國外輸電網結構綜述

陳雪

(國網福建省電力有限公司經濟技術研究院,福建福州 350013)

國外輸電網結構綜述

陳雪

(國網福建省電力有限公司經濟技術研究院,福建福州 350013)

研究了國外主要發達國家電網結構,分析了電網結構對供電可靠性、電能質量等方面的影響,提出了電網結構對建設堅強電網,減少電網停電事故等方面具有重要意義。

電網結構 綜述 停電事故 供電可靠性

1 概述

電網結構是電網安全穩定運行的基礎,2003年8月14日發生的美加大停電事故,其很重要的一條原因就是沒有形成合理的網架結構。北美電網由多個電網逐步互聯形成,由于沒有實行統一規劃,造成了電網電壓等級多且重疊交錯,網絡結構復雜,電磁環網交錯,高峰負荷時極易發生線路過載,事故時很難實施有效的控制和解列措施。發展電網是世界各國電力工業的共同趨勢。現在我國的電網已經進入高電壓、大電網、大機組的新階段。大電網比小電網具有很多明顯的優越性,但是大電網對可靠性要求更高,若發生惡性連鎖反應,可能造成嚴重的社會影響和經濟損失。在規劃電網的目標網架時,應把建立合理的電網結構作為重中之重來研究。要保證大電網的安全穩定運行,首先要有一個合理的電網結構,否則,當系統內某一主要元件發生故障,尤其是發生多重故障時,有可能發展為破壞穩定的事故或因惡性連鎖反應而擴大事故。在建設電網結構時必須遵循兩條基本原則,即分層的原則和分散外接電源的原則。

2 國外電網結構綜述

國外的電網結構有如下幾種典型方式:

2.1 電源送電線路集中并聯的遠距離輸電方式

比較典型的是瑞典400kV電網與加拿大魁北克735kV電網,其特點就是水電資源比較集中,且電容量占全國負荷的極大比重,又遠離負荷中心,勢必通過多回超高壓線路接入系統。實踐證明,這種結構在出現單一故障時不會有問題,但如出現多重性故障,就有發生全網性大停電事故的可能。無論魁北克系統也好,瑞典系統也好,對于單一線路故障,即按照可靠性準則的設計要求考核系統暫態穩定性的規定故障形態,都要求很大的安全性裕度。對于瑞典系統,在事故發生的過程中,即使同時切除了北部來的主要電源線路6回中的2回和到負荷中心的2回主要供電線,系統仍然可以維持,可見電網結構是相當強的,但卻未盡合理。

由于接入同一輸電多回路上的主要供電電源容量過于集中,當因線路故障失去了較大的傳輸能力時,勢必引起并列的仍然保留在運行中的其他主要輸電線路嚴重過負荷,引起這些線路繼電保護的誤動作,以致整個地斷開這個主要電源。也是由于這個電源的容量占全系統負荷的比重過大,它的斷開勢必連鎖地引起其他地電源線路嚴重地過電流和受端系統樞紐變電所母線的嚴重低電壓。

從上述事故說明,這種結構方式對承受多重性故障的能力很差,比較難以防止全網性大停電事故。

2.2 外輪形結構方式

這種結構中比較典型的是日本東京電力系統和關西電力系統。日本電力工業規模位于美國、中國之后,居世界第三位。日本電網結構以500千伏為主網架,以大用戶負荷為中心,設置輸配電線路,采用地下電纜化、架空絕緣導線、免維護設備,并實行雙回路供電。絕大部分變電站無人值守,設備監控100%,自動切換100%,高質量的設備,高自動化的電網技術支撐,加上廣泛采用帶電作業技術,使得日本的供電可靠性位居世界首位。

60年代日本電力工業總結出:電氣事故是不可避免的,發生事故后切除附近的負荷,不影響其他地區,這是可以做到的。東京電力系統的外輪型結構給了我們啟示。東京電力系統早在1955年最高電壓還是154kV,系統容量達到20GW規模時,在東京外圍建了一個154kV外輪線(都是雙回線),遠方的距離大約200km的7個主力電廠幾乎都是分散地接入,受端的外輪線有若干火電廠作為電壓支持。到1975年,在275kV外輪線外又建了500kV外輪線,是一個開口的雙回路環網;到1985年,當系統發展到35GW時,在原500kV的外輪線外又建了一個500kV外輪雙回路。這樣的結構大大簡化了電網接線,從結構上防止了在發生事故后潮流亂竄。

關西電力系統于1985年在負荷中心建成雙回的500kV環網,遠方電廠一般都是通過雙回路分散地直接接入受端環網。他們認為有的遠方電廠即使相互距離很近,為了便于運行,也不應該在送電端相聯。這種結構方式有利于電網的安全穩定運行,避免了電源集中的長距離輸電方式的結構弱點。為了保證系統的同步運行穩定性和防止因失去穩定而導致嚴重的系統事故,這兩個日本系統在安全穩定控制的自動化方面,還都采用了許多現代化的措施。

2.3 普遍密集型結構方式

比較典型的是英格蘭、法國、德國、瑞士、奧地利等國家的電網。這些國家在過去都是首先圍繞大城市各自形成系統。隨著電力工業的發展,這些受端系統逐步擴大,而且通過聯絡線與鄰近國家相聯,形成西歐聯合電網。所以他們的400kV電網普遍密集,都有較大的傳輸能力。這種密集型的電網結構,天然具有很高的安全穩定基礎。一般故障情況下,很少可能出現全網性的大事故。保護快速而可靠地切除短路故障,對保證這種電網地安全穩定運行,具有極為重要的意義。這種電網結構形式是歷史發展的產物。對于這種電網結構的一個重要安全問題,是要求注意防止電壓崩潰和因而引起的嚴重事故。分析國外的許多系統事故,它們的發生和擴大,往往和電網結構未盡合理有關。不在統一的規劃下有目的地建設電網,是很難使電網結構合理的。

3 結語

我國電網經過建國后幾十年的發展已經形成了一定的規模,在結構上具有一定的合理性和先進性。可是也應該看到,電網事故仍然時有發生,電網結構需要加強和改進的地方仍然很多,隨著全國大聯網的逐步實現,我國正在形成一個大電網。大電網可靠性的最重要目標就是防止系統瓦解造成大范圍停電事故。因此,考慮大電網可能出現的最壞情況,采取應對措施,對任何大電網都是一項長期方針。

[1]王梅義,吳競昌,等.大電網系統技術[M].北京:水利電力出版社,1991.

[2]李繼升.華中電網結構的發展及其對電網穩定的影響[J].華中電力,1997.

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