中蒙跨國長距離供電可靠性的分析及提高

韓東等

摘 要：蒙古國奧尤陶勒蓋（OT）項目是內蒙古電網首次對外供電成功運營的案例，文章積極探討了電壓不穩定的各個因素。針對影響電壓穩定性因素，進行理論分析和電壓計算來投退無功補償裝置，在所有關聯運行方式下計算電壓變化情況，以降低電壓越限次數，減少電壓波動，提高電壓穩定性。

關鍵詞：OT項目；供電電壓；無功補償

1 概述

蒙古艾芬豪礦業（IMMI）在蒙古國南戈壁省開發奧尤陶勒蓋（Oyu Tolgoi）工程（簡稱OT項目），是世界銅礦床的主要類型，常以礦床規模大，埋藏淺，品位較低但礦化分布均勻，礦石成分簡單、易選及可供綜合利用的礦化組分多為特征。從全球范圍來看，斑巖銅礦床常發育次生富集帶，形成品位富的礦石，是開采的主要對象。該項目為世界上最大的銅-金礦項目之一。OT項目由中國魯能川井風電、國華川井風電、烏蘭伊力更風電、漳澤風電四家風電場匯集至巴彥淖爾電網國合220kV開閉站出雙回220kV線路供電。供電網架成環網運行（如圖1），使得OT項目得到十分可靠的供電。OT項目負荷在136.44～143.46MW之間。

2 中蒙跨國供電存在問題

2.1 蒙方接入電壓過高

按照內蒙古電網電力調度通信中心實行的電壓合格范圍，220kV電壓合格范圍在213.4～235.4kV之間。中蒙跨國供電其單回線路長度為178.6km，線路距離較長導致線路在空載或輕載的時候末端電壓升高（即容升效應），通過分析計算得，在空載條件下蒙古側電壓會得到248kV，帶負荷生產電壓也將維持在240KV左右，嚴重影響設備安全。

2.2 供電電壓波動較大

作為OT供電電源的國合開閉站有四條風電接入，由于風電場受風力因素影響大，風電場輸出功率具有波動性、間歇性。風電電源的不穩定性導致蒙方系統電壓波動較大。

2.3 遠輸電線路較長塔基較多

中蒙跨國供電其單回線路長度為178.6km，塔基450級，輸電線路較長、塔基多，遭遇自然災害破壞的概率也就大得多。

3 蒙跨國供電存在危險點分析

3.1 蒙方接入電壓過高的危害

（1）電網電壓過高，會使蒙方變壓器過勵磁，使鐵芯損耗大大增加。（2）輸電線路的損耗主要與電流的大小有關，電壓過高會使電納在一定程度上增大，但是造成的損耗增加在量化上不明顯。（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。（4）造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。不會影響電壓，但會影響電能的輸送。

3.2 供電電壓波動較大對電網造成的危害

因接入系統風電較多，相應就會產生的聯網問題，主要是電壓波動的問題，逆潮流引起的靜態電壓問題較多，還有可能產生閃變。正常運行時風電穿透功率過大會引起電壓崩潰。當無功補償量水平不高下降的很多，而風電場對電網的無功凈需求反而上升，進一步惡化電壓水平，造成電壓崩潰，使得風電場風機被迫停機。

3.3 自然災害對遠距離輸電線路的危害

針對遠距離高壓輸電線路所處的地理環境、氣候條件比較惡劣，由于內蒙古處于我國最北部的高原地區，遠離海洋，也沒有高山的阻擋，因此屬于典型的中溫帶季風氣候，具有一年四季寒暑變化明顯，特別是在春、廈、秋三季，遭遇大風、雷雨惡劣天氣就司空見慣了，對導線泄漏電流、絕緣子污穢、雷電電流、導線溫度、環境溫濕度、現場風速雨量，即有可能會造成斷纜進而塔架倒塌的嚴重后果。同時高壓輸電線路在運行及維護過程中還存在如下急切需要解決的問題。

4 解決措施

4.1 投退電抗器降低末端電壓

通過使用《PSASP電力系統分析綜合程序》，在風電全停和風電最大出力兩種情況下，測算國合開閉站至蒙古OT中心變“N-1”方式下蒙方OT各個階段電壓情況。

國合開閉站每投入一臺電抗器，輸電線路電壓會降低1kV。根據計算，在國合側220kV母線并聯三臺電抗器，進行感性無功補償。

4.2 投入SVC減少電壓波動

采用中國科學研究院引進開發的《BPA潮流程序》計算在地區“N-1”斷線方式下的三側電壓。計算得：地區電網斷線或主變檢修方式下OT項目的電壓在205.3～222.2kV之間，電壓在-6.68%～1%之間。國合開閉站至OT變線路的電壓差在5.1～28.7kV之間。如果在蒙方側接入SVC設備，投入30MVar，蒙方側電壓會降低5kV，國合側電壓降低1kV。

4.3 裝設實時在線監視系統

內蒙古電力公司一直在尋找有效的監測管理手段，如通過開關電源模塊無線GPRS傳輸方式，對輸電線路的覆冰情況進行實時在線監測，同時可對導線泄漏電流、絕緣子污穢、雷電電流、導線溫度、環境溫濕度、現場風速雨量等參數進行實時監測，提供線路輸送容量的冗度和線路異常狀況的預警。通過對線路上各有效參數的監測，能夠為大大提高輸電線路的安全經濟運行水平，并為輸電線路的狀態檢修工作提供必要的參考。

根據計算和地區電網環境，在蒙古國側投入兩組動態無功補償裝置，同時通過周邊風電場及變電站的無功補償配合，從而保證該局部網電壓穩定。

5 結束語

通過以上的實施過程，抽取7～12月實際采控電壓數據與1～6月的實際數據相比較，月均電壓越限次數由實施前的39次降低為實施后的16次，降幅為59%，有效地降低電壓越限次數。同時在內蒙古電網、OT項目的不同負荷水平下，在地區電網不同運行方式下，蒙古OT側母線電壓越限現象從1～6月份月均39次下降為7～12月的月均12次，越限次數降低69.2%。在負荷較低的情況下合理地降低末端電壓，并使輸出電壓更穩定。

參考文獻

[1]許建華.淺談提高變電站母線電壓合格率的措施[J].能源技術與管理，2009.

[2]戴曉亮.無功補償技術在配電網中的應用[J].電網技術，2009.