壓側500 kV母線的三相短路電流為61.383 kA，已接近開關遮斷容量，裕度較小。

(3)220 kV側電網短路電流水平中，東坡變電站的220 kV母線三相、單相短路電流均超過遮斷容量50 kA，樂山變電站的220 kV母線三相短路電流超過了遮斷容量，其余500 kV變電站220 kV母線側的短路電流均小于50 kA。

(4)四川電網各個換流站大多因為直接連接于大型水電站，所以母線短路電流較大，最大為54.922 kA，最小為36.720 kA，各個換流站均是單相短路電流高于三相短路電流。

(5)2015年四川電網短路電流計算結果中，共有11個變電站或換流站的母線短路電流水平高于50 kA，具體如表3中第2、3列所示。

考慮“疆電入川”項目主供方向為成都電網，計算2015年四川電網500 kV以上站點短路電流水平，且對比工程實施前其中已處較高水平站點，如表3中第4、5列所示。

表3 短路電流高于50 kA的500 kV以上站點(單位：kA)

結果表明：在不改變四川水電、火電機組容量的情況下，“疆電入川”項目工程投運對2015年四川電網500 kV以上各站點短路電流水平的影響很小，無明顯“助長”作用。相比較于交流輸電方式，采用直流輸電方式將新疆的富裕電力輸送到四川電網，并不會增大四川電網的短路電流水平。由于直流輸電線路的電流是按給定值控制的，因此被互聯的兩端交流系統的短路容量不致由于互聯而增大。但是如果用交流線路將兩個交流系統互聯，則將出現因短路容量增大，導致斷路器的遮斷容量不足而需要更換，或者增設限流裝置，以限制短路電流等。

3 結 語

在分析了“疆電外送”與四川電網現狀基礎上，就“疆電入川”工程對四川電網可能存在影響進行了研究，主要結論如下。

(1)“疆電入川”項目的實施能有效提升“西電東輸”大格局資源優化配置，且解決了四川電網枯期存在一定電力缺額的問題；

(2)“疆電入川”項目工程投運后，在不改變四川水電、火電機組容量的情況下，對2015年四川電網500 kV以上各站點短路電流水平的影響很小。采用直流輸電方式將新疆的富裕電力輸送到四川電網，并不會增大四川電網的短路電流水平；

(3)當前，隨著交流特高壓工程的逐步建投，新增大電源的不斷接入，各地區電網存在500 kV、220 kV環網問題，將導致四川電網各站點短路電流水平將不斷增大，甚至某些站點的短路電流已經或者可能超過對應母線開關的最大遮斷容量，需要對四川電網500 kV各站點采取有效限制短路電流的措施。

[1] 本刊編輯部. “疆電外送”特高壓直流前期正式啟動[J]. 華北電力技術，2011(8)：4.

[2] 新疆電力公司. “疆電外送”工程打造能源輸出空中大通道[OL].國家電網公司, http://www.sgcc.com.cn/xwzx/gsyw/yxfc/07/277399.shtml[2012-07-30].

[3] 陳虎，張英敏，賀洋，等. 特高壓交流對四川電網多送出直流輸電系統影響評估[J]. 電力系統保護與控制，2011, 39(7): 136-141.

[4] 張粒子，王睿，金允劍，等. 基于跨省發電權交易的“疆電外送”交易模式研究[J]. 電力系統保護與控制，2012, 40(5): 69-74.

[5] 劉楠，唐曉俊，張文朝，等. 特高壓接入河南電網后電磁環網解環方案研究[J]. 電力系統保護與控制，2011, 39(2): 131-136.

[6] 白宏坤，李干生. 關于電磁環網若開環方式的探討[J]. 電力系統保護與控制，2010, 38(2): 60-63.

[7] 王強，李建. 四川西部電網解環分區運行研究[J]. 華中電力，2008，21(4)：12-14.

[8] 楊冬，劉玉田，牛新生. 電網結構對短路電流水平及受電能力的影響分析[J]. 電力系統保護與控制，2009, 37(22): 62-67.

[9] 鄭曉冬，邰能靈，楊光亮，等. 特高壓直流輸電系統的建模與仿真[J]. 電力自動化設備，2012，32(7)：10-14.

[10] 劉天琪．現代電力系統分析理論與方法[M]．北京：中國電力出版社，2007．